一、碳纖維行業(yè)概況

（一）碳纖維：性能優(yōu)越，用途廣泛前景光明

性能優(yōu)異。碳纖維被稱為“新材料之王”，是由聚丙烯腈（PAN）（或瀝青、粘膠） 等有機纖維在高溫環(huán)境下裂解碳化形成的含碳量高于90%的碳主鏈結(jié)構(gòu)無機纖維。碳纖維具有出色的力學性能和化學穩(wěn)定性，密度是鋼的1/4，比強度比鋼大16倍，是 目前已大規(guī)模生產(chǎn)的高性能纖維中具有最高比強度和最高比模量的纖維，同時具有 導(dǎo)電、導(dǎo)熱、耐腐蝕、耐疲勞、耐高溫、膨脹系數(shù)小等一系列其他材料所不可替代的優(yōu)良性能。

原材料種類多樣滿足應(yīng)用需求。碳纖維根據(jù)原絲種類主要分為PAN基碳纖維、瀝青 基碳纖維和粘膠基碳纖維。PAN基碳纖維由于生產(chǎn)工藝相對簡單，產(chǎn)品力學性能優(yōu) 異，是碳纖維中用途最廣、用量最大、性能最好的纖維，聚丙烯腈(PAN)基碳纖維 在碳纖維的生產(chǎn)中占有絕對優(yōu)勢，自20世紀60年代問世以來，迅速占據(jù)主流地位；瀝青基、粘膠基的產(chǎn)量規(guī)模較小，目前碳纖維一般指PAN基碳纖維。

PAN基碳纖維強度絲束分類。根據(jù)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）。根據(jù)絲束數(shù)量，碳纖維主 要有3K、12K、24K、48K等規(guī)格，分為大絲束和小絲束，3-24K（含）為小絲束產(chǎn) 品，一般用于航天軍工等高科技領(lǐng)域，以及體育用品中產(chǎn)品附加值較高的產(chǎn)品類別， 主要下游產(chǎn)品包括飛機、導(dǎo)彈、火箭、衛(wèi)星和釣魚桿、高爾夫球桿、網(wǎng)球拍等，24K 以上為大絲束產(chǎn)品，主要應(yīng)用于風電葉片和民用包括土木建筑、交通運輸和能源等 行業(yè)，主要下游產(chǎn)品包括風電葉片、建筑補強產(chǎn)品、抽油桿、壓力容器等。

（二）碳纖維下游應(yīng)用不斷延伸拓展，產(chǎn)品附加值不斷提升

碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈由上游的原油化工產(chǎn)業(yè)，中游的原絲加工、碳纖維相關(guān)產(chǎn)物以及碳纖 維復(fù)合材料生產(chǎn)加工以及下游的應(yīng)用市場組成。（1）上游原材料丙烯腈豐富易得。通過從石油、煤炭、天然氣等化石燃料中制備丙 烯，并經(jīng)氨氧化后得到碳纖維生產(chǎn)的主要原材料丙烯腈。丙烯腈經(jīng)過聚合階段形成 聚丙烯腈溶液進入紡絲階段得到碳纖維原絲。

（2）中游形成性能完善的復(fù)合材料。將碳纖維原絲進行預(yù)氧化、氧化、低溫和高溫 碳化后生產(chǎn)出碳纖維及碳纖維產(chǎn)品，與不同的基體材料結(jié)合形成碳纖維復(fù)合材料。根據(jù)基體材料類型劃分，可分為樹脂基、金屬基、陶瓷基、橡膠基等復(fù)合材料，不同 分類的基體材料性能優(yōu)勢不同且差異巨大。

樹脂基復(fù)合材料較大程度的保留了碳纖維的高強度和高模量性能，主要應(yīng)用于建筑、 化學、交通、醫(yī)療和航空航天領(lǐng)域，是高端行業(yè)提升設(shè)備性能和追求輕量化優(yōu)勢的 必備材料之一。金屬基復(fù)合材料完善了硬度等方面的性能，在航空航天、汽車制造 和體育裝備上應(yīng)用較多，彌補了碳纖維樹脂基復(fù)合材料劇烈碰撞后崩碎的缺陷。樹 脂基和金屬基材料無法面對超高溫場合，因此無法應(yīng)用于發(fā)動機相關(guān)的領(lǐng)域，陶瓷 基復(fù)合材料完善了耐高溫方面的性能，碳纖維陶瓷基復(fù)合材料就是針對這一高端領(lǐng) 域而特制的一種復(fù)合材料。橡膠基復(fù)合材料完善了耐摩擦方面的性能，是工業(yè)耐磨 領(lǐng)域上的一個重要應(yīng)用方式，廣泛應(yīng)用于耐磨襯輪、特殊密封件。

