（報告出品方/作者：信達證券，張潤毅）

1.碳纖維——材料“黑金”，行業(yè)壁壘高、產(chǎn)品附加值大

1.1 碳纖維剛?cè)岵?，下游應用廣泛

材料發(fā)展史與人類發(fā)展史緊密相連，而新材料更是推動人類從“自然王國”走向“自由王國”的強大動力。材料 通常被定義為用來制作有用物件的物質(zhì)，人類對材料的認知和利用能力直接決定了社會形態(tài)與人類生活水平。在 當代，材料、能源和信息已經(jīng)成為構(gòu)成社會文明和國民經(jīng)濟的三大支柱，而其中材料更是科學技術(shù)發(fā)展的物質(zhì)基 礎(chǔ)和技術(shù)先導。

縱觀整個材料發(fā)展史，以時間為維度可將其歸納為石器/青銅器/鐵器/鋼鐵/硅/新材料這六個發(fā)展時期。其中，隨 著 20 世紀下半葉新技術(shù)革命的開啟，新材料已然成為各高新技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展的助推器，例如計算機技術(shù)依賴于半 導體材料的工業(yè)化生產(chǎn)，宇航工業(yè)則需要大量高溫高強度結(jié)構(gòu)材料與之配套，而現(xiàn)代光纖通信更是以低消耗的光 導纖維為基石。

碳纖維被譽為 21 世紀新材料之王，是材料皇冠上的一顆璀璨明珠。碳纖維（Carbon Fiber，簡稱 CF）是一種含 碳量高于 90%的無機纖維。由有機纖維（粘膠基、瀝青基、聚丙烯腈基纖維等）在高溫環(huán)境下裂解碳化形成碳主 鏈機構(gòu)而制得。作為新一代增強纖維，碳纖維具有出色的力學性能和化學性能，既具有碳材料固有的本性特征， 又兼?zhèn)浼徔椑w維的柔軟可加工性，因此被廣泛應用于航空航天、能源裝備、交通運輸、體育休閑等領(lǐng)域：

質(zhì)量輕：作為一種性能優(yōu)異的戰(zhàn)略性新材料，碳纖維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(jié)構(gòu)件材料可使結(jié)構(gòu)質(zhì)量減輕 30%-40%。

高強度、高模量：碳纖維的比強度比鋼高 5 倍，比鋁合金高 4 倍；比模量則是其他結(jié)構(gòu)材料的 1.3-12.3 倍。

膨脹系數(shù)?。?/strong>大多數(shù)碳纖維在室溫下的熱膨脹系數(shù)為負數(shù)，在 200-400℃時為 0，在小于 1000℃時僅為 1.5 ×10-6 /K，不易因工作溫度高而膨脹變形。

耐化學腐蝕性好：碳纖維純碳含量高，而碳又是最穩(wěn)定的化學元素之一，導致其在酸、堿環(huán)境中表現(xiàn)均十分穩(wěn)定，可制成各類化學防腐制品。

抗疲勞能力強：碳纖維結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，據(jù)高分子網(wǎng)統(tǒng)計，其復合材料經(jīng)應力疲勞數(shù)百萬次循環(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%。

碳纖維復合材料是碳纖維基礎(chǔ)上的再次強化。雖然碳纖維可單獨使用并發(fā)揮特定功能，然而其終究屬于脆性材 料，只有與基體材料結(jié)合形成碳纖維復合材料，才能更好地發(fā)揮力學性能，承載更多負荷。

碳纖維可按照原絲類型、制造方法、性能等不同維度分類：

按原絲類型分類：聚丙烯腈（PAN）基、瀝青基（各向同性、中間相）；粘膠基（纖維素基、人造絲基）。其 中，聚丙烯腈（PAN）基碳纖維占據(jù)主流地位，產(chǎn)量占碳纖維總量的 90%以上，粘膠基碳纖維還不足 1%。

按照制造條件和方法分類：碳纖維（800-1600℃）、石墨纖維（2000-3000℃）、活性碳纖維、氣相生長碳纖 維。

按力學性能可分為通用型和高性能型：通用型碳纖維強度在 1000MPa、模量在 100GPa 左右；高性能型又 分為高強型（強度 2000MPa、模量 250GPa）和高模型（模量 300GPa 以上），其中強度大于 4000MPa 的 又稱為超高強型，模量大于 450GPa 的稱為超高模型。

按絲束大小可分為小絲束和大絲束：小絲束碳纖維初期以 1K、3K、6K 為主，逐漸發(fā)展為 12K 和 24K，主 要應用于航空航天、體育休閑等領(lǐng)域。通常將 48K 以上碳纖維稱為大絲束碳纖維，包括 48K、60K、80K 等， 主要應用于工業(yè)領(lǐng)域。

拉伸強度和拉伸模量是衡量碳纖維性能最主要的兩大指標。以此為依據(jù)，我國 2011 年頒布了《聚丙烯腈（PAN） 基碳纖維國家標準（GB/T26752-2011）》。同時，由于日本東麗在全球碳纖維行業(yè)具有絕對領(lǐng)先優(yōu)勢，國內(nèi)廠商 大多也同步采用日本東麗的分類標準作為參考。

1.2 高壁壘帶來高附加值，提升工藝、實現(xiàn)批量化生產(chǎn)可顯著降本增效

1.2.1 行業(yè)技術(shù)壁壘高，原絲生產(chǎn)是核心，碳化氧化是關(guān)鍵

碳纖維生產(chǎn)流程復雜，對設(shè)備和技術(shù)要求極高。各環(huán)節(jié)精度、溫度和時間的控制都將極大影響最終成品質(zhì)量。聚 丙烯腈碳纖維因制備流程相對簡單、生產(chǎn)成本低、三廢處便捷等特點成為現(xiàn)階段應用領(lǐng)域最廣、產(chǎn)量最高的碳纖 維。其主要原料丙烷可從原油中制得，聚丙烯腈碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈包含從一次能源到終端應用的完整制造過程。

從原油中制得丙烷后，丙烷經(jīng)選擇性催化脫氫(PDH)可得到丙烯；

丙烯經(jīng)氨氧化后得到丙烯腈，丙烯腈聚合和紡絲之后得到聚丙烯腈（PAN）原絲;

聚丙烯腈經(jīng)過預氧化、低溫和高溫碳化后得到碳纖維，并可制成碳纖維織物和碳纖維預浸料，用于生產(chǎn)碳纖 維復合材料；

碳纖維經(jīng)與樹脂、陶瓷等材料結(jié)合，形成碳纖維復合材料，最后由各種成型工藝得到下游應用需要的最終產(chǎn) 品；

原絲質(zhì)量、性能水平直接決定了碳纖維的最終性能。因此，提高紡絲液的質(zhì)量，優(yōu)化原絲成型的各項因素成為制 備高品質(zhì)碳纖維的關(guān)鍵節(jié)點。

據(jù)《聚丙烯腈基碳纖維原絲生產(chǎn)工藝研究》描述，紡絲工藝主要包括三大類：濕法紡絲、干法紡絲和干濕法紡絲。 目前，國內(nèi)外生產(chǎn)聚丙烯腈原絲的工藝主要采用濕法紡絲和干濕法紡絲，其中濕法紡絲的應用最為廣泛。

濕法紡絲首先將紡絲液從噴絲孔擠出，紡絲液以細流的形態(tài)進入到凝固浴中。聚丙烯腈紡絲液的成絲機理是：紡 絲液中與凝固浴中 DMSO（二甲基亞砜）的濃度存在較大差距，而凝固浴和聚丙烯腈溶液中水的濃度也存在巨 大差距。在以上兩種濃度差的相互作用下，液體之間開始雙向擴散，通過傳質(zhì)、傳熱、相平衡移動等過程最終凝 結(jié)成原絲。

原絲生產(chǎn)中 DMSO 殘余量、纖度、單絲強度，模量，伸長率、含油率、沸水收縮率成為影響原絲質(zhì)量的關(guān)鍵因素。以 DMSO 殘余量為例，其對原絲表觀性狀、截面狀態(tài)、最終碳纖維產(chǎn)品的 CV 值等均有影響，DMSO 殘余 量越低，產(chǎn)品的性能越高。生產(chǎn)中主要通過水洗的方式去除 DMSO，因而如何控制水洗溫度、時間、脫鹽水用量 和水洗循量等因素就成為重要的環(huán)節(jié)。

高質(zhì)量的聚丙烯腈原絲應具有以下特征：高密度、高結(jié)晶度、適當?shù)膹姸?、圓形截面、較少的物理缺陷，同時具 有光滑的表面和均勻致密的皮芯結(jié)構(gòu)。

碳化、氧化環(huán)節(jié)溫度控制是關(guān)鍵。碳化氧化是原絲制作成碳纖維最終產(chǎn)品的必備環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)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(chǎn)品的拉伸強度，甚至造成斷絲現(xiàn)象：

