碳纤维功能材料行业发展趋势、技术特点及竞争格局分析
思瀚产业研究院    2024-09-27

1、碳纤维功能材料行业发展趋势

（1）下游应用场景不断拓展，潜在市场空间较大

近年来，除热场保温材料外，还涌现出许多碳纤维功能材料的新应用场景。全钒液流电池（Vanadium Redox Flow Battery，VRB）是一种全生命周期成本低、安全性高、寿命长、环境友好、技术成熟度高的长时储能技术。全钒液流电池系统主要由电堆、电解液及循环泵等其他结构性部件构成，碳毡和石墨软毡因具有三维网络结构、比表面积大、化学稳定性好以及高电导率等特性，目前是全钒液流电池的首选电极材料。

碳纤维纸可用作燃料电池的气体扩散层（GDL）。目前燃料电池在国内已逐步从示范运营阶段过渡到商业化阶段，气体扩散层作为燃料电池电堆的重要组成部分，起机械支撑、收集电流、传导气体和排出反应产物水的作用，碳纤维纸因其制造工艺成熟、性能稳定，成为气态扩散层材料的主流选择。碳材料还可用于制备铅碳电池的负极材料。传统铅酸电池具有构造简单、成本低廉、安全性高的特点，但其缺点在于电池的衰减速度快，使用寿命有限。

近年来，采用碳材料与电池特性海绵铅混合组成负极的铅碳电池由于比传统铅酸电池具有更好的低温启动能力、充电接受能力和大电流充放电性能，逐步替代铅酸电池，目前主要用于固定式储能和电动车等交通工具领域。多孔碳纤维材料目前可用于锂离子电池的电极材料，其与其他电极材料相比，具有成本低、化学稳定性高、电子响应速度快、比表面积高、孔结构可调等优点，是一种具有良好发展前景的储能电极材料。

预氧纤维毡可与纳米二氧化硅或金属类气凝胶复合制成柔性保温毡，其导热系数低，有一定的抗拉及抗压强度，广泛用于工业管道、储罐、工业炉体、电厂等领域的保温。综上所述，随着碳纤维功能材料应用领域的不断拓展，其市场前景较为广阔。

（2）国产化进程加速，部分细分领域仍存在国产化空间

我国碳纤维功能材料行业起步较晚，受行业技术突破和下游需求刺激影响，近十年发展速度较快。以光伏碳纤维保温材料为例，2015 年之前，以美国摩根、德国西格里为代表的国外企业由1-1-107于研发积累较早、产品性能领先在国内市场占有率领先。2015 年以后，以弘昌新材为代表的国内企业逐渐突破碳纤维保温材料装备制造和生产工艺技术，制备的产品在综合性能和成本方面较国外产品具有优势，光伏用碳纤维保温材料逐渐实现国产化生产。

然而目前部分碳纤维功能材料领域仍存在国产化空间，典型代表为高纯度碳纤维毡。高纯度碳纤维毡是指灰分低于 50ppm 的碳纤维毡，可用于对热场保温材料纯度要求更高的半导体单晶炉及光纤拉伸炉。高纯度碳纤维毡制备难度和成本较高，目前掌握该技术和国内市场份额的企业以国外碳纤维企业为主，国内企业产品的市场占有率较低，高纯度碳纤维毡市场是国内企业未来突破的重点方向和市场机遇之一。

（3）行业竞争对企业产品品控和降本增效能力提出较高要求

随着下游光伏晶硅制造行业、半导体制造行业持续扩产，热场保温材料作为其重要耗材，市场规模随之增加。国内碳纤维保温材料生产企业也进入扩产阶段，市场供给增加，行业竞争加剧，导致近年来碳纤维保温材料市场价格整体呈下降趋势，对企业产品品控和降本增效能力提出更高要求。只有具备较强产品品控和降本增效能力的企业才能获得下游客户的认可，并在市场竞争中具备持续盈利能力。

2、碳纤维功能材料行业技术水平及特点

碳纤维功能材料的生产过程较为复杂，工艺流程长，涉及多种生产设备，产品质量和稳定性受诸多因素影响。以石墨软毡和石墨硬毡为例，石墨软毡生产过程中的主要工艺参数包括预氧化、碳化和石墨化等过程的温度及其梯度分布、气氛、加工时间等，通常预氧化加工所用预氧炉有 12-14 个温区，连续式碳化石墨化炉有约 16 个温区，产品表面形貌、灰分、导热系数等特征与每个温区的加工温度、加工时间、张力和炉内气体纯度密切相关。石墨硬毡生产过程中的主要工艺参数包括热压机及真空石墨化炉的加工温度和时间等。产品的稳定性和品质依赖于生产工艺的持续研发和经验积累。同时，石墨软毡和石墨硬毡生产还涉及针刺机、预氧炉、连续碳化石墨化炉、真空炉等多种生产设备的装配，制备工艺较为复杂。