（3）下游應(yīng)用領(lǐng)域快速拓展，產(chǎn)品附加值大幅提升。碳纖維復(fù)合材料經(jīng)過各種成型 工藝得到下游應(yīng)用所需的最終產(chǎn)品。隨著科技的進步與發(fā)展，碳纖維下游應(yīng)用市場 歷經(jīng)起步、成長、擴張和全面發(fā)展四階段，發(fā)展可持續(xù)性強，應(yīng)用領(lǐng)域覆蓋范圍廣，目前已經(jīng)應(yīng)用于航空航天、風電葉片、體育休閑、壓力容器、碳/碳復(fù)合材料、交通 建設(shè)、海洋等領(lǐng)域，是國防軍工和國民經(jīng)濟發(fā)展不可或缺的重要戰(zhàn)略物資。碳纖維 產(chǎn)品的經(jīng)濟屬性在于其附加值高，技術(shù)創(chuàng)造的價值在產(chǎn)品附加值中占主要比重，因 而具有較高的價值增長和經(jīng)濟效益，其中以航空復(fù)合材料增值最多。

二、碳纖維技術(shù)、資金構(gòu)筑高門檻，大小絲束各放異彩

（一）碳纖維生產(chǎn)具備高技術(shù)門檻

原絲制備和氧化、碳化是碳纖維制備的三個核心工藝，高質(zhì)量的原絲是實現(xiàn)高性能 和批量生產(chǎn)碳纖維的關(guān)鍵，氧化過程需要使原絲形成在高溫下不溶不熔的穩(wěn)定結(jié) 構(gòu)，碳化過程的控制則與碳纖維的拉伸強度和彈性模量直接相關(guān)。原絲制備包括聚 合、紡絲工段，碳絲制備包括預(yù)氧化、碳化工段。（1）在聚合工段，通過將原料丙烯腈單體、共聚單體、引發(fā)劑偶氮二異丁腈和溶 劑DMSO（二甲基亞砜）按照一定的配比投料進入聚合釜，在一定溫度下進行溶液 聚合反應(yīng)，隨后進行脫單、脫泡等處理得到聚丙烯腈原液，聚合物分子量、分子量 分布、立構(gòu)規(guī)整性、共聚單體序列分布、雜質(zhì)等都是影響碳纖維結(jié)構(gòu)性能的重要參 數(shù)。

（2）在紡絲工段，聚丙烯腈原液通過紡絲技術(shù)形成原絲，成型后的原絲再經(jīng)過多段 水洗，降低原絲中DMSO的殘留量，隨后進行熱水牽伸，再經(jīng)過上油、干燥致密化， 達到防黏隔離和降低摩擦的作用，最后再經(jīng)過蒸汽牽伸工段，最終原絲卷繞成軸。紡絲所涉及的問題有高分子溶液流變學、雙擴散及高分子結(jié)晶等。在噴絲環(huán)節(jié)，解 決噴絲孔口脹大效應(yīng)是主要技術(shù)突破方向；因凝固對纖維的初生結(jié)構(gòu)及性能起關(guān)鍵 影響，在凝固環(huán)節(jié)雙擴散過程控制及牽引力的控制至關(guān)重要；牽伸環(huán)節(jié)的目的是提 高纖維中高分子沿纖維軸向的擇優(yōu)取向，并誘導(dǎo)纖維結(jié)晶，主要有噴頭牽伸、熱水 牽伸、蒸汽牽伸三步。目前碳纖維原絲主流的紡絲有濕法紡絲和干噴絲紡兩種。

