一、工藝裝備是碳纖維產(chǎn)品穩定性的核心內容之一，成本占比較高
根據觀(guān)研報告網(wǎng)發(fā)布的《中國碳纖維設備行業(yè)發(fā)展深度研究與投資前景預測報告（2024-2031年）》顯示，碳纖維是由有機纖維在1000℃以上裂解碳化形成的含碳量高于90%的無(wú)機纖維，不僅具有碳材料的固有本征特征，又兼備紡織纖維的柔軟可加工性，是新一代增強纖維。
工藝裝備是碳纖維產(chǎn)品穩定性的核心內容之一。碳纖維制備流程中涉及的主要設備包括括放紗架、預氧化爐組、低溫碳化爐、高溫碳化爐、表面處理浴池、上漿浴池、干燥機、卷繞機、廢氣處理系統、廢氣系統管道以及廠(chǎng)房?jì)冉缍ǖ脑O備管道；碳纖維復合材料成型工藝中涉及的主要設備包括纏繞設備、拉擠設備、特殊成型模具等。
碳纖維生產(chǎn)線(xiàn)設備價(jià)值高，能耗大，因此相應成本占比高，達18.2%，僅次于能源（34%）和原材料（19.2%）。
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二、碳纖維需求爆發(fā)將帶動(dòng)設備端發(fā)展
碳纖維呈黑色，其在力學(xué)性能上具有優(yōu)異的比強度和比模量，導電能力超高、質(zhì)量輕、抗腐蝕、耐磨損、耐高溫性能優(yōu)異，惰性環(huán)境下在2000℃能保持強度不發(fā)生明顯變化。與其他無(wú)機纖維相比，碳纖維在非氧化的條件下以及溫度低于400℃的有氧條件下表現出最好的綜合性能。
碳纖維主要優(yōu)點(diǎn)
| 優(yōu)點(diǎn) | 主要內容 |
| 質(zhì)量輕 | 作為一種性能優(yōu)異的戰略性新材料，碳纖維復合材料密度與鎂和鈹基本相當，不到鋼的 1/4，采用碳纖維復合材料作為結構件材料可使結構質(zhì)量減輕 30%-40%。 |
| 高強度、高模量 | 碳纖維的比強度比鋼及鋁合金高；模量也高于其他結構材料。 |
| 膨脹系數小 | 大多數碳纖維在室溫下的熱膨脹系數為負數，在 200-400℃時(shí)為 0，在小于 1,000℃時(shí)僅為 1.5×10-6/K，不易因工作溫度高而膨脹變形。 |
| 耐化學(xué)腐蝕性好 | 碳纖維純碳含量高，而碳又是最穩定的化學(xué)元素之一，導致其在酸、堿環(huán)境中表現均十分穩定，可制成各類(lèi)化學(xué)防腐制品。 |
| 抗疲勞能力強 | 碳纖維結構穩定，據高分子網(wǎng)統計，其復合材料經(jīng)應力疲勞數百萬(wàn)次循環(huán) 試驗后，強度保留率仍有 60%，而鋼材為 40%，鋁材為 30%，玻璃鋼則只有 20%-25%。 |
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中國碳纖維需求量穩步上升。碳纖維廣泛應用于航空航天、風(fēng)電葉片、體育休閑、壓力容器、碳/碳復合材料、交通建設等領(lǐng)域，是國民經(jīng)濟發(fā)展不可或缺的重要戰略物資。2015-2023年中國碳纖維需求量從16789噸增加至69075噸，復合增長(cháng)率為19.34%。
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我國已成為全球碳纖維消費大國。2021年、2022年、2023年中國碳纖維需求量占全球碳纖維需求量的比重分別為53%、55%、60%，均為全球第一。碳纖維需求爆發(fā)將帶動(dòng)設備端發(fā)展。
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三、政策利好，碳纖維設備國產(chǎn)替代趨勢明顯
原絲到碳纖維生產(chǎn)過(guò)程中用到的設備較多，主要有：原絲設備（聚合釜、噴絲板等）、紡絲設備（碳纖紡絲機、蒸氣牽伸機、水洗機等）、預氧化設備（預氧化爐、前期驅動(dòng)裝置）、碳化爐（分為低溫和高溫碳化爐，與之配套的是非接觸式迷宮密封裝置、加熱系統、廢氣排出和處理系統以及牽伸裝置）、石墨化爐等。整體來(lái)看，原絲生產(chǎn)設備目前國產(chǎn)化程度低，碳纖維生產(chǎn)設備部分廠(chǎng)商仍然使用進(jìn)口設備。
碳纖維主要優(yōu)點(diǎn)
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優(yōu)點(diǎn) |
主要內容 |
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質(zhì)量輕 |