預氧化(200-300℃)：預氧化環(huán)節(jié)通過在氧化性氣氛中施加一定張力，對 PAN 原絲進行緩慢溫和的氧化，在 PAN 直鏈的基礎(chǔ)上形成大量環(huán)裝結(jié)構(gòu)，從而達到可以耐受更高溫度處理的目的。

碳化(最高溫度不低于 1000℃)：碳化過程需在惰性氣氛中進行。碳化初期 PAN 直鏈斷裂，開始進行交聯(lián)反 應；隨著溫度逐漸上升，熱分解反應開始，釋放出大量小分子氣體，石墨結(jié)構(gòu)開始形成；溫度進一步上升后， 碳元素含量迅速提高，碳纖維開始成型。

石墨化(處理溫度 2000℃以上)：石墨化并非碳纖維制作必備過程，為可選環(huán)節(jié)。若期望碳纖維擁有高彈性模 量，則需進行石墨化；若期望碳纖維獲得高強度，則無需進行石墨化。石墨化環(huán)節(jié)中，高溫使纖維內(nèi)部形成 發(fā)達的石墨網(wǎng)面結(jié)構(gòu)，通過牽伸對結(jié)構(gòu)進行整化從而得到最終產(chǎn)品。

高技術(shù)壁壘賦予下游產(chǎn)品高附加值，航空復材價格較原絲翻 200 倍。由于碳纖維制備難度高，工藝復雜，因此 其產(chǎn)品越往下游附加值越高，尤其是應用于航空航天領(lǐng)域的高端碳纖維復材，因下游客戶對其可靠性、穩(wěn)定性要 求十分嚴苛，產(chǎn)品價格也較普通碳纖維呈幾何倍數(shù)增長。

據(jù)江蘇恒神公開轉(zhuǎn)讓說明書（2015 年）統(tǒng)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為 40 元、180 元、600 元、不到 1000 元、3000 元和 8000 元，每經(jīng)一級深加工產(chǎn)品價格 都將實現(xiàn)飛躍，航空復材價格較原絲更是翻了 200 倍。

1.2.2 碳纖維生產(chǎn)成本高，提高工藝、批量化生產(chǎn)均為降本良策

碳纖維生產(chǎn)成本較高，是新興材料，更是“貴族”材料。可設(shè)計性較強的碳纖維屬于新興材料，但較高的原絲生 產(chǎn)成本、環(huán)保投入及生產(chǎn)運輸費用為其貼上了“貴族材料”的標簽。據(jù)《碳纖維產(chǎn)業(yè)化發(fā)展及成本分析》論述， 較高質(zhì)量的 PAN 原絲投入與碳纖維產(chǎn)出比約 2.2:1，較低質(zhì)量的原絲與碳纖維產(chǎn)出比約 2.5:1，疊加聚合、噴絲、 碳化氧化等過程對環(huán)境、綜合技術(shù)等要求較高，進一步導致碳纖維生產(chǎn)成本居高不下。

制造費用通常占碳纖維生產(chǎn)總成本的 70%以上。根據(jù)中簡科技、光威復材公司年報，其碳纖維生產(chǎn)成本主要由 材料、人工、制造費用等構(gòu)成，2016-2019 年上述兩公司碳纖維產(chǎn)品制造費用占其成本均在 70%以上，成為生 產(chǎn)過程中的主要開支。

以生產(chǎn)流程為維度，聚合、紡絲和碳化氧化是其生產(chǎn)成本的主要構(gòu)成：

聚合：該階段主要包括由原料和生產(chǎn)物資消耗構(gòu)成的直接生產(chǎn)成本、由純化與輸送原料、聚合、過濾／輸送原液、回收單體／溶劑等成本構(gòu)成的生產(chǎn)過程成本，以及由蒸汽、電力、水、配套設(shè)施運維等成本構(gòu)成的綜 合生產(chǎn)成本。

紡絲：生產(chǎn)成本集中在過濾／ 輸送聚合液、紡絲、凈化等。產(chǎn)業(yè)鏈中，原絲一般在碳纖維成本中占比 51%。

碳化氧化過程：成本主要集中在處理所需原材料（包括上漿劑、電、氮氣、循環(huán)水）、配套設(shè)施運維、車間 潔凈化，及炭化廢氣處理等成本。

提高紡絲、碳化氧化等環(huán)節(jié)工藝可顯著降低成本。具體方法包括：

1）采用干噴濕法代替?zhèn)鹘y(tǒng)濕法紡絲：干噴濕紡為紡絲液從噴絲孔出來后先經(jīng)過干段空氣層或氮氣層后才進入凝 固液中進行凝固的工藝技術(shù)。對比傳統(tǒng)濕法紡絲，該方法可將紡絲速度從每分鐘 100 米提高至 300 米，并使固 含量提高至 22%以上。據(jù)《PAN 基碳纖維生產(chǎn)成本分析及控制措施》表述，新紡絲工藝的使用可在降低碳纖維 原絲成本（降低 75%）的同時提高產(chǎn)量(2-8 倍左右)。

2）采用新技術(shù)縮短預氧化時間：美國能源部橡樹嶺國家實驗室（ORNL）研發(fā)的等離子體預氧化法可使預氧化 時間縮短至 25-35 分鐘（一般需要 80~120 分鐘），該方法可使能耗下降 75%，生產(chǎn)成本降低 20%，并適用于所 有規(guī)格的碳纖維生產(chǎn)。此外，采用流態(tài)化加熱、熱輥接觸式干燥等新技術(shù)均可有效降低生產(chǎn)成本。

3）更換炭化爐材料、提高碳化環(huán)節(jié)熱利用率：美國哈泊公司生產(chǎn)的炭化爐使用絕緣或耐火材料替代傳統(tǒng)水冷卻 操作，持續(xù)降低設(shè)備的熱量損失；此外，據(jù)《PAN 基碳纖維制備成本構(gòu)成分析及其控制探討》表述，采取余熱多 級利用等新技術(shù)可有效降低設(shè)備能耗，使碳纖維每噸成本降低 9500 元。

提升產(chǎn)量可帶來規(guī)模效應，有效降低碳纖維生產(chǎn)成本。據(jù)《碳纖維產(chǎn)業(yè)化發(fā)展及成本分析》統(tǒng)計，原絲和碳纖維 的產(chǎn)能和生產(chǎn)成本呈反比關(guān)系。隨著產(chǎn)能的擴大，原絲和碳纖維產(chǎn)線直接生產(chǎn)成本的增幅顯著小于單耗成本、固 定資產(chǎn)折舊和流動費用等成本的降幅，千噸級碳纖維產(chǎn)線每年成本較百噸級產(chǎn)線下降 18%。

1.3 我國碳纖維產(chǎn)業(yè)方興未艾，潛力巨大

技術(shù)創(chuàng)新助推碳纖維性能提升，國產(chǎn)化替代是行業(yè)不變“旋律”。我國自 20 世紀 60 年代后期便開始 PAN 基碳 纖維研究，歷經(jīng)半個世紀發(fā)展，現(xiàn)階段雖仍與國外有顯著差距但已可自主制備以 T700、T800、M55J 等為代表 的一系列高端碳纖維，成功打破國外的技術(shù)封鎖，成績斐然。

縱觀國內(nèi)碳纖維發(fā)展史，我們將其歸納為以下五個階段：

舉國體制，從無到有（1962-1982）：該階段我國碳纖維研究剛起步，國家高度重視碳纖維研發(fā)工作，PAN 基 碳纖維研制課題組、高分子復合材料物理研究室相繼成立，建成 PAN 原絲試制能力約 50 噸/年，碳纖維長 絲試制能力 1.5-2.0 噸/年，解決了碳纖維從無到有的問題。

嘗試引進，于困難中摸索（1983-1990）：該時期國家科委鼓勵引進國外先進技術(shù)并承諾將給予資金支持，但 由于碳纖維技術(shù)涉及國防等領(lǐng)域，疊加“巴黎統(tǒng)籌條約”的限制，引進過程舉步維艱，經(jīng)多次談判考察，我 國最終以 450 萬美元從英國 RK 公司購入生產(chǎn)能力 100 噸（12K） /年的碳化設(shè)備，但運行效率較低。

“停滯”的十年（1990-2000）：由于碳纖維生產(chǎn)的復雜性和國外對我國的技術(shù)封鎖，國家雖積極組織各研究 單位合力攻關(guān)但關(guān)鍵技術(shù)依舊難以突破，該時期只有吉化公司、吉林碳素廠和北京化工學院在維持小批量供 貨，其他研發(fā)單位陸續(xù)退出該領(lǐng)域。