干噴濕紡紡絲具備高紡絲速度和低成本的特點，是PAN紡絲未來的發(fā)展趨勢之一。原液紡絲包括濕法紡絲、干法紡絲、熔融紡絲、靜電紡絲和干噴濕紡紡絲。目前濕法 紡絲和干噴濕紡是主流的技術(shù)工藝。干噴濕紡與濕法最大的不同在于噴絲口存在一 段長度為3-10nm的空氣干燥層，可使原絲表面形成致密疏水層，避免了濕法紡絲凝 固浴中實施的負牽伸，紡絲速度可以達到濕法速度的2-8倍，不僅提高紡絲速度，降 低了單位生產(chǎn)成本，同時還有利于大分子鏈的取向，原絲結(jié)構(gòu)相比直接進入凝固浴 更為均勻致密，同時截面也更容易成圓形，從而提高力學性能。

干噴濕紡對紡絲原 液的要求比較高，需要采用雙螺桿溶解機組對PAN顆粒進行溶解，進而對生產(chǎn)企業(yè) 的設(shè)備、操作、環(huán)境等提出更高要求，更適用于小絲束的生產(chǎn)。中復(fù)神鷹于2013年 在國內(nèi)率先突破干噴濕紡關(guān)鍵技術(shù)，國內(nèi)大部分碳纖維制造企業(yè)仍以濕法紡絲工藝 為主。

（3）碳絲制備包括預(yù)氧化、碳化工段。原絲中聚丙烯腈分子沿纖維軸向的取向度和 氧化環(huán)節(jié)對纖維軸向取向的影響是決定碳纖維拉伸性能的主要因素。（1）原絲經(jīng)多 段氧化爐在空氣氣氛下反應(yīng)得到預(yù)氧絲，原絲在氧化過程中聚丙烯腈分子主要發(fā)生 環(huán)化、脫氫和交聯(lián)三種反應(yīng)，生成梯形、交聯(lián)的結(jié)構(gòu)。氧化過程中因氧化和交聯(lián)程度 不同造成的纖維皮部和芯部性質(zhì)結(jié)構(gòu)（簡稱皮芯結(jié)構(gòu)），預(yù)氧絲主要衡量指標有體 密度和含氧量、環(huán)化指數(shù)等；（2）預(yù)氧絲在氮氣保護下，經(jīng)過300-1500度的低溫碳 化、高溫碳化，進行脫水、脫焦油、其他含碳氣體及氮原子等非碳原子脫除，碳含量 逐漸提高到94%左右得到碳絲，碳化區(qū)各個溫區(qū)的溫度設(shè)置及停留時間、張力、爐 內(nèi)氣體純度是碳化過程中最重要的工藝參數(shù)。

碳化后的纖維隨后根據(jù)不同的復(fù)合材料基體對于碳纖維表面性質(zhì)要求進行不同的表 面處理，表層涂覆不同的漿液，最后經(jīng)烘干得到高強型碳纖維產(chǎn)品。為進一步提升 產(chǎn)品的彈性模量，將高強型、高強中模型碳纖維在惰性氣氛下經(jīng)高溫石墨化處理， 得到石墨纖維。綜上，碳纖維生產(chǎn)技術(shù)及生產(chǎn)工藝極為復(fù)雜，生產(chǎn)控制精度要求高， 只有具備生產(chǎn)線長周期連續(xù)穩(wěn)定運行的技術(shù)水平及管理能力，才能保證產(chǎn)品質(zhì)量的 穩(wěn)定性，加上對生產(chǎn)設(shè)備的高要求、研發(fā)投入大，行業(yè)最終形成較高的技術(shù)壁壘。

（二）國外引領(lǐng)碳纖維技術(shù)迭代，國內(nèi)打破國外技術(shù)壟斷

聚丙烯腈碳纖維研究始于1959年日本大阪工業(yè)研究所的近藤昭男對民用腈綸的熱處 理。1970年，日本東麗（Toray）看好碳纖維的發(fā)展前景購買了近藤昭男的專利技術(shù)， 并與美國聯(lián)邦碳化物公司交換了碳化技術(shù)，興建了一條年產(chǎn)12噸的聚丙烯腈碳纖維 生產(chǎn)線，產(chǎn)品定名為T300。目前海外碳纖維主要廠商中，日本除東麗外，還有日本東邦和三菱的技術(shù)水平達到 世界領(lǐng)先，其次，美國也是世界上碳纖維發(fā)展早、技術(shù)領(lǐng)先的國家，特別是在低成 本、大絲束方面具有獨到之處，主要代表企業(yè)有赫氏（Hexcel）、氰特（Cytec，被 索爾維收購）和卓爾泰克（Zoltek，被日本東麗收購）。此外，德國的SGL也是擅長 大絲束制造的主要企業(yè)。

