碳纖維：高壁壘、高成長，國產替代【25頁】

一、碳纖維是不可替代的軍民兩用重要戰略物資，技術壁壘極高

1、碳纖維具有不可替代的優良性能，用途非常廣泛

碳纖維是比強度和比模量最高的高性能纖維，用途非常廣泛。碳纖維（Carbon Fiber，簡稱 CF）是一種含碳量在 90% 以上的無機高分子纖維，由聚丙烯腈（PAN）（或瀝青、粘膠）等有機母體纖維采用高溫分解法在 1,000 攝氏度以上 高溫的惰性氣體下碳化制成。碳纖維具備精彩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的比強度和最高的比模量的纖維，具有質輕、高強度、高模量、導電、導熱、耐腐蝕、耐 疲憊、耐高溫、膨脹系數小等一系列其他材料所不可替代的優良性能，廣泛應用于航空航天、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，是發展國防軍工與國民經濟的重要戰略物資。

聚丙烯腈基碳纖維為碳纖維主流產品。按原絲類型分，碳纖維可分為聚丙烯腈基碳纖維、瀝青基碳纖維和粘膠基碳纖 維。其中，聚丙烯腈基碳纖維具有成品品質優異、工藝較為簡樸及力學性能優良等長處，已經成為碳纖維主流，占市 場份額的 90%以上；瀝青基、粘膠基的產量規模較小，因此目前碳纖維一般指 PAN 基碳纖維。

小絲束碳纖維主要應用于航天軍工和體育休閑領域，大絲束碳纖維主要應用于基礎工業領域。按照每束碳纖維中單絲 根數，碳纖維可劃分為小絲束和大絲束兩大類。一般按照碳纖維中單絲根數與 1,000 的比值命名，例如，12K 指單束 碳纖維中含有 12,000 根單絲的碳纖維。小絲束碳纖維初期以 1K、3K、6K 為主，逐漸發展為 12K 和 24K，小絲束碳 纖維性能優異但價格較高，一般用于航天軍工等高科技領域，以及體育用品中產品附加值較高的產品類別，主要下游 產品包括飛機、導彈、火箭、衛星和釣魚桿、高爾夫球桿、網球拍等。一般認為 40K 以上的型號為大絲束，包括 48K、 50K、60K 等。大絲束產品性能相對較低但制備成本亦較低，因此往往使用于基礎工業領域，包括土木建筑、交通運 輸和能源等。伴著目前碳纖維制作工藝的提升及產品價格的下降，小絲束在工業領域的使用已逐步拓寬。

實踐中，碳纖維多按其力學性能分類。實踐中，拉伸強度及模量是國際碳纖維分類的主要標準，業內一般采用日本東 麗（TORAY）分類法。2011 年《聚丙烯腈基碳纖維》國家標準正式發布施行，標志著我國的碳纖維行業有了自己的 分類辦法與標準。按力學性能分類，碳纖維可分為高強型（GQ）、高強中模型（QZ）、高模型（GM）、高強高模 型（QM），碳纖維在應用時多是作為增強材料而利用其優良的力學性能，因此運用中更多的是按其力學性能分類。

2、碳纖維技術壁壘極高，原絲質量是要害

碳纖維消費工藝流程長，技術壁壘極高。PAN 基碳纖維是以丙烯腈為原材料進行聚合反應生成聚丙烯腈，聚丙烯腈 經過紡絲得到聚丙烯腈原絲，再通過對原絲進行預氧化、碳化、表面處理等工藝而得。碳纖維復合材料是指以碳纖維 為增強材料，以樹脂、橡膠等為基體材料，經過復合制成的結構或功能材料，目前碳纖維復合材料以樹脂基復合材料 （CFRP）為主，占全部碳纖維復合材料市場份額的 90%以上。碳纖維消費工藝流程長，整個過程連續走絲，需要對 參數精確控制，每個環節都會影響到碳纖維成品的質量和性能。

原絲制備是碳纖維消費的核心環節，原絲的質量直接決定著最終碳纖維產品的質量、產量和消費成本。碳纖維屬于脆 性材料，其最主要的拉伸強度等力學性能受控于纖維內部存在的缺陷，提升碳纖維的拉伸強度等性能就是采取技術措 施減少纖維內在缺陷數量和尺寸的過程。碳纖維的缺陷可分為表面缺陷和內部缺陷，表面缺陷占缺陷總數的 90%左右， 而其產生的原因大部分來自于 PAN 原絲的缺陷“遺傳”給碳纖維。原絲成本占整個碳纖維消費成本的五成以上，質 量差的原絲易在后續過程中發生毛絲纏結以至斷絲，這樣必然在影響碳纖維質量的同時增加原絲的消耗。因此， PAN 原絲質量不僅影響碳纖維的性能，而且也決定著碳纖維的消費成本和市場競爭能力。

紡絲工藝的挑選及控制是穩定消費高性能原絲的要害因素。PAN 基碳纖維原絲的消費過程是將丙烯腈單體聚合制成 紡絲原液，然后紡絲成型。高強度高質量碳纖維原絲應具備的主要性能包括強度高、取向度高、均勻性好、雜質少、 孔洞少、斷絲少、缺陷少，制備高質量的 PAN 原絲需注重以下幾個方面：

（1）丙烯腈單體聚合：在丙烯腈進行聚合反應時，需要加入少量共聚單體，這樣在后續預氧化過程中有利于鏈狀大 分子發生環化反應，并且可以緩和化學反應放熱的劇烈程度，使預氧化反應輕易控制。可以作為共聚單體的物質有甲 基丙烯酸、順丁烯二酸、甲基反丁烯酸等不飽和羧酸類單體，其含量一般控制在 0.5%~3%之間。

（2）制備聚丙烯腈紡絲液：丙烯腈聚合反應結束后需對 PAN 紡絲原液進行脫單、脫泡等操作制得聚丙烯腈紡絲液， 高質量的 PAN 紡絲液是制備高性能 PAN 原絲的前提，應在紡絲液消費過程中注重控制紡絲液粘度、轉化率、殘余單 體含量以獲取高質量 PAN 紡絲液，其必須具備以下條件：適合的相對分子質量，適中相對分子質量分布，適合的粘 度、固含量，盡可能少的殘余單體含量和氣泡等。