“大干快上”，碳纖維迎來建設(shè)浪潮（2000-2010）：在師昌緒院士的動員和國家大力支持下，科技部決定設(shè) 立碳纖維專項，并成立專家組，將碳纖維列入 863 計劃新材料領(lǐng)域。此外，大量民間資本的涌入也催生出一 批碳纖維生產(chǎn)企業(yè)，據(jù)《2019 全球碳纖維復合材料市場報告》統(tǒng)計，2000-2010 年，擁有碳纖維項目的科 研院所和生產(chǎn)單位達 40 家以上，投資規(guī)模超過 300 億元，全世界碳纖維設(shè)備制造廠也迎來了中國盛宴。

大浪淘沙，優(yōu)勝劣汰（2010 年至今）：前期雖有眾多碳纖維生產(chǎn)企業(yè)但大多未掌握核心技術(shù)，疊加碳纖維生 產(chǎn)制造投入大、建設(shè)周期久等特點，部分企業(yè)難以存活，行業(yè)開始經(jīng)歷“洗牌”，企業(yè)數(shù)量縮減至 10 余家。

此外，該時期優(yōu)質(zhì)企業(yè)迎來春天：光威集團與中簡科技成功上市，中復神鷹扭虧為盈，吉林化纖成為國內(nèi)原絲龍頭，行業(yè)實現(xiàn)了 T700 級碳纖維批量化生產(chǎn)和 T800 級碳纖維、M40J 石墨纖維的工程化制備，突破 T1000 級碳纖維、M50J、M55J、M60J 石墨纖維實驗室制備技術(shù)，具備開展下一代纖維研發(fā)的基礎(chǔ)。

政策扶持加快研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化進程，產(chǎn)品競爭力不斷提高，碳纖維行業(yè)進入發(fā)展快車道。我國政府從 70 年代即開 始大力支持國產(chǎn)碳纖維的發(fā)展，由張愛萍將軍組織召開的“7511”會議奠定了國家扶持國產(chǎn)碳纖維發(fā)展的基礎(chǔ)， 而 “863”計劃更是在政策層面為碳纖維國產(chǎn)化替代指明了前進方向；通過“十五”、“十一五”、“十二五”三個五年 計劃，國家強力支持了國產(chǎn)碳纖維的技術(shù)攻關(guān)、工程產(chǎn)業(yè)化和應用牽引，使國產(chǎn)碳纖維的發(fā)展取得長足進步。

我們認為，碳纖維作為新材料的“無冕之王”，今后將進一步受到國家政策的長期扶持，行業(yè)環(huán)境有望不斷改善， 為技術(shù)突破、產(chǎn)品性能升級的注入源源不斷的強大動力。

2、師夷長技，詳解美、日碳纖維崛起之路

2.1 正視與國外差距，是短板亦是上升空間

技術(shù)創(chuàng)新、政策扶持、應用升級是驅(qū)動碳纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展的三大動力。通過歸納梳理碳纖維生產(chǎn)流程與產(chǎn)業(yè)鏈我們 將產(chǎn)業(yè)發(fā)展邏輯總結(jié)為四點：

1）大量研發(fā)投入促進核心技術(shù)突破，迅速提高碳纖維性能與競爭力，加快產(chǎn)品升級換代；

2）高端產(chǎn)品滿足并進一步培育下游需求，應用端不斷向高端領(lǐng)域延展，實現(xiàn)需求的“質(zhì)”“量”齊升；

3）旺盛且持久的訂單顯著提升企業(yè)業(yè)績，改善其現(xiàn)金流，并吸引優(yōu)質(zhì)資本持續(xù)注入；

4）政策傾斜疊加現(xiàn)金流充沛，企業(yè)將投入更多研發(fā)資源并擴大生產(chǎn)規(guī)模，有效降低生產(chǎn)成本。

以上述產(chǎn)業(yè)發(fā)展邏輯作為框架，現(xiàn)階段我國碳纖維產(chǎn)業(yè)在核心技術(shù)裝備、產(chǎn)品性能、生產(chǎn)成本與規(guī)模等方面較美、 日仍有較大差距，具體表現(xiàn)為以下三點：

1）碳纖維研制、應用等基礎(chǔ)科學問題尚未探明，高端碳纖維及其復材較國外仍有代差。我國碳纖維研究雖起步 早，但由于早期缺乏腈綸等纖維制品的工業(yè)生產(chǎn)基礎(chǔ)，疊加國外嚴格的技術(shù)封鎖，導致我國在碳纖維工藝、成分、 結(jié)構(gòu)、性能等技術(shù)領(lǐng)域仍有認知盲點。

據(jù)《中國高性能碳纖維產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展》論述，國外航空航天等領(lǐng)域已經(jīng)大規(guī)模應用以 T800 級碳纖維為主要增 強體的第 2 代先進復合材料，而中國總體上仍處在第 1 代先進復合材料擴大應用階段，T800 級碳纖維的工程化 應用尚處研制階段。中國高性能纖維及其復合材料與國外先進水平存在代差。

2）產(chǎn)業(yè)化工藝與裝備核心技術(shù)仍未有本質(zhì)突破，導致企業(yè)有產(chǎn)能無銷量，進口依賴嚴重。現(xiàn)階段國產(chǎn)碳纖維仍 以小絲束產(chǎn)品為主，高質(zhì)量、大絲束、低成本、大規(guī)模碳纖維工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)尚未突破，而國外已開始將大絲束 低成本與小絲束高質(zhì)量碳纖維工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)融合，提升碳纖維品質(zhì)的同時進一步降低成本。

據(jù)《2019 全球碳纖維復合材料市場報告》統(tǒng)計，2019 年我國碳纖維需求約 3.8 萬噸，其中進口量占 68%；此 外，2019 年我國碳纖維運行產(chǎn)能為 2.6 萬噸而銷量僅為 1.2 萬噸，銷量/產(chǎn)能比僅為 34%（國際通常在 65%-85%）。

我們認為，碳纖維產(chǎn)業(yè)化程度不高一方面歸因于前述基礎(chǔ)科學未完全探明，另一方面則由于企業(yè)與科研院所尚未 建立有效合作機制導致“產(chǎn)”與“研”相分離。此外，因裝備國產(chǎn)化不足、對引進裝備二次改造能力弱，只能使 工藝去迎合裝備條件，從而失去以工藝為核心的產(chǎn)業(yè)化準則，進一步導致產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性差、產(chǎn)能釋放率低。

3）性能不足、產(chǎn)業(yè)化程度低等問題導致下游“不會用”、“用不好”問題突出，未對需求升級形成有效牽引。據(jù) 《2019 全球碳纖維復合材料市場報告》統(tǒng)計，2019 年國內(nèi)來自體育休閑領(lǐng)域的碳纖維需求占比達 37%，而航 空航天高端需求占比僅為 4%，反觀全球航空航天領(lǐng)域高端碳纖維需求占比則高達 23%。

我們認為，我國碳纖維下游需求結(jié)構(gòu)失衡的主要原因在于國內(nèi)大多數(shù)企業(yè)未形成碳纖維生產(chǎn)的全流程覆蓋，產(chǎn)業(yè) 鏈各環(huán)節(jié)較為分散，導致企業(yè)缺乏對碳纖維從設(shè)計到制造再到下游應用的集成能力，最終使得下游應用難以升級， 未對需求產(chǎn)生持續(xù)的拉動作用。

2.2 他山之石：技術(shù)創(chuàng)先機、政策育土壤、應用拓市場

碳纖維始于美國，興于日本，產(chǎn)業(yè)整合、應用場景不斷擴大是現(xiàn)階段行業(yè)發(fā)展主題：

碳纖維始于白熾燈發(fā)光體，日本、英國率先開始 PAN 基碳纖維研發(fā)。1879 年愛迪生發(fā)明了以碳纖維為發(fā)光 體的白熾燈并于美國取得初步成功，但隨后因被鎢絲取代而陷入沉寂。

20 世紀 50 年代，美蘇爭霸期間，美國為研發(fā)大型火箭和人造衛(wèi)星以及全面提升飛機性能，急需新型結(jié)構(gòu)材 料和耐燒蝕材料，碳纖維又重新出現(xiàn)在材料科學舞臺。

1959 年，日本大阪工業(yè)試驗所近藤昭男博士發(fā)明 PAN 基碳纖維制備技術(shù)，隨后 60 年代日、英率先開始 PAN 基碳纖維技術(shù)攻關(guān)，而同時期美國還在攻克粘膠基技術(shù)，導致其 PAN 基碳纖維研究起步較晚。

1970-1990 年，碳纖維工程化、工業(yè)化技術(shù)先后被攻克，產(chǎn)品逐漸系列化，應用場景取得重大突破。20 世 紀 70 年代，日、美、英開始頻繁技術(shù)合作，美國從英國獲得碳化技術(shù)并與日本東麗、東邦和三菱展開技術(shù) 轉(zhuǎn)讓，隨后美國與日本于 1972 年制得碳纖維高爾夫球桿和魚竿，風靡全球。同時期，碳纖維復材實現(xiàn)了于 航空航天（軍、民用）結(jié)構(gòu)件上的工程化應用，并率先在軍機上實現(xiàn)批量化生產(chǎn)，成為碳纖維騰飛的基石。

