根據原材料碳纖維市場分為三大板塊，即聚丙烯腈（PAN）基碳纖維、瀝青基碳纖維和粘膠基碳纖維。由于高碳產率和優(yōu)越的性能，PAN基碳纖維占據了碳纖維市場的主導地位。然而，由于較低純度和較低成本的碳纖維可以滿足汽車行業(yè)等較新的應用，對瀝青等前驅體的需求預計將增加。

 

    自從聚丙烯腈（PAN）基碳纖維問世以來，PAN一直是碳纖維最主要的前體材料。目前，全球約90%以上的碳纖維生產是基于PAN原絲。基于PAN前驅體的碳纖維廣泛應用于包括航空航天、體育用品、汽車和工業(yè)應用以及新興產業(yè)等領域的應用。

 

    由于PAN優(yōu)越的穩(wěn)定性和強度以及較高的碳收率而成為碳纖維最主要的前驅體材料。許多從事碳纖維行業(yè)的公司都是后向整合的；因此，他們生產自己的碳纖維前驅體材料。PAN前驅體的確切成分因公司而異，其技術為專有技術；然而，PAN前驅體后續(xù)步驟相同，包括氧化、預碳化、碳化、表面處理、洗滌、干燥和卷繞。

 

    圖1顯示了以2019年作為基線到2025年全球PAN基碳纖維市場規(guī)模，2020年全球PAN基碳纖維產量約9.4萬噸、市場規(guī)模39.4億美元，而到2025年預計將達到12.5萬噸、49.7億美元，2020-2025年兩者年復合增長率分別為5.9%、4.7%。

 

2021-2025年全球瀝青基碳纖維市場規(guī)模

 

    瀝青前驅體由從石油瀝青、煤焦油或聚氯乙烯中提取的多環(huán)芳烴制成。其碳纖維轉化率約為80%，與PAN基碳纖維相比，瀝青基碳纖維具有更高的模量，以及更高的熱導率和導電率。

 

    由于碳纖維的應用范圍不斷擴大，對廉價碳纖維的需求促使制造商從PAN轉向其他材料。在航空航天和國防應用中，PAN前驅體仍將占據主導地位；然而，汽車和工業(yè)領域的新應用領域需要更便宜、更低等級的碳纖維材料。預計這將推動瀝青前驅體的需求。

 

    隨著工藝技術的進步，瀝青前驅體的碳含量可達85%，與PAN前驅體相比，瀝青前驅體易于穩(wěn)定?？傮w而言，較新的應用和對更廉價碳纖維的需求增加預計將在未來幾年推動瀝青基碳纖維的需求。

 

    圖2顯示了以2019年作為基線到2025年全球瀝青基碳纖維市場規(guī)模，2020年全球PAN基碳纖維產量約9700噸、市場規(guī)模3.98億美元，而到2025年預計將達到1.34萬噸、5.23億美元，2020-2025年兩者年復合增長率分別為6.8%、5.6%。

 

 

2021-2025年全球粘膠基碳纖維市場規(guī)模

 

 

    粘膠（又稱人造絲）原絲是制造碳纖維最古老的前驅體材料之一。這些纖維早期是通過熱解過程制成的，以生產高產量的碳纖維。

 

 

    從粘膠原絲到碳纖維的總產率在10%到30%之間，低于PAN碳纖維產率的40%到50%。此外，拉伸石墨化的額外成本增加了纖維的總體成本，因此其成本較高。

 

 

    圖3顯示了以2019年作為基線到2025年全球粘膠基碳纖維市場規(guī)模，2020年全球PAN基碳纖維產量約932噸、市場規(guī)模0.38億美元，而到2025年預計將達到1357萬噸、0.51億美元，2020-2025年兩者年復合增長率分別為6.9%、5.2%。

 

圖3 2019-2025年粘膠基碳纖維市場規(guī)模

 

    根據絲束規(guī)格，碳纖維可以分為小絲束（≤24K）和大絲束（>24K）碳纖維。碳纖維是由許多平行的細絲組合而成，因而又會被稱為碳纖維絲束。絲束數是指每束碳纖維中的單絲數量。例如，12K指的是一束碳纖維中由12000根細絲。1K、3K、6K、12K和24K屬于常規(guī)絲束或小絲束碳纖維。而絲束規(guī)格超過24K的絲束是大絲束或工業(yè)級碳纖維。

 

2021-2025年小絲束碳纖維市場規(guī)模

 

    小絲束碳纖維又被稱為航空航天級碳纖維。當編織成復合材料時，小絲束碳纖維比大絲束碳纖維具有更高的拉伸強度和模量。雖然性能優(yōu)越，但是小絲束碳纖維比大絲束成本高很多。造成兩種不同規(guī)格碳纖維成本之間差異的主要原因在于其制造過程。小絲束碳纖維需要更高的碳化溫度、更細的紡絲和更長的氧化時間，因此小絲束或常規(guī)絲束碳纖維的生產成本高于大絲束碳纖維。

 