（3）紡絲成型：PAN 原絲的性能取決于 PAN 分子結構和排列方式，而其排列方式由紡絲工藝決定。在紡絲過程中， 應注重控制 DMSO 殘余量，纖度，單絲強度、模量、伸長率，含油率，直徑不均率，沸水收縮率等指標以獲取優質 的 PAN 原絲。消費 PAN 原絲的紡絲工藝有濕法、干法、干濕法（干噴濕紡）三種，目前廣泛運用的是濕法和干濕法， 干濕法可采用分子量大的樹脂和固含量高的紡絲液來紡絲，紡出纖維致密性高，強度高（一般為 7.0-10.6 cN/dtex）， 且為圓形，相宜制造高性能碳纖維。

（4）升高原絲雜質含量：制備碳纖維原絲時，要求所用單體、水、溶劑等原料純度高，車間內無塵，容器裝備耐腐 蝕，使原絲中雜質含量（包括金屬離子含量）降到最低，因為雜質會增加原絲缺陷，升高碳纖維的性能。另外，原絲 質量的變異系數要小，這樣有利于原絲的結構均勻，在預氧化和炭化熱處理時反應完全，質量穩定。

碳化和石墨化對碳纖維產品的最終性能影響很大。預氧化絲在惰性氣體保護下進入炭化爐，在爐內進行碳化反應，直 鏈狀大分子交聯后轉變為稠環狀結構，纖維中碳含量從 60%左右升至約 95%，形成梯形六元環聯結的亂層狀石墨片 結構。碳化過程中，在低溫時，大分子結構中的氫、氮主要以 H2O、CH4、HCN 和 NH3 的形式從纖維中分離出來； 溫度較高時，氫、氮除了以上述形式分離外，還以分子態氫和氮的形式分離，同時氧也以 H2O、CO2和 CO 的形式分 離，這些熱解產物的瞬間排除是碳化工藝的技術要害。炭化爐的設想和工藝要使分解產物順利排出，否則會造成纖維 表面缺陷，影響碳纖維的質量。為了進一步提高碳纖維的模量，可將碳纖維在 3000 oC 高溫下進行石墨化熱處理，使 纖維的含碳量升至 99%以上，以改進纖維的結晶在大分子軸向的有序和定向排列。

規模效益在消費碳纖維過程中較為突出。碳纖維技術壁壘極高，碳纖維原料消費及制造成本使其在下游行業的廣泛應 用受到了限制，尤其是在環保投入不斷加大的情景下，消費及運輸等費用（包括原材料、包裝材料）大幅上漲進而增 加了消費成本。由于碳纖維制造前期投入大，消費裝備、能耗等固定成本高，可通過擴大消費規模來提高資源綜合利 用率，以進一步升高碳纖維消費的能源消耗及成本費用，從而提高企業效益。在碳纖維直接成本分配中，同年產 1000 噸碳纖維（消耗 3000 噸原絲）相比，年產 100 噸碳纖維（消耗 250 噸原絲）的直接費用占比減小約 7.8%、流淌費 用差別不明顯、固定資產折舊占比約高 4% ，結果表明原絲和碳纖維的消費成本同消費規模呈反比，非直接消費因素 占比在不斷增加消費規模和產量的情景下會逐漸減小。計算對比碳纖維年產 100 噸及 1000 噸成本費用，大規模的原 絲及碳纖維單耗成本是小規模費用的 56%和 44%，即通過規模化消費可有效升高碳纖維消費成本。

二、海內企業不斷打破技術壟斷，國產碳纖維正處于進口替代時機期

國外巨頭長期把握碳纖維核心技術，在全球市場占據主導地位。國際上碳纖維的消費起步于 20 世紀 60 年代，經過 五十余年的發展到 21 世紀初，其消費工藝技術已經成熟，碳纖維的應用領域從行業發展初期的軍工和宇航領域向工 業領域和普通民用領域擴大。目前日、美等少數發達國家把握了世界碳纖維的核心消費技術，尤其是新近開發的先進技術主要把握在日本東麗、東邦帝人、三菱麗陽三大碳纖維消費企業中，日本東麗更是世界上高性能碳纖維研究與生 產領域的“領頭羊”，其他國家基本上處于追趕階段，距離日本碳纖維技術尚有肯定差距。

海內企業逐步打破國外技術封鎖，與世界碳纖維先進技術水平的差距在逐漸縮小。我國碳纖維工業的起步可以追溯到 1962 年，總體上與日本同時起步，但由于受到各種條件的制約，以及日、美等碳纖維企業采取嚴格的技術封鎖和產 品封鎖，我國碳纖維研究進展緩慢，長期受制于人，嚴峻依靠進口。2000 年以來，國家加大對碳纖維領域自主創新 的支持力度，將碳纖維列為重點研發項目。伴伴著國家政策的大力扶持，海內碳纖維行業在技術上取得重大突破，產 業化程度快速提升，應用領域不斷擴大。我國已先后突破了 T700、T800 等高性能碳纖維的千噸級產業化，2019 年 中復神鷹完成了干噴濕紡 T1000 級超高強度碳纖維工程化，標志著我國碳纖維消費技術水平又上了一個臺階。經過 近幾年的追趕，國產 T700S-12K 小絲束碳纖維的復絲拉伸強度與模量達到同級別東麗碳纖維性能，與世界碳纖維先 進技術水平的差距在逐漸縮小。

政策加碼促進海內碳纖維產業快速發展。近年來我國推出了多項關于碳纖維及碳纖維復合材料的支持政策，促進碳纖 維產業的發展。2015 年國務院對未來國產碳纖維及其復合材料技術成熟度提出階段性要求，為確保技術研發的持續 推進提供了政策支撐；2016 年發布的“十三五”規劃綱要中將高性能碳纖維列入高端材料，提出需要大力發展高性 能碳纖維與復合材料等技術，滿意國家建設和經濟發展需求；2021 年發布的“十四五”規劃和 2035 遠景目標綱要中， 提出要加強碳纖維等高性能纖維及其復合材料的研發應用，為未來碳纖維行業的技術進步提供了良好的政策環境。這 些政策的推出，強有力地促進了我國碳纖維及其復合材料的科研創新、產業化推廣以及產能提升。