跨入 80 年代，世界碳纖維單產(chǎn)線產(chǎn)能突破千噸/年，東麗產(chǎn)品譜系日益豐富（T300、T800、T1000、M60J），以 波音、空客為代表的民用航空對碳纖維需求萌芽，1982 年 T300 率先于 B757、B767 及航天飛機上得到應用。 然而，英國由于缺乏應用支撐開始以轉(zhuǎn)讓技術(shù)為主，將技術(shù)分別轉(zhuǎn)讓給中國、印度、俄羅斯和巴西。

1990-2000 年，碳纖維迎并購浪潮，美、日地位進一步穩(wěn)固，寡頭局面初步形成。該時期各大碳纖維廠商開 始搶占市場份額，美國赫氏并購了美國赫拉克勒斯的碳纖維產(chǎn)業(yè)；美國石油巨頭阿莫科整合了大部分美國的 碳纖維資源，不僅包括美國聯(lián)碳公司還有東邦與美國塞蘭尼斯公司合作的碳纖維資產(chǎn)(2001 年變更為氰特 CYTEC）。德國石墨巨頭西格里收購了英國考陶爾茲留下的 RK carbon，至此碳纖維拓荒者——英國考陶爾 茲退出歷史舞臺。

進入 21 世紀，碳纖維產(chǎn)業(yè)整合仍在繼續(xù)，下游應用向風電、汽車等新興領(lǐng)域加速延展。進入 21 世紀，行 業(yè)整合仍在延續(xù)，SGL 從阿爾笛處拉收購了合資碳纖維的股份、日本東邦收購了美國福塔菲爾碳纖維、日本東麗收購了卓爾泰克；與此同時航空航天、汽車、風力發(fā)電等領(lǐng)域碳纖維應用急劇擴大，號稱碳纖維飛機 的 B787 和 A350 于 2011 年和 2014 年完成首架交付，2010 年寶馬與西格里合資建碳纖維廠試圖徹底實現(xiàn) 電動汽車輕量化，由于拉擠板成功應用于葉片梁帽，風電巨頭維斯塔斯對碳纖維需求空前增長。

以史為鏡，我們認為技術(shù)革新、政策護航與應用拓展是世界碳纖維發(fā)展的最核心變量：

技術(shù)驅(qū)動產(chǎn)品性能升級，是碳纖維發(fā)展的第一動力。美、日在碳纖維發(fā)展初期便已意識到核心技術(shù)工藝是實 現(xiàn)性能提升的基礎(chǔ)，隨后便紛紛進行戰(zhàn)略布局，直到現(xiàn)階段依然在大力推動碳纖維材料的研發(fā)。以日本為例， 自 20 世紀 60 年代開始 PAN 基碳纖維技術(shù)攻關(guān)后，其每間隔 5-10 年便會推陳出新，實現(xiàn)技術(shù)與產(chǎn)品性能 的全面升級。

與此同時，日本國內(nèi)較早實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，成員覆蓋了完整的碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈，如新構(gòu)造材料技術(shù)研究聯(lián)盟 （ISMA），其共有 39 個成員，37 家為企業(yè)，1 家為國立研究所，剩余 1 家為國立大學。通過產(chǎn)、學、研的 深度結(jié)合，日本在碳纖維中間材料技術(shù)、成型技術(shù)、連接技術(shù)與回收技術(shù)領(lǐng)域均實現(xiàn)了重大突破，成為世界 碳纖維強國。

政策為研發(fā)單位、企業(yè)保駕護航，為碳纖維發(fā)展提供優(yōu)質(zhì)土壤。20 世紀以來，美、日均在政策層面推波助 瀾，促進碳纖維產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。如日本在包括“能源基本計劃”、“經(jīng)濟成長戰(zhàn)略大綱”和“京都議定書”等多 項基本政策中都將碳纖維作為重點推進項目，在政策支持下，日本碳纖維行業(yè)得以更有效集中各方資源，推 動產(chǎn)業(yè)共性問題的解決。此外，美國國防部高級研究計劃局在 2006 年啟動了先進結(jié)構(gòu)纖維項目，美國能源 部 2014 年也為多個碳纖維項目提供了高達 1130 萬美元的資助。

企業(yè)層面，美、日亦提供政策“方便”以不斷優(yōu)化行業(yè)環(huán)境。例如 20 世紀 80 年代，美國碳纖維公司大多采 用外部治理模式，但由于碳纖維材料的特殊性其發(fā)展往往受到別國技術(shù)的制約，美國國內(nèi)公司一度瀕臨倒閉。 1988 年美國國防部推出了以碳纖維等關(guān)鍵材料本土化為核心的國家戰(zhàn)略，指出碳纖維等國防工業(yè)關(guān)鍵材料 必須自給自足，從而幫助國內(nèi)碳纖維企業(yè)走出了困境。

應用領(lǐng)域持續(xù)拓寬是行業(yè)發(fā)展的“永動機”。碳纖維最初被用于白熾燈燈絲，而后由于美、蘇軍事爭霸，碳 纖維開始在軍用航空航天領(lǐng)域發(fā)光發(fā)熱，成為武器裝備的減重利器。此后，隨著 PAN 基碳纖維技術(shù)的突破、 疊加產(chǎn)能提升帶來的規(guī)模效應，碳纖維生產(chǎn)成本大幅降低，碳纖維開始在民用航空、體育休閑等領(lǐng)域大放異 彩?，F(xiàn)階段，以風力發(fā)電、壓力容器、新能源汽車等新為代表的新興產(chǎn)業(yè)輕量化需求旺盛，成為碳纖維行業(yè) 發(fā)展的新驅(qū)動。我們認為，應用領(lǐng)域的持續(xù)拓寬一方面將倒逼碳纖維產(chǎn)業(yè)化、工程化技術(shù)進步，另一方面也 將吸引更多優(yōu)質(zhì)企業(yè)的涌入，為行業(yè)發(fā)展提供不竭動力。

2.3 航空為先——東麗與赫氏的騰飛之路

2.3.1 日本東麗：積淀 50 余年，航空布局終迎開花結(jié)果

15 年增長 5 倍，東麗碳纖維業(yè)務規(guī)模突破 2300 億日元。2019 年東麗碳纖維業(yè)務收入 2369 億日元，同比增長 9.7%，實現(xiàn)營業(yè)利潤 210 億日元，營業(yè)利潤率為 8.9%。2004-2019 年，東麗碳纖維業(yè)務收入 CAGR 達 12%。

洞悉材料價值，“超長期”戰(zhàn)略成就全球碳纖維龍頭：日本東麗公司 1926 年創(chuàng)立之初僅是一家人造絲制造公司， 隨后根據(jù)市場需求不斷豐富自身產(chǎn)品體系，在深諳各類材發(fā)展價值的前提下陸續(xù)研發(fā)了合成纖維，樹脂、薄膜等 尖端材料，并將產(chǎn)品推廣至全球，成為世界材料領(lǐng)域無可爭議的“領(lǐng)頭羊”。

縱觀東麗碳纖維業(yè)務發(fā)展史，我們將其成功因素總結(jié)為三點：

1）提前洞悉碳纖維潛在應用價值，并維持高研發(fā) 投入，為公司未來厚積薄發(fā)奠定基礎(chǔ)；

2）乘航空發(fā)展之風，率先實現(xiàn)高端碳纖維批量化、規(guī)模化生產(chǎn)，同時在 全球范圍內(nèi)積極擴充產(chǎn)能，不斷提升公司市場占有率；

3）以航空為基，橫向布局風力發(fā)電、汽車等高端民用領(lǐng) 域，真正實現(xiàn)多點開花。

從體育休閑領(lǐng)域切入碳纖維市場，實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。東麗 1961 年啟動碳纖維研發(fā)，1971 年開始生產(chǎn)。公 司早期試圖進軍航空碳纖維領(lǐng)域，但彼時歐美主要公司都聚焦該市場，訂單競爭激烈，尚屬小公司的東麗無 法進入。于是公司另辟蹊徑，通過開發(fā)魚竿、球桿等體育用品，實現(xiàn)碳纖維的商業(yè)化應用和工業(yè)化生產(chǎn)。

