（報告出品方/作者：長江證券，范超、張佩）1材料特征：高性能但也高壁壘碳纖維是無機纖維材料的一種。纖維增強復合材料（FiberReinforcedPolymer：FRP）是由增強纖維材料與基體材料經過纏繞、模壓或拉擠等成型工藝而形成的復合材

（報告出品方/作者：長江證券，范超、張佩）

1 材料特征：高性能但也高壁壘

碳纖維是無機纖維材料的一種。纖維增強復合材料（Fiber Reinforced Polymer：FRP） 是由增強纖維材料與基體材料經過纏繞、模壓或拉擠等成型工藝而形成的復合材料。根 據增強纖維材料的不同，可分為有機纖維和無機纖維兩大類，無機纖維包括玻璃纖維、 碳纖維、硼纖維、碳化硅纖維等，有機纖維包括芳綸、尼龍纖維、聚烯烴纖維等。碳纖 維（carbon fiber，簡稱 CF）是一種含碳量在 90%以上的高強度、高模量的無機高分 子纖維，與各種基體經過復合工藝后制成的碳纖維復合材料（CFRP），可以應用在航空、 軍事工業、風力發電葉片、汽車構件、體育休閑產品等其他工業和民用領域。碳纖維材 料具備高性能、高壁壘兩個顯著特點，有“黑黃金”之稱。

碳纖維按原料分類。碳纖維主要分為 PAN（聚丙烯腈）基碳纖維、瀝青基碳纖維、粘膠 基碳纖維等。PAN 基碳纖維因制備工藝較簡單，制成的產品性能更優，是目前碳纖維市 場主流產品，約占全球碳纖維總產量的 90%。故目前碳纖維一般指 PAN 基碳纖維。

碳纖維按強度和模量分類。碳纖維主要的力學性能指標有拉伸強度和拉伸模量，分為通 用型碳纖維、高強碳纖維、高模碳纖維、超高強碳纖維、超高模碳纖維。實際使用中， 因東麗公司在行業領域的龍頭地位，其產品編號被作為行業標準，如 T300、T800、M55 等分別對應不同性能的碳纖維，高強型為 T 序列，高模型為 M 序列。

碳纖維按纖維數量分為小絲束、大絲束。單根碳纖維無法應用，實際使用的碳纖維是由 一定數量的碳纖維絲集束而成，1K 就代表一束碳纖維中有 1000 根絲，通常把小于 24K 的碳纖維稱為小絲束碳纖維，小絲束碳纖維主要應用于國防軍工（導彈、火箭、衛 星等）、航空航天及體育休閑領域，因此又被稱為“宇航級”碳纖維，價格比大絲束碳纖維 更加昂貴。通常把 48K 以上的碳纖維稱為大絲束碳纖維，主要用于交通運輸、風電葉 片、醫藥衛生、紡織、機電等工業領域，因此被稱為“工業級”碳纖維。

大絲束相對小絲束，下游應用更加大眾化。2020 年全球碳纖維需求結構中，大絲束銷 量占比約 45%，小絲束銷量占比約 55%，大絲束銷量占比呈現提升趨勢。大絲束相對于小絲束，產品性能相對較低但制備成本亦較低。從全球市場平均售價來看，風電領域 均價約 9 萬元/噸，主要以國內外 T300 級 24K、48K、50K 等產品為主。

高性能：輕質高強，極佳的輕量化材料

質量輕，強度大，模量高，碳纖維性能極佳且難以被追趕。碳纖維具備出色的力學性能 和化學穩定性，密度比鋁低、強度比鋼高，是目前已大量生產的高性能纖維中具有最高 比強度和最高比模量的纖維，具有質輕、高強度、高模量、導電、導熱、耐腐蝕、耐疲 勞、耐高溫、膨脹系數小等一系列其他材料所難以替代的優良性能。

從物理性能上看，碳纖維密度小，質量輕，比強度高。一是密度小，碳纖維的密度為 1.5~2g/cm3，相當于鋼密度的 1/4，鋁合金密度的 1/2，而其比強度比鋼大 16 倍，比 鋁合金大 12 倍。二是強度高，碳纖維拉伸強度可達 3000~4000MPa ，彈性比鋼大 4~5 倍，比鋁大 6~7 倍。三是具有各向異性，熱膨脹系數小，導熱率隨溫度的升高而下降， 耐驟冷和急熱，即使從幾千度的高溫突然降到常溫也不會炸裂。

四是導電性，25℃時高 模量纖維為 775μΩ/cm，高強度纖維為 1500μΩ/cm。五是耐高溫和耐低溫性好，碳纖 維可在 2000℃下使用，在 3000℃非氧化氣氛下不融化、不軟化。在 -180℃低溫下， 鋼鐵變得比玻璃脆，而碳纖維依舊很柔軟，也不脆化。但碳纖維的耐沖擊性較差，容易 損傷。（碳纖維復合材料抗拉不抗穿刺，生活中避免讓碳纖維產品碰到鋒利的小石子或 尖銳物體，以防止發生破裂現象。）