全球碳纖維產能穩步增長，行業集中度高。近年來為滿意全球市場碳纖維日益增長的需求，各大碳纖維企業擴產意愿 明顯，2021 年全球碳纖維運行產能 20.76 萬噸，同比增長 20.9%。由于碳纖維技術壁壘極高、資金投入巨大，使得 國際上真正具有碳纖維研發和規模化消費能力的公司寥寥可數，目前全球碳纖維主要消費商包括日本東麗、吉林化纖、 美國赫氏、日本東邦/帝人、日本三菱、德國西格里、中復神鷹、寶旌、臺塑和美國氰特等，其中日本東麗是世界最大的碳纖維制造企業（含收買卓爾泰克產能），擁有碳纖維產能 5.75 萬噸，占全球碳纖維運行產能的 27.7%，其生 產的碳纖維綜合競爭力全球排名第一，業內一般對標東麗的產品標準進行研發；吉林化纖和美國赫氏并列第二，均擁 有產能 1.6 萬噸，占比 7.7%；位列第四到第六的企業分別是帝人、三菱、西格里，占比分別為 7.0%、6.9%、6.3%， 行業 CR6 為 63.2%，行業集中度高。

我國碳纖維產能快速擴張，產能利用率快速提升。近年來受下游需求拉動，我國碳纖維產能快速擴張，2021 年我國 碳纖維運行產能 6.35 萬噸，同比增長 75.41%，占全球碳纖維運行產能的 30.5%，產能規模全球第一。2021 年我國 碳纖維產量 2.43 萬噸，同比增長 31.35%，產能利用率為 38.27%，產量增速不及產能增速，主要系新增產能多在 2021 年下半年或年底投產，正常消費工夫不足所致，預計 2022 年這些產能將充分釋放。過去我國碳纖維產業“有產能無 產量”的現象較為嚴峻，產能利用率遠低于國際平均水平，近年來伴著海內企業不斷完成技術突破，產能利用率快速 提升，從 2016 年的 14.94%增長至 2020 年的 51.1%，但較 65%-85%的國際普遍水平仍有肯定提升空間。

國產碳纖維正處于進口替代時機期，穩質降本是完成國產碳纖維“從有到優”的詳細路徑。經過長期的技術積累，我 國以吉林化纖、中復神鷹、寶旌、新創碳谷、恒神股份、光威復材等為代表的海內碳纖維龍頭企業正逐步打破國外技 術壟斷，產能規模不斷擴張，已有部分企業能完成 T700 級、T800 級碳纖維的規模化消費，產品性能與國際龍頭比 肩；但行業內仍有不少企業沒有把握碳纖維核心消費技術，存在工業消費穩定性差、成本高的問題，產品大多環繞低 附加值領域。目前國產碳纖維正處于加速進口替代的時機期，風電葉片領域碳纖維需求快速提升，航空航天、壓力容 器、碳碳復材等高附加值領域應用前景廣闊，持續提升消費技術水平，穩質降本是完成國產碳纖維“從有到優”的具 體路徑。

未來全球碳纖維新增產能主要來源于中國。據廣州賽奧統計，目前全球在建碳纖維產能約 16.18 萬噸，海內在建碳纖 維產能 15.15 萬噸，占比 93.6%，中國是全球碳纖維產能增長的主要來源。海內在建碳纖維產能預計有 4.9 萬噸于 2022 年投產，包括吉林化纖 2.7 萬噸，新創碳谷 1.2 萬噸、光威包頭 0.4 萬噸和新疆隆炬 0.6 萬噸。國外碳纖維在建 碳纖維產能約 1.03 萬噸，包括 ZOLTEK 6000 多噸，DOWAKSA 1800 噸和韓國曉星 2500 噸。

三、雙碳政策驅動下游應用多點開花，碳纖維市場需求空間廣闊

近年來中國碳纖維市場規模高速增長，遠超全球平均水平。2021 年全球碳纖維市場規模 43 億美元，同比增長 30.1%， 中國碳纖維市場規模 15.88 億美元，同比增長 54.6%，自 2015 年以來年均復合增速分別為 4.8%、23.1%，中國碳纖 維市場規模增速遠超全球平均水平。2020 年受新冠疫情影響，在全球市場占比較高的航空航天領域需求大幅下降， 全球碳纖維市場規模小幅下滑，而航空航天領域在海內需求占比較小，中國碳纖維市場規模仍維持高速增長。2021 年全球碳纖維市場規模大幅提升，主要系全球碳纖維供應不足，碳纖維價格上行所致。

全球碳纖維需求持續增長，風電、體育器材、碳碳復材及壓力容器等領域持續發力。2021 年全球碳纖維需求量 11.8 萬噸，同比增長 10.38%，恢復至長期年均復合增速水平，雖然受全球新冠疫情影響，民用航空領域需求低迷，但風 電、體育器材、碳碳復材及壓力容器領域仍保持較快增長，帶動行業整體需求提升。據廣州賽奧猜測，到 2025 年全 球碳纖維需求量將達 20 萬噸，到 2030 年將達 40 萬噸，5 年年均復合增長率分別為 11.13%和 14.9%。 大絲束產品份額與小絲束基本相稱，低成本優勢驅動大絲束市場份額提升。從產品結構來看，2021 年全球大絲束產 品需求量 5.14 萬噸，占總需求量的 43.5%，小絲束產品需求量 5.11 萬噸，占比 43.3%，大絲束產品份額與小絲束基 本相稱。從成本角度考慮，消費大絲束產品是升高成本的有效路徑，所以它不僅會通過低成本擴大工業方面的應用， 也會不斷吞噬成本較敏感的小絲束傳統市場。