乘航空之風，鑄行業(yè)巨頭：20 世紀 70 年代后期，石油價格飆升，民航公司急需輕量化增強材料以減少機身 重量，1975 年和 1987 年，東麗碳纖維分別應用于波音 737 的輔助承重結(jié)構(gòu)和空客 A320 的主承力部件中。 據(jù)波音公司“高拉伸強度和彈性條件下較鋁輕 30%”的需求，東麗開發(fā)出 T800 等高端碳纖維并于上世紀 90 年代起陸續(xù)用于波音 767、777、787 及空客 A350 上。航空需求的爆發(fā)加速東麗千噸產(chǎn)線的構(gòu)建和萬噸產(chǎn) 量的釋放，公司實現(xiàn)由前期虧損至穩(wěn)定盈利的轉(zhuǎn)變。

產(chǎn)能擴張疊加橫向布局，碳纖維生產(chǎn)體系持續(xù)完善：

1）為應對航空等領(lǐng)域碳纖維需求的攀升，東麗一直致力于全球布局以實現(xiàn)產(chǎn)需匹配。1972 年東麗在愛媛 工廠新設(shè)月產(chǎn) 6 萬噸的生產(chǎn)設(shè)備，并通過 UCC 公司構(gòu)建美國市場的售渠道；1982 年設(shè)立 Soficar 公司， 該公司 1985 年于西班牙設(shè)立工廠投產(chǎn)；1992 年于西雅圖市郊成立 TCA 公司，1997 年在美國迪凱特成 立 CFA 公司并建設(shè)工廠。東麗由此確立了橫跨日本、歐洲和美國 3 大地區(qū)的全球運營體制。2012 東麗 決定年產(chǎn)量增加 6000 噸，集團年產(chǎn)量擴大至 2.71 萬噸，2014 和 2015 年也分別實現(xiàn)了增產(chǎn)。

2）東麗亦利用自身技術(shù)與市場優(yōu)勢拓展高端民用領(lǐng)域，穩(wěn)固全球碳纖維龍頭地位。汽車方面，2010 年， 東麗與德國 Daimler 公司簽訂了汽車零部件碳纖維復材共同開發(fā)合同；此外，豐田與本田分別于 2014 和 2016 年發(fā)布了氫燃料汽車，車身均采用了東麗碳纖維材料；風電方面，東麗 2014 年收購了 Zoltek公司，發(fā)力以風電渦輪機葉片為主要用途的大絲束領(lǐng)域。

2.3.2 美國赫氏：深耕復材應用，打造美國航空航天碳纖維標桿

碳纖維復材為主要收入來源，盈利能力持續(xù)增長。赫氏是美國最大的碳纖維生產(chǎn)商和復合材料供應商，2019 年 赫氏總營收 23.6 億美元，其中碳纖維復材收入為 18.6 億美元，占比近 80%；2006-2019 年赫氏碳纖維復材營 業(yè)利潤由 1.2 億美元上升至 4.1 億美元，CAGR 達 10%，營業(yè)利潤率由 15%上升至 22%，盈利能力不斷增強。

航空航天占比超 85%，民用領(lǐng)域強勢崛起。赫氏自身將其整體業(yè)務分為商業(yè)航空航天、軍用航空航天及工業(yè)用 品三類，2005-2019 年其航空航天板塊業(yè)務（軍用+民用）占比由 72%上升至 87%，商業(yè)航空航天占比由 49% 上升至 68%，增幅顯著。

與東麗多元化的材料業(yè)務不同，赫氏聚焦復合材料應用 70 余年，公司發(fā)展史亦是美國航空航天歷史的縮影：

發(fā)展初期便致力于復材研發(fā)，扎根航空航天。赫氏成立于 1946 年，1953 年其產(chǎn)品便用于復合材料制造的 第一架轟炸機和戰(zhàn)斗機，在 1961 年經(jīng)歷了軍費削減導致的銷售下滑后，1965 年美越戰(zhàn)爭重新推動公司蜂 窩結(jié)構(gòu)復合材料業(yè)務發(fā)展。1993 年由于經(jīng)營問題，公司申請破產(chǎn)保護，多方籌資籌得 5000 萬美元后于 1995 年 2 月擺脫破產(chǎn)保護。

通過收購切入碳纖維及其復合材料領(lǐng)域，公司獲得“二次生命”。1996 年赫氏收購 Ciba-Geigy 和 Hercule 的復合材料業(yè)務，獲取了關(guān)鍵的航空產(chǎn)品生產(chǎn)資格和碳纖維生產(chǎn)能力，為后續(xù)承接多項軍民航空、航天業(yè)務 打下基礎(chǔ)。

洛馬、波音、空客等軍民機項目紛至沓來，赫氏進入穩(wěn)定盈利期。民品方面，空客 A380、A320、H160 直升機、波音 787 Dreamliner、747-8 等機型均采用了赫氏碳纖維復合材料；軍品方面，赫氏為 F35、V-22（魚 鷹）傾斜旋翼飛機、UH60M 黑影、AH-64 阿帕奇、A400M 軍事運輸機、大黃蜂戰(zhàn)機等軍機提供碳纖維復合 材料；此外，赫氏也參與了多項美國國家空探索計劃如阿波羅登月、哥倫比亞航天飛機制等，如正是航空航 天領(lǐng)域業(yè)務的不斷增長，使得赫氏穩(wěn)坐美國碳纖維及其復材制造商龍頭地位。

總結(jié)東麗、赫氏的發(fā)展可再次得出：

1）持續(xù)的研發(fā)投入、不懈的應用實踐為碳纖維制造企業(yè)發(fā)展的基石；

2）航空航天是碳纖維制造的試金石，批量化生產(chǎn)帶來的規(guī)模效應是企業(yè)蛻變的關(guān)鍵；

3）后期高端民用領(lǐng)域的橫向擴張是保持業(yè)務常青的良藥。

3.全球市場極速擴張，國內(nèi)航空航天需求潛力巨大

3.1 國際市場：航空航天占據(jù)主導，風電葉片增速強勁

2019 年全球碳纖維需求首次突破 10 萬噸。據(jù)《2019 全球碳纖維復合材料市場報告》測算，2019 年全球碳纖維 需求總量達 10.4 萬噸，同比增長 12%，金額達到 28.7 億美元，同比增幅 11.6%。2008-2019 年全球碳纖維需 求量 CAGR 為 10%。

這是全球碳纖維發(fā)展 60 余年來需求量首次突破 10 萬噸大關(guān)，其直接反映了碳纖維下游需求的持續(xù)擴張。隨著 各國對碳纖維投入加大，核心技術(shù)將不斷突破，當絕大部分核心技術(shù)被掌握后，下一個 10 萬噸需求增長的用時 間將急劇縮短，據(jù)《2019 全球碳纖維復合材料市場報告》預測，2025 年全球碳纖維需求量將達到 20 萬噸，2030 年將達到 40-50 萬噸。

航空航天依舊穩(wěn)占碳纖維需求主體地位。2019 年航空航天領(lǐng)域碳纖維需求量 2.35 萬噸，同比增長 12%，占總 需求量的 23%。由于航空航天高端碳纖維單價較高，因此該領(lǐng)域 2019 年需求金額達到 14.1 億美元，占需求總 金額的 49%。據(jù)《2019 全球碳纖維復合材料市場報告》披露，2019 年航空航天領(lǐng)域碳纖維需求的增加主要來源 于波音 787 和空客 A350 產(chǎn)能的擴張。

5 年翻 4 倍，風電葉片需求增速強勁。據(jù)賽奧碳纖維技術(shù)統(tǒng)計，2014-2019 年全球來自風電葉片領(lǐng)域的碳纖維需 求由 0.6 萬噸上升至 2.55 萬噸，CAGR 達 33.6%，增速強勁。2019 年來自風電葉片領(lǐng)域的碳纖維需求占總量的 25%，然而由于該領(lǐng)域碳纖維單價較低，對總體金額貢獻不顯著，僅占總需求價值量的 12%。

其他領(lǐng)域碳纖維需求增速穩(wěn)定。據(jù)《2019 全球碳纖維復合材料市場報告》統(tǒng)計，2019 年汽車、壓力容器、混配 模成型、建筑補強、電子電氣等領(lǐng)域碳纖維需求與總需求量協(xié)同增長，同比增速維持在 12%左右。其中，體育休 閑領(lǐng)域需求增速較慢，每年維持 4-5%左右的增幅。

3.2 國內(nèi)市場：航空航天占比不足，體育休閑、風電葉片為需求主要來源

我國碳纖維需求 12 年增長近 5 倍。據(jù)賽奧碳纖維技術(shù)統(tǒng)計，2008-2019 年我國碳纖維需求量已經(jīng)由 0.8 萬噸上 升至 3.8 萬噸，占全球總需求量的 36%，CAGR 達 15%，超過全球平均增速。預計到 2025 年，我國碳纖維需 求總量將達到 11.9 萬噸。