從化學性能上看，碳纖維具有耐酸、耐油、抗輻射等性能。碳纖維對酸呈惰性，能耐濃 鹽酸、磷酸、硫酸、苯、丙酮等介質侵蝕。將碳纖維放在濃度為 50% 的鹽酸、硫酸、 磷酸中，200 天后其彈性模量、強度和直徑基本沒有變化；在 50% 濃度的硝酸中只是 稍有膨脹，其耐腐蝕性能超過黃金和鉑金。但是，碳纖維在強酸作用下會發生氧化，與 金屬復合時會發生金屬碳化、滲碳及電化學腐蝕現象，因此在使用前須進行表面處理。

碳纖維是極佳的輕量化材料。碳纖維優越的比模量和比強度，使其成為極佳的輕量化材 料。在汽車應用上，相較于高強鋼，碳纖維可以實現 60%的減重，因此在一眾需要結構 輕量化的領域，如體育、航天等，都能看到碳纖維的身影。

高壁壘：技術壁壘高，龍頭企業護城河深

碳纖維生產流程復雜，對設備和技術要求極高。制備過程涉及眾多控制點，每個控制點 都有相應的參數，積累這些參數往往需要幾年的周期，而只有每個參數都達到最優，所 生產的產品性能才能達到最好。以預氧化環節為例，該環節需對溫度的精度、范圍進行 準確控制，否則將顯著影響碳纖維產品的拉伸強度，甚至造成斷絲現象。

資金壁壘高。碳纖維產線的投資門檻較高，從企業公告的產能計劃來看，萬噸投資額普 遍在 20 億元甚至以上，若是高性能碳纖維產線，則萬噸投資額在 100 億以上，高資金 壁壘使得大量企業較難進入到這一行業。此外前期核心技術尚未突破時，不僅產線投資 額高且投資回報率低，近幾年由于生產效率提升，企業投資回報迎來改善。即使這樣， 以行業龍頭中復神鷹為例，2020 年碳纖維噸凈利約 2.3 萬元，投資回報期約 10 年左右。

技術壁壘突破期長，龍頭企業護城河深。碳纖維行業技術壁壘非常高，體現在三個方面： 配方壁壘、工藝壁壘和工程壁壘，三者難度依次增加。盡管可以通過直接購買和挖角技 術人員等方式獲取配方，但仍需要時間去吸收和消化，配方壁壘突破時間為 1-2 年；想 要突破工藝壁壘，還要在擁有配方的基礎上投入大量精力去磨合和調整，通常需要 3-5 年；工程體系要求各生產工藝之間協調配合，需要企業投入大量資本去設計、改造、調 整裝備和訓練人員，壁壘突破時間 5 年以上。因此，碳纖維三大技術壁壘的突破期合計 超過 10 年，已經掌握成熟技術的企業先發優勢極大，護城河深厚。

產業鏈附加值高達 200 倍。由于碳纖維制備難度高，工藝復雜，因此其產品越往下游附 加值越高，尤其是應用于航空航天領域的高端碳纖維復材，因下游客戶對其可靠性、穩 定性要求十分嚴苛，產品價格也較普通碳纖維呈幾何倍數增長。據江蘇恒神公開轉讓說 明書（2015 年）統計，同一品種原絲、碳纖維、預浸料、民用復材、汽車復材和航空 復材每公斤價格分別約 40 元、180 元、600 元、不到 1000 元、3000 元和 8000 元， 每經一級深加工產品價格都將實現飛躍，航空復材價格較原絲更是翻了 200 倍。

碳纖維的價格遠遠超過其他替代材料。按每千克均價來看，普通型號碳纖維的均價約在 160 元/kg，是鋁、鎂等合金的 6-7 倍，是玻璃纖維的 8 倍。而即使考慮到碳纖維用量的 因素，這一巨大的價格差異也仍然無法被抹平。根據寶馬公司對汽車單位減重成本的測 算，使用碳纖維的單位減重成本約在 32€/kg，仍然是鋁的 7 倍。

2 行業質變：國產替代加速進行時

中國大陸碳纖維主要依賴進口，有效產能不足。在海外龍頭技術封鎖和價格戰等多方面 打壓下，國內碳纖維產業發展緩慢。我國碳纖維行業的發展歷程可以分為三個階段：

1）奠基階段：我國的碳纖維幾乎與日本同時起步，1962 年，中國石油吉林石化開始采 用 PAN 原料研制碳纖維，但是因為缺乏相應的科學知識和組織，沒有取得實質性的進 展，與此同時，美日等國家將其視為戰略物資，實施技術禁運，這也導致我國碳纖維的 研發止步不前。

2）起步階段：1975 年，原國防科委主任張愛萍將軍開始主持碳纖維研 發工作，先后組織了二十多名科研和企事業單位，組成原絲、碳化等五個專業組。但由 于知識產權歸屬問題沒有得到妥善解決，各部門之間的利益難以協調，進展速度緩慢。 在此之后的 80 年代中期，我國也陸續嘗試走引進開發之路，但均以失敗告終。

3）發展 階段：2000 年，兩院院士師昌緒提出要大力發展碳纖維產業，這引起了政府的重視， 至此我國開始采取措施大力支持碳纖維領域的自主創新，在 863、973 計劃中也將碳纖 維作為重點研發項目。2005 年國內碳纖維行業企業僅有 10 家，合計產能僅占全球產 能的 1%。2008 年，以國有企業為代表的企業開始進入碳纖維行業，但大部分企業在核 心關鍵技術上還無任何突破，無論是生產線的運行還是產品質量，都極不穩定。