作為一種性能優(yōu)異的戰略性新材料，碳纖維復合材料密度與鎂和鈹基本相當，不到鋼的 1/4，采用碳纖維復合材料作為結構件材料可使結構質(zhì)量減輕 30%-40%。 |
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高強度、高模量 |
碳纖維的比強度比鋼及鋁合金高；模量也高于其他結構材料。 |
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膨脹系數小 |
大多數碳纖維在室溫下的熱膨脹系數為負數，在 200-400℃時(shí)為 0，在小于 1,000℃時(shí)僅為 1.5×10-6/K，不易因工作溫度高而膨脹變形。 |
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耐化學(xué)腐蝕性好 |
碳纖維純碳含量高，而碳又是最穩定的化學(xué)元素之一，導致其在酸、堿環(huán)境中表現均十分穩定，可制成各類(lèi)化學(xué)防腐制品。 |
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抗疲勞能力強 |
碳纖維結構穩定，據高分子網(wǎng)統計，其復合材料經(jīng)應力疲勞數百萬(wàn)次循環(huán) 試驗后，強度保留率仍有 60%，而鋼材為 40%，鋁材為 30%，玻璃鋼則只有 20%-25%。 |
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碳纖維產(chǎn)業(yè)是國家鼓勵的基礎性戰略性新興產(chǎn)業(yè)，代表新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變更的方向，是培育發(fā)展新動(dòng)能、獲取未來(lái)競爭新優(yōu)勢的關(guān)鍵領(lǐng)域。近年來(lái)國家和地方政府出臺多項產(chǎn)業(yè)政策，支持碳纖維產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，為碳纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供良好政策環(huán)境，碳纖維及碳纖維設備國產(chǎn)替代趨勢明顯。
碳纖維行業(yè)相關(guān)政策
| 時(shí)間 | 政策 | 發(fā)布時(shí)間 | 主要內容及影響 |
| 2022年4月 | 《工業(yè)和信息化部國家發(fā)展和改革委員會(huì )關(guān)于化纖工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的指導意見(jiàn)》（工信部聯(lián)消費〔2022〕43號） | 工業(yè)和信息化部、國家發(fā)展和改革委員會(huì ) | 提升高性能纖維生產(chǎn)應用水平。提高碳纖維等高性能纖維的生產(chǎn)與應用水平，提升高性能纖維質(zhì)量一致性和批次穩定性。進(jìn)一步擴大高性能纖維在航空航天、風(fēng)力和光伏發(fā)電、海洋工程、環(huán)境保護、安全防護、土工建筑、交通運輸等領(lǐng)域應用。關(guān)注高性能纖維關(guān)鍵技術(shù)突破和高效低成本生產(chǎn)。 |
| 2021年9月 | 《“十四五”紡織機械行業(yè)發(fā)展指導性意見(jiàn)》 | 中國紡織機械協(xié)會(huì ) | 重點(diǎn)發(fā)展碳纖維、芳綸、超高分子量聚乙烯等高性能纖維生產(chǎn)成套裝備，繩網(wǎng)、纖維復合材料成型裝備。 |
| 2021年6月 | 《紡織行業(yè)“十四五”發(fā)展綱要》 | 中國紡織工業(yè)聯(lián)合會(huì ) | 推動(dòng)建設國家級碳纖維及復合材料創(chuàng )新中心，構建高性能纖維行業(yè)創(chuàng )新體系。加強高性能纖維高效低成本化生產(chǎn)技術(shù)研發(fā)，提高已實(shí)現工程化、產(chǎn)業(yè)化的碳纖維等高性能纖維技術(shù)成熟度和產(chǎn)品穩定性。加快研發(fā)更高性能碳纖維等關(guān)鍵制備技術(shù)。 |
| 2021年3月 | 《中華人民共和國國民經(jīng)濟和社會(huì )發(fā)展第十四個(gè)五年規劃和2035年遠景目標綱要》 | 十三屆全國人大四次會(huì )議 | 專(zhuān)欄4制造業(yè)核心競爭力提升：加強碳纖維等高性能纖維及其復合材料的研發(fā)應用。 |