風電葉片、體育休閑領(lǐng)域為主要需求來源，航空航天需求嚴重不足：

2019 年風電葉片高增長拉動行業(yè)整體需求。2019 年我國風電葉片碳纖維需求量為 1.38 萬噸，同比增長達 72.5%，占總需求量的 36.5%。其中，國產(chǎn)碳纖維約 1000 噸，相較 2018 年的完全進口，邁出了國產(chǎn)替代 的第一步。

體育休閑領(lǐng)域為國內(nèi)碳纖維需求最大來源。2019 年中國大陸與中國臺灣體育休閑領(lǐng)域碳纖維需求合計 1.4 萬 噸，同比增幅 4%，占總需求量高達 37%，2014-2019 年體育休閑領(lǐng)域一直是我國碳纖維需求最大來源。

航空航天占比僅為 3.7%，較世界平均水平差距顯著。2019 年我國航空航天碳纖維需求 1400 噸，較 2018 年上升 400 噸。2014-2019 年我國航空航天領(lǐng)域碳纖維需求占比維持在 2%-4%，較世界平均的 22%-24% （2014 年為 29%）差距顯著。

3.3 碳纖維為航空航天必備新材料，未來增量需求有望破萬噸

3.3.1 碳纖維正推動航空航天邁入輕量化時代

當前，由于碳纖維性能的不斷提高和基體樹脂增韌性技術(shù)的突破，碳纖維復合材料正逐步取代傳統(tǒng)金屬材料被廣 泛應用于航空制造業(yè)中，特別是高強中模、大伸長碳纖維，能夠顯著提高沖擊后的壓縮強度和耐熱/濕性，成為飛 機結(jié)構(gòu)材料的不二之選。

碳纖維復合材料在航空領(lǐng)域的應用大致可分為三個部分：

1）應用在受力不大或非承力構(gòu)件階段(如舵面、口蓋等)；

2）應用在次承力或承力較大構(gòu)件階段(如機翼等)；

3）應用在主承力構(gòu)件或復雜受力構(gòu)件階段 (如機身、中央翼 盒)等；

世界范圍內(nèi)各類型軍用飛機均大量使用碳纖維復合材料：

戰(zhàn)斗機：先進機型碳纖維復材占比正逐步提升，據(jù)《碳纖維及石墨纖維》統(tǒng)計，美國 F-14A 的復合材料僅占 1%，到英國生產(chǎn)的戰(zhàn)機“臺風”EP2000 時復合材料含量已達 40%。

直升機：理論上 1kg 碳纖維復合材料可代替 3kg 的鋁合金，對于直升機而言，碳纖維不僅具有高比強度和 比模量，且具有優(yōu)異的阻尼特性，即不易起振，起振后能迅速吸收動能并停止下來，這可降低飛行載荷在直 升機懸翼上產(chǎn)生的交變動值。此外，碳纖維復合材料具有突出的耐疲勞性，靜強度與疲勞強度比為 0.6-0.7， 而玻璃纖維僅為 0.3，芳綸纖維為 0.5。

以 MBB 公司研制的 BK117 直升機為例，該機型碳纖維復合材料占比高達 75%，于使用復合材料的構(gòu)件， 平均減重 33%，平均零件數(shù)目減少 79%。同時，我國由哈爾濱飛機制造公司生產(chǎn)的直-9 型直升機復合材料 用量也超過了 60%，該機不僅武裝了駐港部隊，而且參加了上海合作組織在俄羅斯舉行的反恐演練。

耐熱+減重，碳纖維助力火箭、導彈飛得更高，打得更遠。在 2000℃以上高溫環(huán)境中碳材料是唯一強度不降的物 質(zhì)，且軍用碳纖維可在 3 000℃以上環(huán)境保持穩(wěn)定，耐溫性遠超鈦金屬及其合金，因而被廣泛應用于火箭的助推 器、防護罩、發(fā)動機罩和導彈殼體、發(fā)射筒等結(jié)構(gòu)。此外，碳纖維復合材料亦可減輕火箭和導彈的質(zhì)量，加大其 射程，提高落點精度。

以導彈為例，據(jù)《碳纖維及石墨纖維》表述，美國、日本、法國的固體發(fā)動機殼體主要采用碳纖維復合材料。美 國 MK 型、SICBM 型、三叉戟Ⅰ型機動洲際彈道導彈鼻錐和發(fā)動機噴管喉襯都采用了 3D C-CFRP（以碳纖維 3 向編織物為胚體的碳纖維復合材料），衛(wèi)兵型、SPI 型反彈道導彈鼻錐采用了 3D C-CFRP，民兵Ⅲ鼻錐也采用了 細編穿刺 C-C 復合材料。MX 彈道導彈第三級發(fā)動機噴管及三叉戟 II 型(D-5)的第一、二級發(fā)動機噴管都采用了 C-CFRP。美國“北極星”、“戰(zhàn)斧”、三叉戟 II 型(Trident-II，D-5)導彈的固體發(fā)動機殼體采用了 CFRP。法國 M51 導彈的一級發(fā)動機外殼由碳纖維復合材料編織而成。

碳纖維可為民用航空帶來顯著經(jīng)濟效益。據(jù)《碳纖維及石墨纖維》描述，利用碳纖維及其復合材料替代鋼或者鋁 減重效率可達 20%-40%，對客機而言，減重可有效節(jié)省燃油、 提高航程和凈載能力，具有顯著的經(jīng)濟效益。

在早期 A310、B757 和 B767 上，碳纖維復合材料占比僅為 4%-7%，隨著技術(shù)的不斷進步，碳纖維復合材料逐 漸作為次承力構(gòu)件和主承力構(gòu)件應用在客機上，其質(zhì)量占比也開始逐步提升。至 A380 時，復合材料占比達到 25%，具體應用于客機主承力結(jié)構(gòu)部件如主翼、尾翼、機體、中央翼盒、壓力隔壁等和次承力結(jié)構(gòu)部件如輔助翼、 方向舵及客機內(nèi)飾材料等，開創(chuàng)了先進復合材料在大型客機上大規(guī)模應用的先河。

在最新的 B787 和 A350 機身上，復合材料的用量達到 50%以上，有更多部件使用碳纖維，例如機頭、尾翼、機 翼蒙皮等，使碳纖維需求量極大提升。

3.3.2 裝備升級放量、民航需求爬坡，碳纖維新增需求破萬噸

我國軍機總數(shù)僅為美國四分之一，高端戰(zhàn)機占比不足，軍機迭代迫在眉睫。據(jù)《World Airforces 2020》統(tǒng)計， 2019 年我國軍機總量為 3210 架，雖位列世界第三但僅為美國的四分之一。目前我國以殲-7、殲-8 為代表的二 代戰(zhàn)斗機仍是主力，占比達到 58%，四代機占比僅為 1%，而美軍現(xiàn)役已無二代戰(zhàn)斗機，其三、四代機型占比分 別為 87%和 13%。我們認為，未來我國軍機升級換代將是大勢所趨。

經(jīng)我們測算，未來軍機碳纖維復合材料需求規(guī)模將超過 300 億元：

我國軍機單機重量和碳纖維復合材料含量同步提升，放量后將產(chǎn)生乘數(shù)效應。據(jù)《復合材料在航空戰(zhàn)機上的 應用》表述，以殲擊機為例，我國殲-7 空重 5.3 噸，碳纖維復材含量約 2%，新一代戰(zhàn)機空重 17 噸，碳纖 維復合材料含量約 25-30%，相比老舊機型，新機型單機重量與碳纖維復材含量均顯著提升，未來將產(chǎn)生乘 數(shù)效應支撐碳纖維需求增長。

軍機迭代將新增 8210 噸碳纖維需求，市場規(guī)模達到 328 億元。

主要假設(shè)：

1）軍機持續(xù)迭代，新機型不斷亮相；

2）據(jù)《先進戰(zhàn)斗機結(jié)構(gòu)選材與制造工藝需求分析》內(nèi)容，將軍 機結(jié)構(gòu)系數(shù)設(shè)為 31%-34%。

3）軍用碳纖維復合材料成材率大約為 70%。

國產(chǎn) C919、ARJ21 訂單不斷增加，支撐民用碳纖維復材市場未來需求。國產(chǎn)大型客機 C919 于 2008 年啟動研 制，2017 年成功首飛并計劃在 2021 年取得適航證。此外，國產(chǎn) ARJ21 新支線飛機投入運營后銷量也保持良好。

據(jù)中國之聲 2020 年 5 月披露，C919 當前累計客戶 28 家，訂單總數(shù)已有 815 架；商飛亦收到來自 22 家客戶合 計 596 架 ARJ21-700 飛機訂單。經(jīng)測算，當前國產(chǎn)客機在手訂單兌現(xiàn)將產(chǎn)生 1383 噸碳纖維復材需求，市場規(guī) 模超過 55 億元。