碳纖維戰略地位極高。高性能碳纖維可用于制造導彈、戰機等國防重器，長期以來一直 在美國對華的禁運清單中，與原子能、半導體核心技術等同列。西方國家在上世紀 60 年 代就開始對華實施碳纖維材料的技術禁運，按照“巴統”和之后《瓦森納協定》，以美國為 首的西方國家對我國實施嚴格的碳纖維材料禁運。日、美等碳纖維主要申請國甚至對未 經許可范圍內而企圖購買和販賣碳纖維的個人實施抓捕，足見封鎖之徹底。除了碳纖維 原絲禁運之外，其制備技術及裝備一直被國外發達國家壟斷和封鎖。

政策高度重視碳纖維的發展。自 1962 年吉林石化開始 PAN 基碳纖維研究的數十年間， 碳纖維一直受益于政策的高度重視，先后由張愛萍將軍和師昌緒院士主導過兩次研發大 潮。在 863、973 計劃中也將碳纖維作為重點研發項目。隨著中美貿易摩擦的開始，國 外進一步收緊對中國的碳纖維供應，碳纖維的國產化工作愈加迫在眉睫。

在政策加碼下，國內企業高度重視研發，專利申請量不斷上升。在全行業共同努力下， 我國碳纖維技術邁入世界領先水平，技術突破之后，需求同步爆發，于是行業迎來質變。（報告來源：未來智庫）

技術突破：大小絲束技術路徑不同，壁壘亦有不同

小絲束和大絲束碳纖維先后實現技術突破，二者技術路線存在差異，大絲束由于性價比 優勢，更易在大規模工業領域迎來放量。目前國內碳纖維企業發展路徑主要是兩類： 一是小絲束，國產替代更為迫切，三大龍頭已然崛起。小絲束碳纖維因用于軍工領域等， 故國產替代更為迫切，在重點投入和需求支撐下，小絲束碳纖維企業更早實現國產替代。

以干噴濕法為例，最早是中復神鷹在 2013 年率先突破千噸級碳纖維原絲干噴濕紡制造 技術并于 2015 年實現穩定運行，隨后光威復材、中簡科技、恒神股份等企業陸續實現 了干噴濕法的紡絲工藝。同時企業進行更高性能碳纖維的研制，以 T1000 級為例，中簡 科技 2015 年采用濕法紡絲技術研制成功 T1000 級碳纖維，光威復材 2018 年 QZ6026 （T1000 級）碳纖維在工程化生產線上實現連續生產成功，中復神鷹 2019 年百噸級超 高強度 QZ6026（T1000G 級）碳纖維生產線實現連續運行。

二是大絲束，利用腈綸工藝是發展趨勢，吉林碳谷率先實現突破。近幾年我國大絲束碳 纖維技術實現突破：1）吉林碳谷在原奇峰化纖 20 年腈綸制備基礎上進行研發，2008 年設立就取得了 DMAC 為溶劑的濕法兩步法專有技術，于 2013-2015 年間逐步實現了 小絲束產品的 DMAC 為溶劑的濕法兩步法的技術更新與優化，2017-2019 年突破 24K、 25K、48K 等大絲束產品穩定產業化生產技術，打破國際碳纖維巨頭在原絲生產技術上 的壟斷情況；2）上海石化曾是國內最大的腈綸生產企業，2018 年官方稱突破 48K 大絲 束碳纖維，2021 年開始建設 2.4 萬噸大絲束原絲、1.2 萬噸 48K 大絲束碳纖維項目。

制備難點：大絲束和小絲束存在差異。大絲束碳纖維性能不如小絲束，但在相同的生產 條件下能夠提高碳纖維單線產能，降低生產成本，從而實現大規模的工業應用。大絲束 碳纖維由于高通量，在原絲、聚合、預氧化、碳化等多個系統環節，存在很多復雜的技 術與工程問題。包括但不限于：一是一致性，纖維數量更多，保持每根纖維的一致性更 難；二是毛絲問題，纖維數量越多則毛絲會越多，需要把毛絲的占比控制在合理范圍內； 三是碳化，碳化環節毛絲可能會發生劇烈的化學反應，導致纖維分子結構中的某些鍵斷 裂等現象發生。從日本東麗發展路徑來看，東麗在小絲束上不斷突破高強高模，但是不 具有大絲束碳纖維產能，而是通過并購美國 Zoltek 取得大絲束碳纖維產能。

大絲束的技術路線：從腈綸工藝向下游延伸是海外趨勢。腈綸工藝基礎是發展大絲束碳 纖維潛力的重要評價指標，海外大絲束碳纖維的原絲制備技術是源于腈綸工業的。世界 腈綸技術路線相對集中的是以 DMAC 為溶劑和以 NaSCN 為溶劑的二步法濕法紡絲生 產，前者是有機溶劑，后者是無機溶劑。目前在大絲束碳纖維領域，已經或有望突破原 紗技術的企業均有腈綸工藝基礎，且掌握了溶劑的生產，包括吉林碳谷、上海石化等。