碳纖維技術(shù)經(jīng)歷三代技術(shù)，從單一通用型性能向綜合高性能型方向發(fā)展，先后形成 T300、T800、T1100G等代表性產(chǎn)品，目前應(yīng)用最廣泛的是第二代高強度中等模量 碳纖維。但由于第二代碳纖維模量偏低，且碳纖維材料脆性大，易導(dǎo)致復(fù)合材料結(jié) 構(gòu)部件的疲勞損傷，甚至發(fā)生災(zāi)難性破壞，限制了航空、軍工裝備性能的提升，第三 代碳纖維技術(shù)應(yīng)運而生，第三代碳纖維技術(shù)能夠同時實現(xiàn)高拉伸強度和高彈性模量， 碳纖維生產(chǎn)技術(shù)難度進一步提升。憑借多年的技術(shù)優(yōu)勢積累，近年來日美在第三代 碳纖維上取得技術(shù)突破，日本東麗、美國Hexcel分別成功研發(fā)出M40X型、HM50型、 HM54型等新型高模量碳纖維。

我國的碳纖維行業(yè)起步于20世紀60年代，幾乎和日美等國家同時起步，但由于相關(guān) 知識儲備不足、知識產(chǎn)權(quán)歸屬、國外實施嚴格技術(shù)及設(shè)備封鎖等問題，發(fā)展緩慢，在 生產(chǎn)技術(shù)和裝備水平上整體落后于國外，無法滿足國家重大裝備等高端領(lǐng)域的需求。進入2000年以后，隨著國家對高性能碳纖維領(lǐng)域重視程度提升以及持續(xù)不斷的科研 投入，產(chǎn)業(yè)化程度加快，應(yīng)用領(lǐng)域擴大，國產(chǎn)化成效顯著，已形成以江蘇、山東和吉 林等區(qū)域為主的碳纖維聚集地，主要參與企業(yè)有江蘇中復(fù)神鷹、中簡科技、山東的 光威復(fù)材、吉林的吉林化纖和吉林碳谷、上海石化。近年國產(chǎn)碳纖維技術(shù)水平再攀 高峰，已經(jīng)形成了M40J、M55J級高模量碳纖維工程化技術(shù)，突破了M60J、M65J級 高模量碳纖維實驗室技術(shù)，在兼具高強度、高模量、高伸長特性的新一代PAN基高 模量碳纖維領(lǐng)域持續(xù)攻關(guān)中。

（三）碳纖維屬于資金密集投入行業(yè)

碳纖維高資金門檻之一：初始投入。（1）碳纖維生產(chǎn)屬于重資產(chǎn)行業(yè)，生產(chǎn)線的 初始投入成本大，各公司固定資產(chǎn)占比總資產(chǎn)比例高，固定資產(chǎn)中設(shè)備涉及到反應(yīng) 釜、牽引設(shè)備、氧化爐、碳化爐等核心設(shè)備。根據(jù)各主要企業(yè)環(huán)評報告及公告看， 單萬噸投資額在20-100億元。

碳纖維高資金門檻之二：生產(chǎn)環(huán)節(jié)。碳纖維制作過程中聚合環(huán)節(jié)成本主要包括前驅(qū) 體聚丙烯腈、衣康酸等共聚單體的原材料成本，紡絲環(huán)節(jié)中溶劑、水、蒸汽成本， 氧化碳化環(huán)節(jié)主要是能耗用電成本。碳纖維企業(yè)屬于高能耗企業(yè)，能耗成本占比生 產(chǎn)成本高，根據(jù)中復(fù)神鷹招股說明書數(shù)據(jù)顯示，公司2021年上半年主營業(yè)務(wù)成本 1.98億元，上半年銷量為2256.46噸，由此測算的單噸碳纖維生產(chǎn)成本為8.80萬 元。

其中制造費用和直接材料成本合計占比84%，分別占比51%、33%。同時折舊 和能源成本分別占比制造成本的24%、49%（電力28%、蒸汽21%），三項合計占 到制造成本的74%。對于中簡科技而言，因為其主要生產(chǎn)小絲束3K產(chǎn)品，因此公司 的產(chǎn)銷量規(guī)模較小，對應(yīng)的制造費用占比相較中復(fù)神鷹高。2021年公司的碳纖維制 造費用占比76%、根據(jù)公司招股說明書顯示，2018年制造費用中，折舊和電力成本 分別占比30%、22%。直接材料占比僅為14%。