| 2020年9月 | 《關(guān)于擴大戰略性新興產(chǎn)業(yè)投資培育壯大新增長(cháng)點(diǎn)增長(cháng)極的指導意見(jiàn)》 | 國家發(fā)改委、科技部、工信部、財政部 | 聚焦重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)投資領(lǐng)域，加快新材料產(chǎn)業(yè)強弱項。圍繞保障大飛機、微電子制造、深海采礦等重點(diǎn)領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)鏈供應鏈穩定，加快在光刻膠、高純靶材、高溫合金、高性能纖維材料、高強高導耐熱材料、耐腐蝕材料、大尺寸硅片、電子封裝材料等領(lǐng)域實(shí)現突破。 |
| 2019年11月 | 《關(guān)于擴大戰略性新興產(chǎn)業(yè)投資培育壯大新增長(cháng)點(diǎn)增長(cháng)極的指導意見(jiàn)》 | 工信部 | 將高性能碳纖維（航空、航天、軌道交通、海工、風(fēng)電裝備、壓力容器）、高性能碳纖維預浸料（航空航天）、汽車(chē)用碳纖維復合材料（汽車(chē)）、風(fēng)電葉片用碳纖維復合材料（風(fēng)電葉片）、高性能碳纖維增強陶瓷基摩擦材料（軌道交通、車(chē)輛、工程機械）列入關(guān)鍵戰略材料。 |
| 2019年10月 | 《產(chǎn)業(yè)結構調整指導目錄》（中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會(huì )令第29號） | 國家發(fā)改委 | 將“高性能纖維及制品的開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)、應用”列為鼓勵類(lèi)項目。 |
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2023年中國碳纖維總需求為69075噸，進(jìn)口量為16075噸，國產(chǎn)碳纖維供應量為53000噸，占比76.7%，同比增長(cháng)17.8%。
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我國碳纖維主要設備已實(shí)現國產(chǎn)化供應，國產(chǎn)設備在性能、配置、工藝、交期和價(jià)格等方面具有較強的綜合競爭力和競爭優(yōu)勢。
碳纖維設備行業(yè)競爭格局
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生產(chǎn)設備 |
國外廠(chǎng)商 |
國內廠(chǎng)商 |
競爭格局 |
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預氧化爐制造商 |
美國 Despatch、美國 Litzler、美國 Harper、德國艾森曼、日本 KYK 等 |
精工科技、頂立科技、上海依江等 |
均已實(shí)現國產(chǎn)替代，國產(chǎn)設備在性能、配置、工藝、交期和價(jià)格等方面具有較強的綜合競爭力和競爭優(yōu)勢；精工科技系國內唯一一家具備千噸級碳纖維整線(xiàn)裝備交付能力的廠(chǎng)商 |
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碳化爐制造商 |
美國 Harper、美國 Litzler、德國艾森曼、日本 KYK、德國音斯楚特等 |
精工科技、富瑞達、頂立科技、上海依江等 |
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表面處理設備制造商 |
意大利 MAE 等 |
精工科技、江蘇港鷹等 |
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焚燒爐制造商 |
德國艾森曼、德國杜爾等 |
精工科技、恩國環(huán)保等 |
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收/松絲機制造商 |
日本愛(ài)機、德國薩姆、日本神津、英國 Texkimp 等 |
精工科技、常州蘇泰、廣州賽奧等 |
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