我國碳纖維市場需求高速增長，需求量全球占比超五成。近年來我國碳纖維市場需求不斷提升，2021 年我國碳纖維 市場需求量達 6.24 萬噸，同比增長 27.7%，自 2015 年以來年均復合增速為 24.45%。從需求增速來看，我國碳纖維 需求增速遠超全球 10.38%的需求增速，需求量占全球碳纖維需求總量的 52.9%，較 2020 年提升了 7.2 pct，主要系 海內民航碳纖維需求占比遠小于全球民航占比，疫情影響下全球碳纖維需求因民航市場嚴峻受挫增速放緩，而海內負 面影響較小；另一方面系全球風電葉片碳纖維需求保持較快增長，同時風電碳纖維代工逐漸由歐洲向海內轉移。據廣 州賽奧猜測，預計到 2023 年、2025 年我國碳纖維需求量將分別達到 9.86 萬噸、15.92 萬噸，未來四年年均復合增 速為 26.4%。

我國碳纖維整體呈現供不應求局面，國產替代空間廣闊。從我國碳纖維來源來看，2021 年國產纖維供給量為 2.92 萬 噸，占總需求的 46.9%，較 2020 年增長 58.1%；進口量 3.31 萬噸，占總需求的 53.1%，較 2020 增長 9.2%，整體 來看，我國碳纖維仍處于供不應求的局面。國產化率從 2016 年的 18.4%提升至 2021 年的 46.9%，國產替代趨勢明 顯，主要原因一是受疫情影響碳纖維進口難度增加；二是日本、美國等國限制碳纖維對華出口，海內需求缺口增加； 三是海內碳纖維新產能投放，產量增加。伴著海內新產能的進一步投產和放量，預計今年國產化率將超過 50%，但仍 有廣闊的國產替代空間。從進口來源來看，日本、美國、韓國、墨西哥等為主要進口國家；從進口產品類別來看，日 本及韓國主要是小絲束產品，美國、墨西哥、匈牙利、德國主要是大絲束產品，中國臺灣則是大小絲束兼顧。

碳纖維主要應用于風電葉片、體育休閑、航空航天、碳碳復材等領域。從下游應用領域來看，2021 年全球碳纖維需 求量占比最大的仍是風電葉片，需求量達 3.3 萬噸，占比 28%；體育休閑趕超航空航天，重回第二大應用領域，需求 量 1.85 萬噸，同比增長 20%，占比 15.7%，主要系疫情影響下人們增加了體育運動；航空航天領域占比 14%，位列 第三，主要是受新冠疫情影響民航領域需求低迷。海內碳纖維需求量最大的也是風電葉片，需求量達 2.25 萬噸，占 比 36.1%；體育休閑和碳碳復材占比分別為 28.1%、11.2%，位列第二、第三。與全球碳纖維需求結構相比，我國在 航空航天和汽車等高附加值領域的需求占比明顯低于國際水平，產品需求結構存在進一步晉級的空間。

中國市場占全球市場近四成，航天航空市場主要在國外，風電葉片、體育休閑、碳碳復材市場主要集中在中國。據廣 州賽奧，2021 年航空航天領域碳纖維價格為 72 美元/公斤，價格水平為其他領域碳纖維價格的 2.5 倍以上，主要系 航空航天領域用碳纖維附加值較高；體育休閑、電子電氣、船舶、電纜芯等領域碳纖維價格為 27.6 美元/公斤，風電 葉片用碳纖維價格為 16.8 美元/公斤。從市場結構來看，全球碳纖維市場中占據前三的分別是航空航天、風電葉片、 體育休閑領域，而海內前三分別是體育休閑、風電葉片、碳碳復材領域。中國市場占全球市場的 36.9%，航空航天市 場主要分布在國外（中國占比 12.1%），而風電葉片、體育休閑、碳碳復材市場主要集中在中國，海內風電葉片、體 育休閑、碳碳復材市場規模分別占全球的 68.2%、94.6%、82.4%。

碳纖維復合材料在航空航天領域中應用廣泛。碳纖維復合材料由于其比強度、比模量高，不生銹，已成為飛機、導彈、 運載火箭、人造衛星等結構上不可缺少的基礎材料。飛機主翼、水平和垂直的橫尾翼和橫梁、裝飾材料、板材料采用 碳纖維復合材料可大幅度升高飛機結構重量，減少燃料消耗，加強其抗侵蝕性能和整體強度。據統計，碳纖維復合材 料在大型客機應用上占15%~50%，軍用飛機上占30%~40%，小型商務飛機和直升飛機上的運用量已達到70%~80%。

民用航空市場持續低迷，軍機、無人機市場急劇增長，待疫情過后航空航天市場有望回暖。2021 年全球航空航天碳 纖維需求為 1.64 萬噸，與 2020 年基本持平，2021 年年中波音 797 被查出存在消費缺陷并暫停交付，全年僅交付 14 架波音 787，遠低于 2020 年 53 架的交付量；A350 飛機 2021 年交付 55 架，仍處低迷狀態，疊加疫情影響，2021 年商用航空需求持續低迷，但是其他如軍機、無人機市場急劇增長。國際航空專家猜測商用航空飛機有望于 2025 年 恢復。2021 年我國航空航天碳纖維需求為 2000 噸，同比增長 17.65%，占海內碳纖維總需求的 3.2%，仍有很大提 升空間。

伴著民機碳纖維浸透率不斷提升，我國民機碳纖維市場需求將持續增長。民用飛機上，伴著技術的不斷進步，碳纖維 復合材料逐漸由非承力構件轉為次承力構件和主承力構件，世界最大客機 A380 上復合材料運用占比 25%，其中 22% 為碳纖維增強塑料（CFRP），詳細應用在主承力構件如中心翼盒、尾翼、機體等，和次承力構件如方向方向舵、副 翼、整流罩等。最新的空客 A350 和 B787 復合材料用量超過 50%，機頭、尾翼、機翼蒙皮等部位均采用了碳纖維復 合材料。我國大飛機 C919 碳纖維復材用量占 12%，主要用于尾翼和中心復合材料壁板等部位，而據商飛統計，中俄 聯合制造的下一代 C929 機型中復材運用將超過 50%，伴著我國民用飛機的交付和碳纖維在民機領域浸透率的提高， 我國民機碳纖維需求量將持續增長。