3、碳纤维功能材料行业特有的经营模式及特征

（1）周期性

特征碳纤维功能材料行业受下游行业产品渗透率、产能扩张进度和开工率等因素影响，行业周期性与下游应用行业发展周期密切相关。由于光伏行业近年来扩张速度明显，对单晶硅产量的需求提升，单晶硅生产企业纷纷扩产新建单晶拉制炉，光伏热场碳纤维保温材料作为生产单晶硅的必备耗材，行业需求扩张明显。

若未来光伏行业需求增速下降，单晶硅制造企业产能扩张进度放缓或开工率降低，其上游的光伏热场碳纤维保温材料行业将受影响。但由于碳纤维功能材料具有耗材属性，其消耗速度同时取决于单晶硅片产能扩张情况和产量两种因素，在光伏行业长期增长趋势确定的背景下，其行业周期性特征弱于下游光伏行业价格波动周期。

（2）区域性特征

以石墨软毡、石墨硬毡为代表的碳纤维保温材料目前主要应用于光伏热场领域，由于目前全球主要的光伏硅片产能集中在我国，而考虑到生产成本、配套设施、终端应用场景等因素，目前国内光伏硅片生产厂商主要集中在西北、华北、西南地区，碳纤维保温材料的需求也主要集中在上述地区。国内碳纤维功能材料生产企业也会综合考虑市场需求、生产成本、运输半径、客户响应速度等因素重点在上述地区建设生产基地。

（3）季节性特征

由于光伏、热处理设备、半导体等下游行业无明显的季节性特征，目前国内碳纤维功能材料行业无明显的季节性特征。

4、 碳纤维功能材料行业竞争格局

（1）行业竞争情况

碳纤维功能材料行业的技术和工艺门槛较高，以德国西格里、美国摩根、法国美尔森、日本吴羽株式会社为代表的国际碳纤维巨头研发时间较早，凭借规模化生产在产品性能和价格上占据先发优势，在 2015 年以前是国内碳纤维保温材料的主要供应商。2015 年弘昌新材通过自主研发率先掌握了碳纤维保温材料的批量制备技术，之后国内企业通过技术研发和工艺迭代实现了对国外部分产品的赶超，目前光伏热场碳纤维保温材料已基本实现国产化生产。国内代表性碳纤维功能材料生产企业包括弘昌新材、米格新材、亿达碳业、郝氏炭纤维等。

（2）目前国内外碳纤维功能材料主要生产企业情况如下：

德国西格里（SGL CarbonSE）

德国西格里（SGL Carbon SE）是德国 SIGRI 股份有限公司和美国大湖碳素公司于 1992 年合并而成，是全球领先的碳素石墨材料及相关产品制造商之一，拥有从碳、石墨产品到碳纤维及碳/碳复合材料在内的完整生产线，其产品在钢铁、炼铝、汽车制造、化工、电子半导体、光伏和 LED 产业、锂离子电池等行业具有广泛应用，在风能、航天航空、国防工业等领域的碳素石墨材料及其相关产品的应用也呈上升趋势。

美国摩根（MorganAdvancedMaterials plc）

摩根先进材料（Morgan Advanced Materials plc）是一家全球领先的先进材料公司，公司成立于 1856 年，在材料科学、专业制造和应用工程领域具有全球领先的实力，公司主要产品包括先进陶瓷、电碳材料、特种石墨、密封轴承、石墨保温产品等，应用于半导体、能源、交通、工业、石化、安防等领域。

法国美尔森

法国美尔森（Mersen SA）成立于 1891 年，是世界领先的工业电子元（Mersen SA） 件和高性能材料生产商之一，公司的主要产品包括电源管理器件、电力保护及控制器件、抗腐蚀设备、特种石墨及高温保温材料等，应用于能源、电子、运输等领域。

吴羽株式会社

吴羽株式会社创立于 1944 年，是一家以生产特殊化学品和树脂为主的国际化集团公司，以高功能新材料、医药与农药、高阻隔性包装材料三大领域业务为中心，公司拥有碳纤维、硬碳材料等核心技术与产品，也是世界上为数不多的聚偏二氟乙烯（PVDF）树脂生产制造商，公司产品广泛用于食品、医药、能源、农业等领域。