碳纖維高資金門檻之三：持續(xù)研發(fā)投入。碳纖維的技術(shù)進步離不開企業(yè)的持續(xù)研發(fā) 投入。國內(nèi)企業(yè)中，以中復(fù)神鷹、光威復(fù)材、中簡科技為代表的碳纖維核心企業(yè)持 續(xù)搞研發(fā)投入，2018年累計至今，中復(fù)神鷹、光威復(fù)材、中簡科技研發(fā)費用投入共 計2.06億元、10.53億元、1.42億元。從2022年前三季研發(fā)費用率看，光威復(fù)材達 到8.36%投入1.62億元，中復(fù)神鷹前三季度研發(fā)費用率7.35%金額達到1.06，中簡 科技4.84%投入0.25億元。

（四）大小絲束各放異彩

碳纖維按照絲束的大小可分為大絲束（24K及以上）、小絲束（1K、3K等），絲束 大小在生產(chǎn)過程中要求控制不一，小絲束更加關(guān)注產(chǎn)品性能的突破，大絲束更側(cè)重 產(chǎn)品的均一性。因此大小絲束的應(yīng)用場景及對應(yīng)的價值含量也不一樣，下游市場開 拓的競爭優(yōu)勢亦不同。

小絲束“研發(fā)-驗證-應(yīng)用”長周期筑造行業(yè)壁壘，技術(shù)領(lǐng)先企業(yè)具備先發(fā)優(yōu)勢。在 高端應(yīng)用領(lǐng)域，由于對碳纖維產(chǎn)品性能與質(zhì)量穩(wěn)定性要求嚴格，相關(guān)型號產(chǎn)品從研 制到應(yīng)用過程包含復(fù)雜而漫長的驗證流程大大增加應(yīng)用難度，進一步深化行業(yè)壁 壘，而復(fù)雜的應(yīng)用驗證流程間接增加了企業(yè)和客戶的機會成本，從而已具備穩(wěn)定供 貨資格的企業(yè)先發(fā)優(yōu)勢明顯。以航空用碳纖維為例，航空結(jié)構(gòu)通常采用積木式驗證方法，從材料到結(jié)構(gòu)逐步驗證，一款新的復(fù)材產(chǎn)品進入機型，周期長達十年以上， 并且在航空航天等軍工裝備生產(chǎn)過程中，一旦型號確定下來后所有原材料不會輕易 更改，否則會觸發(fā)新一輪應(yīng)用驗證流程，因此技術(shù)領(lǐng)先型企業(yè)先發(fā)優(yōu)勢明顯，在高 端細分市場競爭格局相對穩(wěn)定。

大絲束下游需求井噴，技術(shù)突破后國內(nèi)產(chǎn)能大干快上。近三年來，受疫情影響小絲 束產(chǎn)品發(fā)展受限于民用航空市場疲軟，大絲束產(chǎn)品成本優(yōu)勢明顯，在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域 快速滲透，大絲束主要應(yīng)用在風電等民用領(lǐng)域，高性價比將成為企業(yè)主要的競爭優(yōu) 勢。2017年前后，吉林化纖先后成功試生產(chǎn)出48K大絲束碳纖維。2019年吉林化纖 完成首批120t，48K大絲束碳纖維原絲出口訂單；2021年上海石化啟動了12000t/a 的大絲束碳纖維項目；光威復(fù)材在內(nèi)蒙古包頭的大絲束碳纖維項目正在建設(shè)中。同 時浙江精功、齊齊哈爾天九碳纖維科技有限公司等也開始生產(chǎn)大絲束碳纖維布局。