需求旺盛：風光氫等領域需求爆發，中國引領全球

中國碳纖維需求量快速增長，增速領先全球。2015 年國內碳纖維需求量僅為 1.7 萬噸， 僅五年就增長逾 3 倍，2020 年達到了 4.9 萬噸，國內碳纖維需求實現連續 3 年超過 30% 的增長，遠超過全球市場增速。伴隨下游應用領域的擴大和發展，中國或將成為全球主 要碳纖維消費國，碳纖維需求有大幅增長的空間。

碳纖維在新能源領域（風、光、氫）的需求迎來快速增長。體育需求占據著我國下游應 用的 30%，需求量保持穩步增長；航空航天雖然用量不高，但單價遠超出其他領域，未 來隨著軍工開支有望穩步增長。近年來碳纖維因其良好的性能廣泛應用于風電葉片、光 伏硅晶熱場材料（碳碳復材）、纏繞復合材料儲氫氣瓶等，顯著受益于新能源行業增長。

新能源的強勁助推

1. 風電：需求崛起的突破口

在風電發展的 100 多年時間內，葉片材料先后出現了木材、布、鋁合金等。但在發展過 程中，具有高比強度、可設計性強的復合材料成為商業級葉片的主體制造材料，而風電 領域也成為復合材料最重要的應用領域之一。風電機葉片是一個復合材料制成的薄殼結 構，一般由葉片大梁、腹板、外蒙皮組成，復合材料在整個風電葉片中的重量一般占到 90 %以上。復合材料葉片最初采用的是玻璃纖維增強不飽和聚酯樹脂體系，直到今天這 仍是大部分葉片采用的材料。但隨著風機功率的增加，葉片長度的不斷增大，自身重量 也不斷增加，在這種情況下，具備高強高模、低密度的碳纖維復合材料開始嶄露頭角。

碳纖維葉片在結構材料中主要用于主梁或分段葉片連接區域，承擔主要載荷，用量大。 2020年全球風電碳纖維用量約為3萬噸，其中至少90%以拉擠板形式應用于葉片主梁； 國外最早將拉擠碳板應用于葉片，迄今已有十多年批量應用經驗；國內部分廠商已在新 葉型上完成拉擠碳板試制或小批應用，業內拉擠碳板新葉型研發加快。2021 年是拉擠 碳板新葉型研發與儲備期，預計 2022 年拉擠碳板市場需求暴增。

采用碳纖維可以幫助葉片減重，但是在當前碳纖維與玻纖的價格差距下，也會增加成本。 以美國 Sandia 國家實驗室研制的 SNL 100-00 風電葉片為例，若將主梁的玻纖更換為 碳纖維，則可以使得葉片總重下降 35%，但也使得材料成本提升 37%。更換后，最終 碳纖維占葉片重量的 13.6%，占葉片材料成本的 53.1%。

碳纖維滲透率提升為近年核心增長邏輯。隨著我國風電建設進程的快速推進，風電也一 躍成長為當前碳纖維下游領域應用規模中最大的部分，2020年國內需求量約為 2萬噸， 相較 2016 年的 0.3 萬噸大幅增加，2020 年占碳纖維需求的比例達到 40%。2016-2019 年風電裝機量相對平穩，碳纖維需求仍大幅增長，主要原因是滲透率持續提升，這背后 是風電機組大型化對風電葉片提出了更高要求。

風機大容量、大葉片已成為趨勢。大功率風電機組的掃風面積提升顯著，能有效提高風 能利用率。因此，風機的單機額定功率的提高，能降低風機的單位發電成本。2018 年我 國新增裝機平均功率 2.2MW，較 2007 年的 1.06MW 提升了 108%，大型化趨勢明顯。 據調查數據顯示，風機葉片的長度與風機的功率成正比關系。在相同風速下，更長的葉 片有著更大的掃風面積，捕風能力的提升為風機大功率的運行提供保障。2000 年前后， 以 32-47.9 米的為主導；2005 年前后，以 48-59.9 米的為主導；而 2010 年后，60-90 米的成為了主導。

玻纖材料逐漸難以滿足大葉片的需求，碳纖維有望加速滲透。傳統的葉片制造材料主要 為玻璃纖維復合材料，而當葉片長度超過一定值后，全玻璃鋼葉片重量較大，性能上也 有較多不足，或會出現共振問題、扭轉問題等。玻璃纖維已經無法滿足風電葉片大型化、 輕量化的要求。而碳纖維復合材料比玻璃纖維復合材料具有更低的密度，更高的強度， 其突破了玻璃纖維復合材料的性能極限，而且可以保證風電葉片在增加長度的同時，重 量大大降低。在當前風機持續大型化的趨勢下，碳纖維滲透率將持續提升。

裝機增長與滲透提升共振，碳纖維迎來需求崛起的突破口。《風電北京宣言》為風電發 展提出明確目標，國務院也提出要加快推進大型風電基地建設，未來裝機總量增速可期。 同時，隨著對低風速風區開發的重視度增強，以及對海風的持續開發，風電機組往大功 率發展的趨勢加速，對葉片長度的要求更高，碳纖維的滲透率也將持續提升。據此測算， 2025 年風電碳纖維需求有望達到 8.5 萬噸，年均復合增速 34%，對應市場空間 68 億。