據(jù)中國航空工業(yè)發(fā)展研究中心發(fā)布的《2020-2039 年民用飛機中國市場預測年報》預測，為滿足運量增長和替換 退役飛機需求，至 2039 年中國客機機隊規(guī)模將達 8854 架，其中因運量需求而新增的客機 5208 架，替換退役 客機 2368 架，剩余 1278 架為存量客機，市場價值超萬億美元。我們判斷，未來以 C919、ARJ21 為代表的國 產(chǎn)民用飛機訂單將繼續(xù)增長，進一步提振碳纖維下游需求。

4.高端民用多點開花，國產(chǎn)替代迎成長風口

4.1 風力發(fā)電將成碳纖維行業(yè)新驅(qū)動

碳纖維可有效降低風電葉片重量，促進風力發(fā)電向大功率方向發(fā)展。風力發(fā)電系統(tǒng)主要由發(fā)電機、葉片、塔架和 控制系統(tǒng)組成。其中，復合材料葉片是發(fā)電機的核心部件之一，葉片成本約占發(fā)電機系統(tǒng)成本的 18%-22%。由 于風力發(fā)電機的電能與葉片長度成正比，故此為提高發(fā)電功率需要增加葉片長度，葉片重量也隨之增加，為更好 地平衡葉片重量與長度，碳纖維復合材料成為風電葉片的理想選擇。

5 年翻 4 倍，風電葉片碳纖維需求增速強勁。據(jù)賽奧碳纖維技術(shù)統(tǒng)計，2014-2019 年全球來自風電葉片領(lǐng)域的碳 纖維需求由 0.6 萬噸上升至 2.55 萬噸，CAGR 達 33.6%，增速強勁。2019 年來自風電葉片領(lǐng)域的碳纖維需求占 總量的 25%，然而由于該領(lǐng)域碳纖維單價較低，對總體金額貢獻不顯著，僅占總需求價值量的 12%。

風力發(fā)電市場規(guī)模迅速擴張，中國為全球重要市場。據(jù) GWEC 發(fā)布的《全球風電發(fā)展報告 2019》統(tǒng)計，2019 年全球風電新增裝機容量達到 60.4GW，同比增長 19%；2019 年全球風電累計裝機容量突破 650GW，同比增 長 10%，2001-2019 年全球風電累計裝機容量由 24GW 上升至 651GW，CAGR 達 20%，規(guī)模增速顯著。

國家層面，2019 年新增裝機容量排名前五的是中國、美國、英國、印度和西班牙，合計占全球的 70%。就累計 裝機而言，中國、美國、德國、印度和西班牙位列第一至第五，合計占全球的 72%。

我國陸上與海上新增裝機規(guī)模均位列世界第一：

2019 年，全球陸上風電新增裝機容量為 54.2GW， 同比增長 17% ；累計裝機規(guī)模邁過 600GW 這一新的 里程碑，達到 621GW。其中，我國陸上風電新增并網(wǎng)容量為 23.8GW，占全球比重 44%，累計并網(wǎng)容量達 到 230GW。

2019 年，全球海上風電新增裝機容量超過 6GW，是有史以來表現(xiàn)最好的一年。其中，我國的新增規(guī)模達到 創(chuàng)紀錄的 2.3GW，居全球第一。英國的新增規(guī)模接近 1.8GW，依然是全球重要的海上風電市場。德國的新 增規(guī)模超過 1.1GW，居全球第三。

據(jù) GWEC 預測，2020-2024 年，全球有望新增 355GW 風電裝機，年均增長接近 71GW，CAGR 將達到 4%。 海上風電新增裝機規(guī)模將從 6GW 增至 15GW，其在全球年度風電新增裝機中的占比相應由 10%提高至 20%。

就中國市場而言，由于存量項目需趕在 2020 年 12 月 31 日前并入電網(wǎng)，以拿到核準電價，故此 2020 年有望成 為中國陸上風電市場有史以來表現(xiàn)最好的一年，從 2021 年開始，中國陸上風電市場發(fā)展主要受平價上網(wǎng)項目驅(qū) 動，繼續(xù)引領(lǐng)世界風電市場。

我們判斷中國風電行業(yè)的蓬發(fā)展將成為碳纖維市場有力驅(qū)動器，促進民用碳纖維需求走高。

4.2 碳纖維，引領(lǐng)新能源汽車材料革命

未來已來，碳纖維助力新能源汽車實現(xiàn)輕量化蛻變。據(jù)新能源汽車網(wǎng)測算，在同樣續(xù)航里程下，電動汽車重量比 傳統(tǒng)汽車重 200-300kg 甚至更多。因此為保證電動汽車有較好續(xù)航里程和可承受成本，電動汽車車身須減重 50% 以上。在所有輕量化材料中，碳纖維復合材料是唯一能在鋼質(zhì)零部件基礎(chǔ)上減重 50-60%卻能夠提供同等強度的 先進材料。

碳纖維及其復合材料在新能源汽車輕量化領(lǐng)域的優(yōu)勢突出表現(xiàn)在以下方面：

車身輕量化：碳纖維密度小，較低碳鋼結(jié)構(gòu)減重 50%，較鎂/鋁合金結(jié)構(gòu)減重 30%；

顛覆生產(chǎn)流程：模壓和粘結(jié)工藝代替沖壓和焊接，節(jié)約生產(chǎn)線及模、夾具的投入；

集成度高，造型自由：可設(shè)計性強，可實現(xiàn)流線型曲面成本低，可減少零部件種類和工裝投入；

提升汽車安全性：汽車輕量化后中心下降，提升操作穩(wěn)定性，碰撞吸能能力為鋼的 6-7 倍，鋁的 3-4 倍；

提升汽車舒適性：更高的振動阻尼，對汽車整體降噪效果提升顯著，舒適性更加。

據(jù)中國汽車工程學會發(fā)布的《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖》預測，2026-2030 年，我國將實現(xiàn)整車比 2016 年減重 35%，將重點發(fā)展鎂合金和碳纖維復合材料技術(shù)，實現(xiàn)碳纖維復合材料混合車身及碳纖維零部件的大范圍 應用。

除車身減重外，碳纖維亦可應用于新能源汽車電池箱體。動力電池作為新能源汽車能量供給的核心零部件，其性 能直接影響新能源汽車的性能表現(xiàn)。其對材料有高強度、輕量化和優(yōu)良的耐腐蝕性要求；碳纖維在這 3 方面具有 極大優(yōu)勢，其具有較高的比強度和比模量，同時還具有優(yōu)良的耐蝕性和阻燃性，因此能在滿足上述條件的同時， 做到動力電池箱的輕量化。

我國新能源汽車市場增速強勁，未來將成為碳纖維下游市場的中流砥柱。據(jù)中汽協(xié)和工信部統(tǒng)計，2014-2019 年 我國新能源車年產(chǎn)量由 8.4 萬輛上升至 124.2 萬輛，CAGR 為 71.4%，2019 年產(chǎn)銷量略下滑主要因行業(yè)補貼退 坡。

我們認為，伴隨著 2020 年汽車減重 10%，2025 年減重 20%，2030 年減重達到 30%目標的臨近，以及新能源 汽車出貨量的持續(xù)提升，碳纖維復合材料在新能源汽車行業(yè)中的運用范圍與運用比例將會繼續(xù)擴大，使中國成為 全球最大的碳纖維輕量化新能源汽車市場，引領(lǐng)全球碳纖維產(chǎn)業(yè)的未來。

4.3 我國碳纖維進口替代特征初顯，未來可期

我國碳纖維國產(chǎn)化率為 32%，進口部分主要依賴日本、中國臺灣。據(jù)《碳纖維產(chǎn)業(yè)釋放良機 2019》闡述，2019 年我國 3.8 萬噸碳纖維需求中進口量為 2.6 萬噸，同比增長 68%；國產(chǎn)供應量為 1.2 萬噸，同比增長 33%，國 產(chǎn)化率達 31.5%。

以傳統(tǒng)大小絲束市場來分，我國小絲束市場容量約 1.8 萬噸，其中國產(chǎn)約 0.7 萬噸；大絲束市場容量約 1.4 萬噸， 其中國產(chǎn) 0.1 萬噸；另有接近 0.5 萬噸左右國產(chǎn)碳纖維橫跨兩個市場。

目前我國國產(chǎn)碳纖維供應量已連續(xù)兩年增幅超過 30%，體現(xiàn)出國有碳纖維企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)和管理水平的巨大提升， 預計在 2025 年左右，我國碳纖維國產(chǎn)量將超越進口量。

2019 年大陸從日本進口碳纖維 0.8 萬噸，占總需求的 20.3%；從中國臺灣進口碳纖維 0.6 萬噸，占總需求的 15.0%， 中國臺灣與日本成為除大陸本土以外的碳纖維最大供應地。