我國軍機晉級換代需求強烈，軍機碳纖維運用比例將不斷提升。我國軍機與美國相比存在肯定差距，美國的戰機以 F-15、F-16、F-18 為代表的三代戰機為主，占比 66%，以 F-22 和 F-35 為代表的四代戰機占比 12%，F-22 和 F-35 上碳纖維復材用量分別達到 24%、26%，B-2 隱身轟炸機上碳纖維復材重量占比 38%；我國戰機中以殲-7、殲-8 為 代表的二代機占比 48%，以殲-10、殲-11、殲-15 為代表的三代戰機占比 41%，以殲-20 和殲-31 為代表的四代戰機 尚未大規模運用，殲-10 和殲-1 的碳纖維用量僅占 6%、10%，殲-20 碳纖維用量為 27%。“十四五”期間是我國國 防軍工發展的重要窗口期，主戰設備將適度到“批量建設”的放量期，我國軍機晉級迭代有望加速，伴著戰機的晉級 換代，軍機碳纖維運用比例也將不斷提升。

葉片是風力發電機的核心部件，風機大型化促進風電葉片碳纖維需求持續增長。風力作為一種清潔能源，在全球雙碳 目標下，近十幾年以來經歷了全球化的高速增長。風力發電機最主要的結構部件是葉片，葉片尺寸的大小直接決定著 風力發電機組的功率大小。伴著風力發電機功率增大，全球風機大型化的趨勢日益明顯，葉片尺寸越大對葉片的強度 和剛度的要求就越高，于是葉片用復合材料紛紛由玻纖轉向碳纖維。在滿意剛度和強度的前提下，碳纖維比玻璃鋼葉 片質量輕 30% 以上，當前風輪直徑已突破 120m，葉片重量達 18 噸，采用碳纖維的 120m 風輪葉片可以有效減少 總體自重達 38%，成本下降 14%。2021 年全球風電葉片碳纖維需求量 3.3 萬噸，同比增長 7.8%，中國碳纖維需求 量 2.25 萬噸，同比增長 12.5%，自 2016 年以來年均復合增長率高達 49.6%，據廣州賽奧猜測，預計到 2025 年全球 風電葉片碳纖維需求將達 8.06 萬噸。

全球風電裝機規模穩步增長，新增裝機量將持續提升。近年來全球風電市場發展飛快，2021 年全球累計裝機容量 837 GW，新增風電裝機容量 93.6 GW，為歷史第二高年份，較 2020 年下降了 1.78%；其中，陸上風電新增裝機容量為 72.5 GW，同比下降 17.99%，海上新增裝機容量為 21.1 GW，同比增長 205.8%。風力等新能源行業發展前景廣闊， 預計在未來很長工夫內將保持高速增長，同時盈利能力也會伴著技術的逐漸成熟穩步提升。據全球風能理事會猜測， 未來五年（2022-2026）全球風電新增 557 GW，復合年均增長率為 6.6%，2026 年全球風電新增裝機容量將達 128.8 GW，其中陸上風電新增裝機 97.4 GW，海上風電新增裝機 31.4 GW，海上風電新增裝機占比逐漸提升，風力發電行 業及風電葉片用碳纖維的需求前景可觀。

中國為全球風電增長的引擎，雙碳政策驅動風電葉片碳纖維需求持續增長。2021 年中國風電累計裝機容量 328.5 GW， 新增風電裝機容量 47.6 GW，為“十三五”以來年投產第二多，其中陸上風電新增裝機 30.7 GW，占比 64%，海上 風電新增裝機 16.9 GW，占比 36%。中國新增風電裝機容量占同期全球新增裝機總容量的 51%，是全球風電增長的 引擎。雙碳政策為我國風電行業提供了前所未有的發展時機，根據北京國際風能大會上通過的《風能北京宣言》，“十 四五”期間我國年均新增裝機 50 GW 以上，2025 年我國累計裝機將達到 538 GW，預計將帶動我國風電葉片碳纖維 需求持續增長。

全球風電新增吊裝容量超 100 GW，風電企業盈利能力短期承壓。盡管受新新冠疫情、原材料價格上漲和物流的多重 壓力，2021 年全球風電整機制造商仍舊完成了 104.7 GW 的新增吊裝容量，創歷史新高，但高企的外部成本和激烈 的價格競爭環境仍使風電企業盈利能力短期承壓。目前，全球風電整機制造市場份額集中于以維斯塔斯（Vestas）、 西門子、GE 為代表的國外巨頭和以金風科技、遠景能源為代表的海內龍頭企業。其中 Vestas 占有全球 17.7%的市 場份額，位居第一；中國金風科技排名第二，市占率為 11.8%；西門子和遠景能源分別位居第三、第四，市占率分別 為 9.7%、8.65%，在全球前十五強整機制造商中中國企業占到十家。新增風機的功率和葉輪尺寸在繼承增大，2021 年新安裝風機的平均功率超過 3.5 MW，葉輪直徑大于 140 米的風機占到新增裝機的 58%，這有賴于海上風機安裝量 在 2021 年創下新紀錄。同時，中國的陸上風電從 2021 年起進入平價時期，新項目的風機尺寸也在明顯變大。

碳纖維拉擠梁片工藝已成市場主流，Vestas 推動全球風電葉片進入碳纖維時期。2015 年之前，碳纖維在風電葉片的 應用主要是通過預浸料真空袋壓成型（預浸料工藝）或織物預成型+真空導入（碳纖維織物灌注工藝）的方式，這兩 種工藝存在消費效率低、產品性能差、成本高的問題。Vestas 運用拉擠碳板制備葉片大梁，這種工藝提高了纖維體 積含量，減輕了主體承載部分的質量，在保證產品性能的一致性和穩定性的同時極大地升高了運輸成本和最后組裝整 體成型的消費成本，使得風電葉片碳纖維用量急劇增加。從工藝角度來看，拉擠板材用于大梁已成為主流，目前風電 葉片大規模采用碳纖維的是 Vestas，風電葉片碳纖維需求主要來自 Vestas。