2.光伏：受益于滲透率和需求量的雙重拉升

碳碳復材是極佳的熱場材料。碳/碳復合材料是以碳纖維為增強相的碳基復合材料，是目 前極少數可以在 2000 ℃以上保持較高力學性能的材料，它具有低比重、高比強、高比 模、低熱膨脹系數、耐熱沖擊以及耐燒蝕等優異性能，是新材料領域重點研究和開發的 一類戰略性高技術材料。

碳碳復材已廣泛應用于光伏行業。光伏行業發展前期，其單晶拉制爐、多晶鑄錠爐熱場 系統部件材料主要采用國外進口的高純、高強等靜壓石墨。石墨熱場系統產品具有成本 高、供貨周期長、依賴進口等特點，阻礙了光伏行業降成本、擴規模的發展進程。隨著 單晶硅拉制爐的容量快速擴大，從 2011 年左右的 16 英~20 英寸（1 英寸=25.4mm）熱 場快速發展到現在的 26 英寸和 28 英寸熱場，而等靜壓石墨作為由石墨顆粒壓制成型 的脆性材料，已經在安全性方面不能適應大熱場的使用要求，在經濟性方面也已經落后 于碳基復合材料。隨著國內先進碳基復合材料制備技術的發展，先進碳基復合材料成為 降低硅晶體制備成本、提高硅晶體質量的最優選擇，正逐步形成在晶硅制造熱場系統中 對石墨材料部件的升級換代，目前主要應用于單晶拉制爐和多晶鑄錠爐的熱場材料。

碳/碳復合材料產品向高純度、大尺寸方向發展。在光伏行業及半導體行業，由于技術 的發展及產品的快速迭代，硅片向高純度、大尺寸發展是其基本的趨勢，因此，高溫 熱場系統應用中，碳/碳復合材料產品向高純度、大尺寸的方向發展也是必然的趨勢。

3.高壓氫氣瓶：燃料電池汽車的廣闊遠景

高壓儲氫是目前車用儲氫的主流方式。氫氣作為新型清潔能源已經應用于燃料電池汽車， 其儲氫系統是汽車的重要的組成部分。氫氣能源能夠以氣態、液態、固態三種狀態儲存， 而根據儲存機理的不同又可分為高壓儲氫、液態儲氫、固體儲氫、有機液態儲氫等方式， 其中高壓儲氫是應用最廣泛的方式。該方式為利用氣瓶作為容器，通過高壓壓縮儲存氣 態氫，具有成本低、能耗小、充放氣速度快等優勢，也是當前車用儲氫的主流方式。

碳纖維纏繞高壓氫氣瓶使得高壓儲氫實現了由固定式應用向車載應用的轉變。在高壓儲 氫技術中，目前最為成熟且成本較低的技術是鋼制氫氣瓶，目前工業中廣泛采用 20Mpa 鋼制氫氣瓶，但是鋼制氫氣瓶由于較高的重量，容重比大，儲氫密度低，因此并不適合 汽車用。目前車用高壓氫氣瓶的國際主流技術通過以鋁合金或塑料作為內膽，外層則用 碳纖維進行包覆，提升氫氣瓶的結構強度并盡可能減輕整體重量。目前 70MPa 碳纖維 纏繞Ⅳ型瓶已是國外燃料電池乘用車車載儲氫的主流技術，35MPa 碳纖維纏繞Ⅲ型瓶 目前仍是我國燃料電池商用車的車載儲氫方式，70MPa 碳纖維纏繞Ⅲ型瓶已少量應用。

燃料電池汽車為國家重點發展方向。國務院辦公廳印發的《新能源汽車產業發展規劃 （2021-2035）》提到燃料電池汽車實現商用化。2020 年國家五部委聯合下發《關于開 展燃料電池汽車示范應用的通知》，擬開展為期 4 年的燃料電池汽車城市群創建工作， 采取“以獎代補”方式，對入圍示范的城市群按照其目標完成情況給予獎勵，最終今年 9 月由北京市大興區、上海市和廣東省佛山市牽頭的京滬粵三個城市群正式入選。示范 城市群重點是發展燃料電池汽車產業鏈環節，是氫能產業鏈的中下游，涉及到了氫能制 -儲-運-加-用全產業鏈條，有利于推動氫能與燃料電池汽車行業的發展與變革。

燃料電池汽車未來有望爆發，氫氣瓶市場遠景可期。“我國至 2025 年燃料電池車銷量將達到 5 萬輛/年，至 2050 年將達到 520 萬輛/年，預計 2030 年和 2050 年燃料電池車在商用 車的滲透率分別為 7%和 37%，在乘用車的滲透率分別為 3%和 14%。”據此測算，2025 年氫氣瓶領域碳纖維需求將達 1.6 萬噸，對應 19 億市場規模；2030 年需求將達 17.1 萬噸，對應 189 億市場規模；2050 年需求將達 78.2 萬噸，對應 626 億市場規模。

輕量化的穩健需求

體育休閑領域是最早的碳纖維大規模應用領域。1970 年，日本東麗公司與美國 UCC 進 行技術合作，并于 1971 年工業生產 PAN 基碳纖維 T300，率先實現工業化量產(1 噸 /月)。在 1971 年之前，碳纖維的主要需求集中在美國軍工大訂單。1971 年后，日本東 麗公司率先生產了一系列一系列日常體育用品，比如魚竿、高爾夫球桿、網球拍等。碳 纖維魚竿質量減輕一半，盡管價格貴了 4 倍，但市場需求旺盛。1975 年，日本川崎球 拍為了彌補了日本人在網球運動中力量的劣勢，實現球拍的 100%碳纖維化，使得操作 更加輕便。隨著全球休閑體育風尚的崛起，日本東麗抓住時代機遇，快速搶占市場，不 斷深入碳纖維在各個領域的應用，成為全球最大的碳纖維制造商。