    由于具有輕量化和高強度等特點，小絲束碳纖維通常用于航空航天工業(yè)。碳纖維、玻璃纖維和芳綸纖維增強環(huán)氧樹脂等復合材料是航空航天部件中在減輕重量方面發(fā)揮主要作用的一些材料。碳纖維復合材料在航空航天和國防工業(yè)中有著廣泛的用途。Beech Starship直升機旋翼葉片、機翼組件、螺旋槳、座椅和儀表外殼都是碳纖維結構件的典型應用實例。在小絲束碳纖維中，3K和12k是最受歡迎的材料，廣泛應用于工業(yè)領域、建筑、娛樂和體育用品。

 

    圖4顯示了以2019年作為基線到2025年全球PAN基碳纖維市場規(guī)模，2020年全球PAN基碳纖維產量約6.41萬噸、市場規(guī)模31.93億美元，而到2025年預計將達到8.38萬噸、39.55億美元，2020-2025年兩者年復合增長率分別為5.5%、4.4%。

 

圖4 2019-2025年小絲束碳纖維市場規(guī)模

 

 

2021-2025年大絲束碳纖維市場規(guī)模

 

 

    大絲束碳纖維又被稱為工業(yè)級碳纖維，其中48K是最常見的大絲束碳纖維等級。與小絲束碳纖維相比，雖然大絲束碳纖維拉伸強度較低，但它們在一些應用領域的需求仍在不斷增加。

 

 

    總體而言，碳纖維材料的高成本是抑制多種應用對該材料需求的主要因素。然而，隨著制造過程變得更加高效，碳纖維材料的價格正在逐漸下降。大絲束碳纖維比小絲束碳纖維便宜，在某些應用中可以在成本和性能之間取得平衡。

 

 

    由于大絲束碳纖維具有較高的成本效益，汽車行業(yè)對這種材料的需求很高，其輕量化汽車結構件對先進復合材料的生產需求很高，因而制造商正在為增加大絲束碳纖維的產量進行大量投資。例如，2014年3月，東麗公司收購Zoltek Companys Inc.該公司是大型碳纖維絲束的主要制造商；2017年11月，蘇威收購了歐洲碳纖維股份有限公司（ECF），該公司是一家生產高質量大束（50K）聚丙烯腈（PAN）碳纖維前體的制造商。

 

    圖5顯示了以2019年作為基線到2025年全球PAN基碳纖維市場規(guī)模，2020年全球PAN基碳纖維產量約4.05萬噸、市場規(guī)模11.87億美元，而到2025年預計將達到5.61萬噸、15.89億美元，2020-2025年兩者年復合增長率分別為6.7%、6.0%。通過與小絲束碳纖維產能和規(guī)模對比不難發(fā)現，雖然大絲束碳纖維市場規(guī)模不小，但是銷售產值要顯著低于小絲束碳纖維。

 

圖5 2019-2025年大絲束碳纖維市場規(guī)模

 

 

按照纖維類型

 

    根據纖維類型，碳纖維市場分為原生碳纖維和回收（再生）碳纖維?；厥仗祭w維在市場上越來越受歡迎，尤其是在對環(huán)境可持續(xù)性的擔憂情況下，回收碳纖維得到越來越多關注。

 

 

    此外，隨著碳纖維在不同最終用途行業(yè)的使用量不斷增加，產生了越來越多的碳纖維廢棄物，這反過來又推動了回收碳纖維行業(yè)的發(fā)展。

 

2021-2025年原生碳纖維市場規(guī)模

 

    原生碳纖維virgin carbon fiber 是由前驅體制備而成的碳纖維，直接用于制造各種形式的碳纖維，如連續(xù)碳纖維、短碳纖維等。截止目前，未經處理的碳纖維占據了市場的主導地位。

 

    然而，由于碳纖維材料產生的廢物越來越多，回收碳纖維正在緩慢進入市場。但是目前航空航天領域的應用仍然需要原生碳纖維，由于缺乏回收碳纖維的專門技術，預計原生碳纖維部門將在預測期內繼續(xù)占據主導地位。

 

    圖6顯示了以2019年作為基線到2025年全球原生碳纖維市場規(guī)模，2020年全球原生碳纖維產量約9.67萬噸、市場規(guī)模42.05億美元，而到2025年預計將達到12.75萬噸、52.77億美元，2020-2025年兩者年復合增長率分別為5.7%、4.6%。

 

2021-2025年回收碳纖維市場規(guī)模

 

    據估計，每年生產的碳纖維中有30%以上最終成為廢物。重新利用這些碳纖維被視為一個新的商業(yè)機會，因為無論是從商業(yè)還是環(huán)境的角度來看，這都是有益的。

 

 

    據估計，回收碳纖維比未經處理的碳纖維便宜35%到45%?；厥仗祭w維與未經處理的碳纖維相比，拉伸強度降低約10%至20%被認為是可行且經濟的。因此，回收碳纖維市場正在獲得越來越大的吸引力。

 

 

   目前，全球在回收碳纖維領域運營的公司數量有限，預計在預測期內，將有更多的市場參與者（既有老牌市場參與者，也有新進入者）進入回收碳纖維市場。

 

    圖7顯示了以2019年作為基線到2025年全球回收碳纖維市場規(guī)模，2020年全球回收碳纖維產量約7970噸、市場規(guī)模1.74億美元，而到2025年預計將達到1.25萬噸、2.67億美元，2020-2025年兩者年復合增長率分別為9.3%、8.9%。

 

圖7 2019-2025年回收碳纖維市場規(guī)模