風電葉片碳纖維浸透率有望大幅提高。當前碳纖維主要用在海風裝機風電葉片上，在超過 100 米的風電大葉片中，碳 纖維才具有性價比，小葉片已經不能滿意遠海的建設需求，大葉片將會成為主流，但碳纖維的價格昂貴制約了其大規 模工業化應用。Vestas 在 2002 年 7 月 19 日分別向中國/丹麥等國家知識產權局、歐洲專利局、世界知識產權局等國 際性知識產權局申請了以碳纖維條帶為主要材料的風力渦輪葉片的相關專利，專利權利要求包含了制造預先預制的條 帶的辦法和制造風力渦輪機葉片的辦法，專利將于 2022 年 7 月到期，到期后其他風電廠家有望采取該技術來消費大 葉片，同時伴著海內碳纖維新產能投放和風電整機廠商的持續發展，低成本碳纖維的供給能力會增強，碳梁葉片成本 有望進一步升高，風電葉片碳纖維的浸透率有望大幅提升，屆時將帶動風電葉片碳纖維產品需求快速增長。

碳碳復材是極佳的熱場材料，逐漸取代石墨廣泛應用于光伏領域。碳碳復合材料是碳纖維及織物增強的碳基體復合材 料，主要應用于剎車盤、航天部件、熱場部件三大領域。碳纖維剎車盤由于具有質量輕、耐高溫、熱膨脹系數低、無 熱衰退等特點而廣泛應用于飛機與高鐵，并且由于其消耗品的屬性，生產市場較大；航天部件市場方面，碳碳復材是 飛行器端頭帽、固體火箭發動機噴管喉襯等部件的首選材料，伴著兵器技術性能要求不斷提高，具有優異性能的碳碳 復材需求呈穩定增長趨勢；熱場部件市場方面，碳碳復材是極佳的熱場材料，安全性和經濟性均高于石墨材料，已經 逐漸取代石墨廣泛應用于光伏領域，詳細應用在單晶硅爐內碳氈功能材料、保溫桶、護盤等部件。由于供應不足，2021 年我國碳碳復材在光伏熱場浸透率約 58%，未來浸透率有望持續提升。

雙碳政策驅動光伏市場高速發展。近年來在雙碳政策下全球光伏市場高速發展，2021 年全球新增光伏裝機量約 133GW，據中國光伏行業協會猜測，2025 年全球光伏新增裝機將達到 270GW-330GW。近日國家發展改革委、國 家能源局發布《關于促進新時期新能源高質量發展的施行方案》，方案提出到 2025 年公共機構新建建筑屋頂光伏覆 蓋率力爭達到 50%，到 2030 年我國風電、太陽能發電總裝機容量達到 12 億千瓦以上的目標，截至目前，我國光伏 發電在建項目 1.21 億千瓦。2021 年海內新增光伏裝機容量 54.88GW，據彭博新能源財經猜測 2022 年海內新增光伏 裝機量將逾 100GW，占今年全球預期新增裝機容量的一半。 光伏市場高速增長將帶動碳碳復材碳纖維需求快速提升。2021 年，全球碳碳復材碳纖維需求量 8500 噸，同比增長 70%，中國碳碳復材用碳纖維需求量 7000 噸，同比增長 133.3%，占全球的碳碳復材用碳纖維需求量 82.4%。據廣 州賽奧猜測，2025 年全球碳碳復材碳纖維需求量將達 2.43 萬噸，自 2021 年起年均復合增速約 30%，伴著光伏產業 的快速發展，將帶動碳碳復材碳纖維需求快速提升。

碳纖維性能優異，廣泛應用于高爾夫球桿、羽毛球拍等各類體育用品中。碳纖維輕量化、耐疲憊、耐磨、耐腐蝕，使 其很合適應用于體育用品，原來制造體育用品采用的最好木材是杉木和梧桐，而碳纖維復合材料的比強度和比模量分 別是杉木的 4 倍和 3 倍，是梧桐的 3.4 倍和 4.4 倍，因此越來越多的體育用品在制造過程中采用碳纖維，其廣泛應用 于釣魚竿、高爾夫球桿、自行車、網球拍、羽毛球拍、曲棍球桿、滑雪板、滑雪杖和帆板桅桿等體育用品中。體育休 閑領域產品類別廣泛，對碳纖維的需求呈現高低端并存的局面，海內需求主要以 T300 級、T700 級為主，包括少量 T800 級和高模量產品，規格以 3K、12K 等小絲束為主，需求種類較多。 中國為全球體育休閑碳纖維主要市場，預計未來休閑體育碳纖維需求將穩定增長。全球近 90%的碳纖維體育器材加 工在中國大陸和中國臺灣實現，2021 年全球體育用品領域碳纖維需求量為 1.85 萬噸，同比增長 20.1%，海內體育 用品領域碳纖維需求量為 1.75 萬噸，同比增長 19.9%，占全球的 94.6%，2021 年不少國家開始放開群體運動，帶動 體育器材高速增長。據廣州賽奧猜測，預計到 2025 年，全球體育休閑領域碳纖維需求量將達 2.25 萬噸，年均復合增 速約 5%。

節能減排背景下，汽車輕量化拉動汽車碳纖維需求量持續增長。碳纖維在汽車車體和內外裝飾中已得到大量應用，汽 車制造采用碳纖維材料可以使汽車重量得以升高 40%以上，據了解，汽車結構減重 10%，可節燃油 7%。2021 年全 球汽車用碳纖維需求量 9500 噸，較 2020 年減少 3000 噸，主要系寶馬公司在 2020 年底停產了復合材料車型 I8，又 于 2021 年 7 月停產了 I3，據廣州賽奧猜測，2024 年全球汽車碳纖維需求量將達 1.26 萬噸。2021 年中國汽車碳纖 維需求量 1600 噸，同比增長 33.3%，全球占比 16.8%，存在較大提升空間。 在節能減排和大絲束纖維技術持續發展的背景下，碳纖維在汽車上的應用日益增多。2021 年 Saint Jean Industries 采用 Hexcel 公司預浸料消費的混合碳纖維/鋁懸架轉向節；由 Williams Advanced Engineering 開發的 CFRP 叉臂在 90 秒鐘內用再生碳纖維和 RraceTRAK 工藝成型 Rassini 為 MY2021 福特 F150 皮卡車開發的碳纖維后懸架系統；意 大利 Polynt Composites 公司、瑞士 AOC 公司和帝人汽車技術公司在過去幾年里都增加了新的 SMC 消費線，所有新 增 SMC 消費線都有能力消費碳纖維 SMC；Bucci Composites SpA 公布為英國汽車制造商 Bentley 的 Bentayga SUV開發 22 英寸全碳纖維車輪，據說每個車輪可減輕 6 公斤的重量，汽車輕量化趨勢將為碳纖維帶來更多市場空間。