體育休閑是中國碳纖維行業的根基。當前全世界體育休閑，都集中在中國，體育休閑領 域，中國市場碳纖維的需求占到了全球的 90%。盡管目前市場已趨近于飽和，但未來隨 著 GDP 穩健增長和消費水平提高，預計體育休閑領域需求增長有望保持 5%左右。

航空航天對減重需求迫切。飛行器的運動速度高，過載大，對材料強度和變形有嚴格要 求；且能夠減少重量，就能夠增加有效載荷，降低飛行成本。據估計，商用飛機每減重 一公斤，一年就能節約 3000 美元的燃料；遠程火箭、太空飛船每減重一公斤，就能節 約 1 萬美元的燃料。因此高速飛行領域對材料重量錙銖必較，對價格敏感度相對較低。

碳纖維在航空航天領域應用廣闊，部分機型已達 90%。以戰斗機為例，自 20 世紀 70 年 代至今，復合材料的應用范圍已從最初的尾翼拓展到機翼、前機身、中機身、整流罩等 多個部位。以美軍為例，1969 年，F14A 碳纖用量僅有 1%，而以 F-22 和 F35 為代表 的第四代戰斗機上用量達到 24%和 36%。，英國的臺風戰機（EF2000)復合材料用量達 到 40%左右，其中全機表面的 70%采用碳纖復材。而碳纖維在波音等機型中的碳纖維 復合材料在戰機的應用與日俱增。

航空航天領域所用碳纖維單價高。從 2020 全球碳纖維需求來看，盡管航空市場（尤以 民航為甚）受疫情沖擊嚴重，需求量下降 20%，但是，由于其所用材料的高價格，它仍 然是收入規模上最大的一個部分。

2030 年航空航天用市場或達 18 億元。考慮到國產民航飛機的商用進程和交付節奏，短 期內對市場影響較小。航空航天領域用碳纖維在短期內仍主要依賴軍用領域拉動，設其 需求隨我國軍費開支同步穩定增長，給予 10%的年均復合增速，到 2030 年，航空航天 用碳纖維市場規模或達 18 億元。

行業質變：供給優化遇到需求爆發，替代全面加速

伴隨技術突破和需求爆發，碳纖維行業迎來優質發展期。首先，小絲束和大絲束碳纖維 先后實現技術突破，尤其是大絲束碳纖維的低成本優勢，使得碳纖維在工業領域規模放 量成為可能；其次，國內風光氫等新能源需求迎來快速增長，企業產能利用率提升，進 一步帶來成本下降，因此促進了碳纖維替代應用的全面加速。過去幾年頭部企業單位成 本下降顯著，驗證了技術突破和需求旺盛下供給曲線的下移。

日美企業遙遙領先，但國內企業快速追趕。2020 年全球碳纖維總產能約為 17 萬噸，其 中僅東麗一家就達到 5 萬噸，無論是大絲束市場或是小絲束市場，均被日美企業瓜分。 但近幾年我國碳纖維企業有效產能快速擴張，改變了行業長期以來“有產能而無產量” 的現象，進口比例持續下降。2015 年行業產能利用率僅為 15%，2020 年提升至 51%。（報告來源：未來智庫）

技術突破疊加規模效應，碳纖維行業供給曲線下移。過去幾年頭部企業的單位成本下降 顯著，進一步驗證了技術突破和需求旺盛下供給曲線下移。可以看到，相對于大絲束， 小絲束碳纖維龍頭企業成本更早迎來下降，我們判斷原因是小絲束碳纖維的進口替代更 為迫切，國內航空航天需求支撐下企業更快迎來成本下降。根據招股說明書：

1）吉林碳谷 2018-2020 年單位成本累計下降 36%；2）中復神鷹 2018-2020 年單位成本累計下降 19%；3）光威復材碳纖維業務 2014-2015 年單位成本累計下降 65%，最近兩年業務口徑有所 調整，僅公布碳纖維及織物業務的成本結構，其單位成本下降速度放緩；4）中簡科技碳纖維業務 2016-2018 年單位成本累計下降 33%，近兩年下降速度放緩。

從材料成本來看，丙烯腈單耗迎來下降。碳纖維原絲生產過程中耗用的主要原材料為丙 烯腈及油劑，丙烯腈及油劑成本占總材料成本的 90%左右；由于光威復材和中簡科技 的軍品占比較高，產品售價更高，故直接材料成本占比較低。吉林碳谷由于毗鄰吉林石 化，丙烯腈主要從吉林石化采購，油劑主要來自于日本油脂生產商竹本油脂株式會社和 松本油脂制藥株式會社。中復神鷹丙烯腈主要從江蘇斯爾邦石化有限公司采購，油劑實現自主研制。對于占比最大的原材料------丙烯腈，吉林碳谷和中復神鷹的單耗是相對領 先于其他企業，吉林碳谷在采購價格上有小幅的優勢。