日本东洋炭素株式会社

日本东洋炭素株式会社成立于 1947 年，主要从事特种石墨及制品、电碳制品、碳/碳复合材料、石墨纸、碳保温材料等高性能碳产品的制造，产品广泛应用于家电、环保、能源、航空航天、医疗等领域。

米格新材

米格新材成立于 2019 年，主要从事功能性碳基材料及制品研发、生产和销售，主要产品包括黏胶基/PAN 基石墨软毡、石墨硬质复合毡等，广泛应用于光伏晶硅制造热场、半导体热场、粉末冶金热场等场景。

亿达碳业

亿达碳业成立于 2011 年，主要从事碳毡、石墨软毡等碳纤维及其复合材料制品研发和生产，主要为国内外客户提供系列碳基材料与产品技术解决方案，产品主要定位于太阳能光伏、半导体、储能、真空热处理、蓝宝石和光纤制造等领域。

郝氏炭纤维

郝氏炭纤维成立于 2003 年，主要从事石墨软毡和石墨硬毡及炭复合材料的研发和生产，产品主要应用于真空冶金、化工新材料、桥梁建造、轨道交通、太阳能光伏、航空航天等领域。

因达孚

因达孚成立于 2017 年，主要从事碳纤维保温隔热材料研发、生产、销售，主要产品包括黏胶基石墨硬毡等产品。

杭州幄肯

杭州幄肯成立于 2017 年，主要从事高温热场材料研发及生产，主要产品包括碳纤维热场材料、高纯石墨材料、碳/碳复合材料、SiC 涂层产品及碳纤维复合材料等。产品广泛运用于 SiC 及化合物半导体长晶、半导体级大硅片长晶、光伏长晶、光通信预制棒生长及光纤拉丝、蓝宝石&LED 晶体生长、高端热处理与冶金行业等相关领域。

奥亿达

奥亿达成立于 2011 年，主要从事碳纤维保温材料应用技术和产品的开发与制造，产品包括包覆沥青基碳纤维、热场材料、碳纤维材料，产品主要应用于光伏、半导体、储能系统、航空航天等领域。

弘昌新材

安徽弘昌新材料股份有限公司成立于2014年,位于安徽省淮北市濉溪经济开发区,是一家集碳纤维及制品研究开发、生产制造、销售与服务的国家高新技术企业,产品涉及PAN基、沥青基、黏胶基、预氧纤维等。

5、进入碳纤维功能材料行业的主要壁垒

①技术壁垒

碳纤维功能材料行业具有一定的技术和工艺门槛，原材料和辅料的配方、各项工序的加工技术和生产设备的工艺参数均会影响产品质量。在石墨软毡的加工过程中，碳纤维原丝编织针刺的配方、针刺方法、白毡浸渍烘干的阻燃催化剂配方、预氧化和连续碳化石墨化中预氧炉和连续碳化石墨化炉各温区的加工温度、时间、张力和炉内气体纯度，均会影响产品的性能参数。

在石墨硬毡的生产过程中，热压机及真空石墨化炉的加工温度和时间也会影响产品的性能参数。行业内企业需要较长时间的技术储备、经验积累和生产调试才能保证产品成品率及性能稳定性。同时，企业需要针对下游客户的差异化需求调整产品的各项性能指标，因此行业外的企业进入本行业存在一定的技术壁垒。

②客户壁垒

只有在产品性能指标、供货能力及交货期限等方面受到客户认可的供应商，方能进入其合格供应商名录，在确定供应商名单后，不会轻易发生变更。因此对于潜在新进企业而言，很难在短期内进入行业内知名客户的供应链体系，行业存在一定的客户壁垒。

③资金壁垒

碳纤维功能材料行业涉及生产工艺流程较长，对设备投入、技术研发等方面都提出了较高的要求，行业资金投入较大。在设备投入方面，针刺机、预氧炉、连续碳化石墨化炉、真空石墨化炉等生产设备需要大量资金投入。在技术研发方面，企业需根据下游客户的需求对现有产品进行持续研发及产品迭代，同时针对新的应用场景需进行前瞻性研发，对研发投入的要求较高。

同时，由于行业下游客户主要为大型知名光伏单晶硅制造企业，对付款信用期、付款方式等合同条款具有较强的议价能力，相应形成的应收账款规模较大，对流动资金占用较大。因此行业资金壁垒较高。

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