伴著氫能產業高速發展，壓力容器碳纖維市場需求高速增長。壓力容器是碳纖維復合材料增長最快的市場之一，近年 來氫能發展飛快，逐漸被應用于汽車等各種交通運輸工具。氫燃料電池汽車的快速推進，促進了相配套的 CF 纏繞超 高壓儲罐、車載高壓氫氣瓶等的發展。2021 年全球壓力容器碳纖維需求量 1.1 萬噸，同比增長 25%，中國壓力容器 碳纖維需求量 0.3 萬噸，同比增長 50%，全球氣瓶主力在歐美。據廣州賽奧猜測，預計未來幾年該市場將以 20%年 增長率高速增長，2025 年全球壓力容器碳纖維需求量將達 2.3 萬噸。

預計到 2025 年我國燃料電池車輛保有量約 5 萬輛，中國碳纖維氣瓶市場有望達萬噸級別。從中國壓力容器碳纖維需 求結構來看，儲氫氣瓶用量約 1900 噸，占比 63.3%；其次是呼吸氣瓶用量約 600 噸，占比 20%；CNG 氣瓶用量約 500 噸，占比 16.7%，儲氫瓶領域為主要增長點。據相關政策及猜測，2022 年中國將至少新增 1 萬輛氫能源車，主 要在物流車、重卡和大巴領域，其中重卡為 6,000 臺。重卡儲氫氣瓶為 210L-385L，單個瓶子碳纖維用量在 40-45 公 斤之間，單車一般配置 6-8 個瓶組，重卡領域碳纖維用量大約 1700-1900 噸。加上其他物流車、客車領域的用量， 預計氫燃料電池汽車碳纖維需求總量能到 2500 噸以上；加上呼吸氣瓶及自然氣氣瓶維持穩定增長，預計 2022 年國 內壓力容器碳纖維用量將達 3600-3800 噸。2022 年 3 月發改委發布《氫能產業發展中長期規劃（2021-2035 年）》， 規劃到 2025 年燃料電池車輛保有量約 5 萬輛；同時，伴著未來幾年物流車以及大巴車的示范加大和重卡的逐漸推廣 （最大重卡碳纖維用量約為 500KG），單車氫氣瓶用量將有所提升，未來中國碳纖維氣瓶市場有望成長為萬噸級別 的大市場。

供應端：

（1）根據前文統計，2022 年預計海內新增碳纖維產能 4.9 萬噸，考慮投產工夫多為下半年或年底，假設 2021 年建 成的 6.35 萬噸運行產能的產能利用率為 50%，2022 年新產能的產能利用率為 25%，故 2022 年產量為 4.4 萬噸；假 設 2023-2025 年海內產能增速為 20%，伴著海內企業消費技術的提高，產能利用率逐漸提高，假設 2023-2025 年產 能利用率分別為 50%、52%、54%。

（2）進口方面，考慮全球除中國以外其他國家在建碳纖維產能較少，而全球碳纖維需求穩步增長，國外碳纖維供需 關系或仍維持緊張局面；另外伴著海內技術水平的提升和產能釋放，國產化率有望持續提高，而海內高端碳纖維產品 仍舊存在依靠國外進口的現象，故假設 2022-2025 年進口量增速維持在 10%。

需求端：

伴著我國航空航天領域碳纖維浸透率的不斷提高，假設 2022-2025 年航空航天碳纖維需求增速為 18%；伴著海內風 電新能源行業的快速發展以及海上風電新增裝機占比的提升，假設 2022-2025 年風電葉片碳纖維需求增速為 30%； 考慮到近幾年我國光伏產業的快速發展，碳碳復材在光伏熱場浸透率的持續提升，假設 2022-2025 年碳碳復材領域 碳纖維需求增速分別為 45%、40%、30%、30%；考慮到氫能行業的快速發展以及儲氫瓶需求的提升，假設 2022-2025 年壓力容器領域碳纖維需求增速分別為 40%、30%、30%、30%；假設 2022-2025 年汽車領域和其他領域碳纖維需 求增速維持在 30%。

預計未來幾年海內碳纖維需求高速增長，高性能低成本優質產能依舊短缺。未來幾年在雙碳政策下，全球風電、光伏、 氫能、新能源汽車等行業高速發展，帶動風電葉片碳纖維、碳碳復材碳纖維、壓力容器碳纖維、汽車用碳纖維等需求 快速提升，同時碳纖維作為軍民兩用戰略物資，在航空航天、體育休閑、建筑等領域的需求持續增長，預計未來四年 我國碳纖維市場需求年均復合增速將維持在 26%以上。未來幾年全球規劃碳纖維新增產能主要集中在中國，由于碳纖 維技術壁壘極高，目前海內把握碳纖維核心消費技術的企業仍僅有幾家龍頭公司，碳纖維規模效應明顯，龍頭企業擴 產有利于升高消費成本提升市場競爭力，同時碳纖維成本下降將有利于提升其在下游的浸透率。此外，近年來碳纖維 行業國產化率從 2016 年的 18.4%提升至 2021 年的 46.9%，但仍有超過 50%的國產替代空間，尤其是海內具有高性 能、高質量和低成本的優質產能依然比較稀缺。伴著國家政策持續加碼、下游需求增長以及海內企業技術水平的不斷 提高，國產替代進程有望加速推進。