未來碳纖維成本繼續下降可以期待。未來從原材料、工藝、能源利用、設備、規模化建 設等多方面入手疊加規模效應提振，碳纖維降本潛力較大。碳纖維生產制備成本主要于 包括 PAN 原絲（購買或制備）、預氧化、碳化（低溫碳化、高溫碳化）、表面上漿和卷 繞成本，具體成本構成為：原絲（51%）、 預氧化（16% ）、 碳化（23%）、表面處理 （4%）、包裝等其余成本 6%。據測算，隨生產規模增加，原絲和碳纖維的生產成本均明顯下降，主要是大規模直接費用被攤薄，非直接生產控制因素對生產總成本的影響逐 漸減弱。例如，產能 3300t 原絲單位成本為 3.8 萬元/噸，較 1100t 產線的單位成本 4.78 萬元/噸減少 20%。產能 1500t 碳纖維單位成本為 11.7 萬元/噸，較 500t 產線的單位成 本 15.9 萬元/噸減少 27%。

3 企業競爭：碳纖維原絲是競爭核心

目前碳纖維行業的有效產能高度集中，主要來自吉林碳谷（及下游企業）、中復神鷹、光 威復材、中簡科技等，其中吉林碳谷對應的份額能夠占到 50%左右。受益于新能源行業 景氣及全球疫情影響海外企業進口，國內碳纖維企業收入迎來高速增長，尤其是率先突 破大絲束規模化生產的吉林碳谷、工業應用起家的中復神鷹、軍工并重發展的光威復材。

大部分產能實為無效產能

我國碳纖維產能集中度較高。2020 年國內碳纖維行業理論產能 CR3 為 46%，CR5 為 60%，CR10 為 72%，產能集中于頭部企業。但這一數據并不代表有效產能，行業部分 產線生產成本很高或無法連續達產，因此行業產能開工率并不高。

有效產能高度集中，行業競爭格局較優。2020 年國內碳纖維產能約 3.6 萬噸，但國內供 應量約 1.85 萬噸，如果將吉林碳谷的原絲銷量折算為碳纖維銷量（假設折算系數 2.1： 1），則國內前四家企業（吉林碳谷、中復神鷹、光威復材、中簡科技）銷量約 1.6 萬噸， CR4 約 86%。考慮到恒神股份還有部分的自產原絲，故行業原絲基本就被以上企業全 部占據。同時頭部企業間也有各自的優勢細分市場，如中簡科技主營軍品小絲束，光威 復材軍民并重，中復神鷹主營民品小絲束，吉林碳谷主營原絲，行業競爭格局較優。

龍頭規模與盈利快速提升

國內新能源需求快速增長，使得國內龍頭企業收入顯著快于海外。2017-2020 年國內碳 纖維需求量從 2.3 萬噸到 4.9 萬噸，需求復合增速約 28%，其需求拉動主要是風電葉 片、碳碳復材，2017-2020 年風電葉片、碳碳復材需求復合增速分別為 87%、49%。受 益于國內風電和光伏的景氣、及全球疫情影響海外企業進口，國內碳纖維企業收入迎來 高速增長，尤其是率先突破大絲束規模化生產的吉林碳谷。

龍頭企業收入增長印證行業需求變化。以中復神鷹和吉林碳谷為例，中復神鷹過去三年 銷量復合增速約 17%（產能是其核心瓶頸），其中風電葉片、碳碳復材、壓力容器、航 空航天領域銷量復合增速分別為 180%、142%、57%、47%，公司適當調整了產品結構， 基本把握了主流的景氣方向；吉林碳谷過去三年銷量復合增速約 65%（產能基本匹配需 求），其中 24K/25K 產品銷量復合增速約 86%，大絲束碳纖維放量源于風電需求旺盛。

毛利率：綁定軍品的企業毛利率持續高位，吉林碳谷和中復神鷹毛利率邊際改善顯著。 光威復材和中簡科技綁定軍工企業，故毛利率過去幾年均保持在高位。中簡科技第一大 客戶銷售額占比很高，而光威復材軍品收入占比持續下降，從 2014 年的 65%下降至目 前 50%左右。吉林碳谷和中復神鷹毛利率顯著改善，我們判斷源于需求改善+成本優化， 其中中復神鷹各個需求領域的產品毛利率均在穩步提升，說明公司生產效率提升顯著。

吉林碳谷

吉林碳谷于 2008 年設立，主要產品為碳纖維原絲，可分為 1K、3K、6K、12K/S、24K、 25K 和 48K 等。2017 年之前公司產品主要以小絲束為主，2018 年實現了 24K、25K 產品的規模化生產，2019 年實現了 48K 產品的規模化生產。自 2018 年迎來新發展階 段，依靠 24/25K 產品在風電領域實現銷量快速增長，整體運營出現顯著變化，毛利率 從 2018 年的-4%提升至 35%，歸屬凈利率從 2018 年的-37%提升至 13%。