4.4 國內(nèi)供給格局：高端聚焦技術(shù)創(chuàng)新，低端發(fā)力降本增效

4.4.1 高端品供應商屈指可數(shù)，核心企業(yè)強者恒強

產(chǎn)品性能決定核心競爭力，先發(fā)優(yōu)勢持續(xù)積累最終形成卡位優(yōu)勢。對于航空航天等高端市場，產(chǎn)品性能是首要因 素，據(jù)中簡科技招股書表述，現(xiàn)階段我國從事碳纖維材料研制及生產(chǎn)的單位近百家，但能夠生產(chǎn)符合航空航天標 準的高性能碳纖維企業(yè)屈指可數(shù)，大量企業(yè)集中在體育休閑領(lǐng)域，絕大多數(shù)碳纖維廠家仍處在虧損狀態(tài)。隨著市 場經(jīng)濟優(yōu)勝劣汰，碳纖維行業(yè)將面臨洗牌，擁有自主知識產(chǎn)權(quán)和持續(xù)創(chuàng)新能力的企業(yè)必將在未來競爭中占得先機。

目前國內(nèi)能夠生產(chǎn)高端碳纖維的廠商主要有中簡科技、光威復材、江蘇恒神及中復神鷹，其中中簡科技和光威復 材更是高端碳纖維賽道領(lǐng)跑者。我們認為，中簡科技與光威復材的優(yōu)勢主要集中在以下三個方面：

較早切入高端碳纖維領(lǐng)域形成先發(fā)優(yōu)勢：

1）中簡科技 2008 年為承擔科技部“863 聚丙烯腈基碳纖維工程 化”重點項目而成立，隨后便扎根高端碳纖維的研發(fā)與工程化制備，在國產(chǎn)化替代的理念下產(chǎn)品不斷填補國 內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域空白；

2）光威復材 2002 年便開始碳纖維研發(fā)，承擔兩項 863 碳纖維專項的同時于 2008 年建 成國內(nèi)首條千噸級碳纖維產(chǎn)線，成為國內(nèi)首家實現(xiàn)碳纖維工程化的企業(yè)。

強大的科研能力與持續(xù)的研發(fā)投入不斷拓寬企業(yè)護城河：

1）中簡科技實控人均為業(yè)內(nèi)頂尖專家，董事長楊 永崗與總經(jīng)理溫月芳均來自我國最早從事新型碳材料研發(fā)的機構(gòu)——中科院山西煤炭化學研究所，2013- 2019 年研發(fā)投入 6 年增長近 3 倍，授權(quán)專利總數(shù)超 20 項；

2）光威復材深耕碳纖維研發(fā)近 20 年，期間作 為行業(yè)龍頭主持了兩項碳纖維國家標準的制定，產(chǎn)品覆蓋了 T300/T700/T800/M40J 等一些列高端碳纖維， 且擁有核心設(shè)備的研發(fā)制造能力，是目前國內(nèi)生產(chǎn)品種最全、技術(shù)最先進、產(chǎn)業(yè)鏈最完整的碳纖維行業(yè)龍頭 企業(yè)之一。

與下游客戶形成穩(wěn)定供求關(guān)系，成為特種領(lǐng)域核心供應商：中簡科技 T700 級和光威復材 T300 級碳纖維已 被批量化用于我國航空航天領(lǐng)域，成為特種領(lǐng)域核心供應商；由于特種領(lǐng)域?qū)Σ牧腺|(zhì)量及穩(wěn)定性要求極高， 故此一旦對應型號定型批產(chǎn)，供應關(guān)系和材料價格一段時間內(nèi)將保持平穩(wěn)。

航空航天領(lǐng)域競爭格局趨于穩(wěn)定，核心供應商強者恒強。當前航空航天領(lǐng)域核心供應商主要為中簡科技、光威復 材和中航高科，其中中航高科主要提供預浸料、蜂窩及航空復合材料，為中簡科技和光威復材下游企業(yè)。我們認 為，今后航空航天領(lǐng)域競爭格局將企穩(wěn)，頭部企業(yè)行業(yè)地位將進一步穩(wěn)固：

1）航空航天領(lǐng)域國外對我國實行技術(shù)與產(chǎn)品封鎖政策，疊加新材料核心技術(shù)國產(chǎn)化趨勢的持續(xù)演繹，頭部企業(yè) 將獲得更多發(fā)展空間和機遇；

2）航空航天等高端領(lǐng)域?qū)Ξa(chǎn)品性能要求嚴苛，而國內(nèi)僅有中簡科技、光威復材等少數(shù)企業(yè)掌握核心技術(shù)可生產(chǎn) 出滿足要求的材料，不可替代性不斷增強；

3）頭部上市企業(yè)相較其競爭對手可從資本市場獲得更多的支持，同時政策資源也必然將向頭部有追趕國際巨頭 潛力的公司傾斜，領(lǐng)跑者將獲得更多卡位優(yōu)勢。

4.4.2 傳統(tǒng)市場直面國際巨頭競爭，降本增效是關(guān)鍵

美、日幾乎壟斷全球碳纖維市場，國內(nèi)傳統(tǒng)領(lǐng)域面臨極大競爭壓力。據(jù)《碳纖維產(chǎn)業(yè)釋放良機 2019》統(tǒng)計，2019 年全球碳纖維運行產(chǎn)能約為 15.5 萬噸，其中日本碳纖維產(chǎn)能約為 2.9 萬噸，占全球產(chǎn)能的 18.8%；美國產(chǎn)能約 為 3.7 萬噸，占全球產(chǎn)能的 24.1%。

日本是全球最大的碳纖維生產(chǎn)國，日本東麗、日本東邦和日本三菱麗陽擁有全球丙烯腈基碳纖維 50%以上市場 份額，掌握世界頂尖碳纖維生產(chǎn)技術(shù)，產(chǎn)品的質(zhì)與量均處于世界領(lǐng)先地位，而美國是繼日本之后掌握碳纖維生產(chǎn) 技術(shù)的少數(shù)國家之一，同時又是世界上最大的丙烯腈基碳纖維消費國，約占世界總消費量的 1/3。

據(jù)中國化學纖維工業(yè)協(xié)會統(tǒng)計，在小絲束碳纖維市場，日本企業(yè)所占全球產(chǎn)能的 49%；在大絲束碳纖維市場上， 美國企業(yè)所占全球產(chǎn)能的 89%。

對于國內(nèi)企業(yè)而言，由于美、日在技術(shù)領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位，同時日本東麗、美國赫氏這類老牌企業(yè)由于產(chǎn)線折舊 等方面壓力較小，成本端亦存在極大優(yōu)勢，導致國內(nèi)企業(yè)面臨巨頭價格打壓、產(chǎn)品傾銷，生存空間緊張。

國內(nèi)企業(yè)主要通過擴充產(chǎn)能提升規(guī)模效應以應對激烈的競爭。無論是傳統(tǒng)民用市場（包含航空航天），還是具有 大規(guī)模需求潛力的市場，如風電、汽車、軌道交通等，價格和性價比始終是企業(yè)考慮的首要因素，由此催生出各具商業(yè)價值的碳纖維品種。2019 年來，企業(yè)紛紛宣布擴產(chǎn)計劃，我們預計產(chǎn)能將在未來幾年逐步釋放，中國碳 纖維有望真正走進低成本時代。

低成本與高性能協(xié)調(diào)統(tǒng)一是產(chǎn)業(yè)未來進步方向，也是國內(nèi)企業(yè)趕超良機。低成本是不同性能碳纖維均需要的基礎(chǔ) 技術(shù)：

1）對于高端產(chǎn)品而言，當解決了“從無到有”的階段性問題后，降低生產(chǎn)與獲得成本將成為行業(yè)下一階 段的主題；

2）對于傳統(tǒng)民用市場，低成本技術(shù)更是企業(yè)在激烈競爭中存活的關(guān)鍵。

此外，據(jù)《碳纖維產(chǎn)業(yè)釋放良機 2019》表述，在碳纖維生產(chǎn)過程中低成本、高效率、高質(zhì)量可以實現(xiàn)并存，目 前，國際上的干噴濕法的速度已經(jīng)高達 600-700 米/分鐘，國內(nèi)也達到了 500 米/分鐘，速度地提升會帶來成本的 降低，但并不影響纖維的高性能；同理，對于濕紡工藝，東麗公司對卓爾泰克的原絲生產(chǎn)線提速一倍，國內(nèi)的一 些企業(yè)也可以實現(xiàn) 250-300 米/分鐘的速度，對碳纖維的性能無不良影響，反而促進了性能的提升。我們認為， 未來國內(nèi)碳纖維產(chǎn)業(yè)必然會在降低成本與提高性能方面同步發(fā)力，依次實現(xiàn)低端領(lǐng)域低成本、高端領(lǐng)域低成本與低端領(lǐng)域高性能低成本的跨越式發(fā)展。

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

精選報告來源：【未來智庫官網(wǎng)】。