四、重點公司分析

1、光威復材$光威復材(SZ300699)$

公司是海內碳纖維行業領軍企業，是我國最早施行碳纖維國產化事業的民營企業，率先打破了西方國家對我國碳纖維 的壟斷地位以及技術、設備的封鎖。公司業務涵蓋碳纖維、經編織物和機織物、系列化的樹脂體系、各種預浸料、復 合材料構制件和產品的設想開發、設備設想制造、檢測（CNAS/DIlAC 認證國家和國防試驗室）等上下游，依托在碳 纖維領域的全產業鏈布局，成為復合材料業務的系統方案提供商。公司主要產品包括 GQ3522（T300 級，濕法工藝）、 GQ4522（T700 級，濕法工藝/干濕法工藝）、QZ5526（T800 級，濕法工藝/干濕法工藝）、QZ6026（T1000 級， 濕法工藝）、QM4035（M40J 級，濕法工藝）、QM4050（M55J 級，濕法工藝）等系列化的碳纖維、經編織物和機 織物等。

截至 2021 年底，公司碳纖維設想產能 2655 噸，在建 5030 噸，其中內蒙古光威低成本碳纖維項目規劃產能 1 萬噸， 一期在建產能 4000 噸，預計于年內投產；高性能碳纖維產業化項目在建 M55J 級纖維產能 30 噸，以滿意航天工程 以及高端民品對高強高模碳纖維應用需求的快速增長；另外通過技改在原試驗線基礎上形成一條新的千噸級產業化生 產線，用于消費 T700G/T800H 級碳纖維產品，為兩款產品在下游航空設備領域的應用需求或潛在的訂單做產能儲備， 項目目前已進入驗收階段，已經完成小批量供給，預計今年年內實現項目驗收。截至 2021 年底，公司擁有碳梁產能 1020 萬米，在建 170 萬米，預計 2022 年投產；預浸料產能 1375 萬平方米，在建 85 萬平方米，項目已建設實現， 待驗收后投入運用。

2、中簡科技$中簡科技(SZ300777)$

公司是專業從事高性能碳纖維及相關產品研發、消費、銷售和技術服務的高新技術企業，主要產品為碳纖維及其織物， 主要應用于航空航天領域。公司主要客戶為海內航空航天領域所屬企業，各項指標參數要求較高，在航空航天設備論 證階段即對碳纖維各項指標予以確定，公司憑借持續穩定、高質量的產品通過了極為嚴苛的航空材料驗證，打造了“產 品技術+要害裝備+工控系統”三大自主可控優勢，已率先完成了 ZT7 系列高性能碳纖維產品在國家航空航天領域的 穩定批量應用。2022 年 3 月，公司簽訂 21.69 億元重大銷售合同，合同標的為碳纖維、碳纖維織物，履行期限為 2022 至 2023 年，將助推公司業績快速增長。

2021 年公司千噸線實現等同性驗證工作并進行了試消費，進一步提高了公司產能及穩定批量供貨能力。2022 年 3 月，公司募集資金 20 億元用于建設年產 1500 噸（12K）高性能碳纖維及織物產品項目，該項目正在抓緊建設中，預計于 2023 年部分投產，2024 年全部投產，屆時公司將更進一步的滿意航空航天及其他中高端市場對高性能碳纖維的持續 需求，提升國產碳纖維在高端領域的自主保障能力。

3、中復神鷹$中復神鷹(SH688295)$

公司是一家專業從事碳纖維研發、消費和銷售的國家高新技術企業，通過多年自主研發把握了碳纖維消費全流程核心 技術，在海內率先突破了千噸級碳纖維原絲干噴濕紡工業化制造技術，建成了海內首條具有自主知識產權的千噸級干 噴濕紡碳纖維產業化消費線。公司主要產品為 T700 級及以上小絲束碳纖維，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。

截至 2021 年年底，公司擁有碳纖維產能 1.15 萬噸，產能規模位居海內第二。西寧項目一期年產 10,000 噸高性能碳 纖維及配套原絲項目已于 2021 年陸續投產，伴著產能的進一步釋放，公司將有效滿意航空航天、新能源、交通建設 等下游應用領域對高性能碳纖維的需求。同時，公司西寧二期年產 14000 噸高性能碳纖維及配套原絲建設項目已于 2021 年 10 月開工建設，預計于 2023 年年初陸續建成投產，該項目建成投產后公司產能規模將完成翻番，將進一步 提高公司碳纖維產品的市場占有率。

4、吉林碳谷

公司是海內碳纖維原絲主要供給商，原絲在海內碳纖維市場占有率達到了 50%以上。公司銷售的主要產品是碳纖維原 絲，覆蓋了從碳纖維原絲小絲束到大絲束的全系列產品，全系列產品都能穩定大規模消費，部分產品完成了高品質的 穩定規模消費。公司產品已廣泛應用于軍工、航天航空、風電、高端設備、汽車、新能源、體育休閑用品及建筑材料 等領域。公司連續聚合穩定運行技術在海內屬于首創，并獲得國家發明專利，公司亦在海內是首家采用三元水相懸浮 聚合兩步法消費碳纖維聚合物，DMAC 為溶劑濕法消費碳纖維原絲的企業。目前，基于“碳纖維正從滿意特別領域 需求演進到滿意普通大眾日常需求的快速發展階段”的行業發展狀況，普通大眾的日常需求及增長將遠大于特別領域 需求，公司將抓住上述大絲束碳纖維的巨大市場時機，不斷做大做優原絲產品，持續升高原絲產品成本，尤其是大絲 束原絲產品，不斷擴大公司在碳纖維產業鏈的優勢，持續增加競爭壁壘。目前公司已經完成定型的大絲束原絲品種包 括 24K、25K、35K、48K 和 50K。

2022 年年初，公司原先建設的“4 萬噸原絲項目”的所有消費線已經全部陸續建成投產，逐步完成設備國產化。目 前公司擁有 4.5 萬噸柔性化產能，預計今年年底將新增柔性化產能 4 萬噸以上，力爭完成新增柔性化產能 6 萬噸； 同時，公司 300 噸高性能碳纖維碳化消費線消費正常，并承擔著部分新品研發的使命。公司將根據市場情景和規劃， 穩步推進擴產計劃，計劃未來 2-3 年新增 15-20 萬噸左右的原絲產能。

以上為報告節選，報告原文：

基礎化工-碳纖維深度報告：高壁壘、高成長，國產替代正當時-招商證券[周錚,曹承安,趙晨曦]-20220620【25頁】

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