大絲束原絲成為公司核心業務。公司將 24K/25K /48K 產品劃分為大絲束，過去三年大 絲束原絲銷量占比總原絲銷量的比例約 57%、79%、75%。其中，2019-2020 年 25K 收 入約 2.0、3.7 億元，占比碳纖維原絲收入的 67%、64%。公司下游主要是風電領域， 風電葉片主要使用 24K 及以上的碳纖維，大絲束碳纖維（≥24K）性價比高的優勢使其 在風電葉片領域成為大勢所趨，尤其是采用大絲束碳纖維拉擠梁片工藝以降低成本。

產能加速投放，奠定碳纖維原紗龍頭地位。2020 年公司碳纖維原絲產能為 2.45 萬噸， 公司規劃新建碳纖維原絲產能 4 萬噸（每條 5000 噸，共計 8 條），截至 2020 年末已投 產產能為 2 萬噸，尚在建設中產能為 2 萬噸。集團規劃在“十四五”末形成 20 萬噸碳 纖維全產業鏈，包括吉林碳谷 15 萬噸碳纖維原絲、吉林國興 1.5 萬噸大絲束碳纖維、 吉林凱美克 600 噸碳纖維、吉林化纖集團 3.5 萬噸大絲束碳纖維、吉林國興復材 1 萬噸 碳纖維及復合材料等 5 個重點規劃項目，屆時吉林碳谷原絲產能有望達到 20 萬噸。

部分企業外購吉林碳谷的原絲生產碳纖維。從吉林碳谷前五大客戶來看，精功系列收入 占比約 50%，含吉林精功碳纖維有限公司、浙江寶旌炭材料有限公司（原浙江精功碳纖 維有限公司）、浙江精業新興材料有限公司、紹興寶旌復合材料有限公司；宏發系列收入 占比約 15%，其中宏發新材主營玻纖和碳纖維多軸向增強材料，下游為風電葉片企業。 值得注意的是，吉林精功碳纖維作為吉林碳谷的第一大客戶，其設備主要采購于浙江精 功科技股份有限公司。

中復神鷹

中復神鷹隸屬中建材系，成立于 2006 年，由是由中國復合材料集團有限公司、連云港 鷹游紡機有限責任公司和江蘇奧神集團有限責任公司合資組建。

公司不斷實現技術突破。2008 年，公司建成千噸級 SYT35（T300 級）碳纖維生產線， 并實現連續生產。2009 年，公司啟動國際先進的干噴濕紡碳纖維技術攻關，開始在工 藝上向國際先進水平靠近。僅僅三年后，公司即自主突破了干噴濕紡千噸級 SYT49 （T700 級）碳纖維產業化技術。2015 年，公司突破了百噸級 SYT55（T800 級）碳纖 維產業化技術。2017 年突破了實現干噴濕紡千噸級 SYT55 規模化生產和穩定供應，并 在當年獲國家科技進步一等獎。幾乎每 2-3 年的時間就能實現新產品的規模化生產道路。

基本實現對標東麗的全牌號覆蓋。公司對外銷售產品主要為碳纖維，主要產品型號包括 SYT45、SYT45S、SYT49S、SYT55S、SYT65 和 SYM40 等，涵蓋了高強型、高強 中模型、高強高模型等類別，在航空航天、風電葉片、體育休閑、壓力容器、碳/碳復合 材料、交通建設等領域廣泛應用。SYT45S、SYT49、SYT49S 屬于 T700 級碳纖維， SYT55S 屬于 T800 級碳纖維，SYT65 屬于 T1000 級碳纖維。公司產品型號基本實 現了對日本東麗主要碳纖維型號的對標，實現了高強型、高強中模型、高強高模型各類 型碳纖維的品種覆蓋，且力學性能上已可追趕上國際先進水平的腳步。

以量取勝，產能利用率遠高于行業。公司以民品碳纖維銷售為主，雖然銷售單價低于以 軍品為主的光威復材、中簡科技，但根據中國化學纖維工業協會統計，2020 年公司碳 纖維產量排名國內第二位，市場占有率達 7.4%，產能利用率常年保持在 90%以上的高 位，遠遠超過行業平均水平，這使得公司成為最快實現盈利的工業用碳纖維企業。

西寧基地投產，產能瓶頸緩解，成本同步下降。公司位于連云港的生產基地現有產能規 模 3500 噸/年，目前已滿負荷運轉，西寧萬噸碳纖維項目預計將于今年分批建成陸續 投產，該項目投產后不僅解決公司產能瓶頸，同時有望降低制造成本。根據招股說明書， 公司目前紡絲速度達到 400m/min，單線規模達到 5000 噸/年，但西寧萬噸碳纖維項目 的紡絲速度設計能力達到 550 m/min，截至目前西寧基地已建成投產 6000 噸/年產能。

背靠中建材，擁有良好的客戶基礎。中復神鷹背靠中建材系，下游客戶以風電葉片、碳 碳復材、體育休閑為主，且多為行業龍頭，如碳碳熱場行業龍頭金博股份，最大葉片制 造商中材科技等，擁有良好客戶基礎，擁有核心客戶和市場的先發優勢。此外，中復神 鷹也正在向材料端向應用端邁進，啟動航空航天高性能碳纖維及原絲試驗線項目，碳纖 維航空應用研發及制造項目也已落地上海，將為中國大飛機的國產化進程助力。

（本文僅供參考，不代表我們的任何投資建議。如需使用相關信息，請參閱報告原文。）

精選報告來源：【未來智庫】。未來智庫 - 官方網站