三、需求總量快速增長，國內(nèi)外細分行業(yè)和而不同

（一）碳纖維需求快速增長，應(yīng)用領(lǐng)域各有不同

全球需求持續(xù)增長，國內(nèi)需求快速釋放。全球及我國碳纖維需求長期處于持續(xù)增長 狀態(tài)。據(jù)賽奧碳纖維數(shù)據(jù)，2021年的全球碳纖維需求總量為11.80萬噸，較2020年增 長10.38%，繼續(xù)保持穩(wěn)定增長態(tài)勢，其預(yù)計2025年全球需求總量達到20.00萬噸， 2030年達到40.00萬噸。在國內(nèi)市場方面，2021年碳纖維需求量為6.24萬噸，同比增 長27.69%，同比增速遠快于全球水平，同時需求量占全球需求總量比例突破50%。除了需求增速快、規(guī)模大的特征外，我國碳纖維需求量還表現(xiàn)出國產(chǎn)替代速度快、 對外貿(mào)易依存度持續(xù)改善的特征。2021年我國碳纖維國產(chǎn)產(chǎn)品需求量為2.93萬噸， 同比增長58.11%，進口產(chǎn)品需求量3.31萬噸，同比增長9.15%，對外貿(mào)易依存度 53.11%，同比下降14.52%。

下游需求分行業(yè)看，全球碳纖維需求集中于風電葉片、體育休閑、航空航天三大領(lǐng) 域。目前全球碳纖維最大應(yīng)用市場仍是風電葉片市場，2021年風電葉片碳纖維需求 達到3.30萬噸，占比28%。其次為體育休閑市場，碳纖維需求達到1.85萬噸，占比 15.7%，第三大應(yīng)用市場為航空航天市場，碳纖維需求達到1.65萬噸，占比14%。其 余細分行業(yè)中，壓力容器、汽車、碳碳復(fù)材碳纖維需求均占比5%以上。

我國碳纖維需求以風電葉片、體育休閑、碳碳復(fù)材為主，國產(chǎn)替代迎來發(fā)展窗口期。2021年風電葉片領(lǐng)域碳纖維需求量達到2.25萬噸，占比36.1%；體育休閑領(lǐng)域碳纖 維需求量達到1.75萬噸，占比28.1%；碳碳復(fù)材領(lǐng)域碳纖維需求量0.7萬噸，占比 11.2%。三大主要應(yīng)用領(lǐng)域合計占據(jù)國內(nèi)需求的75.4%，航空航天、壓力容器、混配 模成型、汽車等其他領(lǐng)域需求份額與全球份額相比存在差距。從碳纖維來源國看， 我國碳纖維進口來源主要是日本、中國臺灣、韓國、美國，進口份額均達到5%以上， 在新冠疫情增加產(chǎn)品進口難度、美日等主要來源國限制碳纖維對華出口、國內(nèi)碳纖 維產(chǎn)能釋放等多重因素疊加下，我國碳纖維的國內(nèi)產(chǎn)品需求有望持續(xù)增長，國產(chǎn)替 代迎來發(fā)展窗口期。

全球碳纖維市場航空價值量最高，風電領(lǐng)域增長最快。從銷售單價看，航天航空應(yīng) 用領(lǐng)域?qū)Ξa(chǎn)品性能要求高，2021年產(chǎn)品單價排名第一達到72美元/公斤，工業(yè)領(lǐng)域 整體價值量遠低于航天航空，其中以風電產(chǎn)品平均單價最具經(jīng)濟性，2021年平均銷 售價格為16.8美元/公斤。其他工業(yè)領(lǐng)域在20-28美元/公斤范圍內(nèi)波動。綜合需求量 看，2021年，航空航天以11.88億美金市場占比碳纖維市場份額的34.93%，排名第 一，其次為風電葉片以5.54億美金占比碳纖維16.32%市場份額，傳統(tǒng)體育休閑以 5.51億美金占比碳纖維15%市場份額，壓力容器以2.64億美金占比碳纖維7.8%市場 份額，混配成模以2.29億美金占比碳纖維6.7%市場份額，汽車以2.05億美金占比碳纖維6%市場份額，碳碳復(fù)材以1.84億美金占比碳纖維5.4%市場份額。建筑補強以 1.01億美金占碳纖維3%市場份額。

（二）風電葉片：“雙碳”政策利好行業(yè)發(fā)展，葉片大型化拉動需求增長

雙碳目標帶來風電行業(yè)發(fā)展新機遇。在雙碳政策利好背景下，全球風電產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā) 展。根據(jù)全球風能理事會發(fā)布的《2022年全球風電報告》，預(yù)計未來五年全球風電 市場將保持年均6.6%的增速。隨著風電產(chǎn)業(yè)發(fā)展和風電技術(shù)進步，基于風資源使用 效率持續(xù)提升和度電成本不斷降低的要求，根據(jù)風力發(fā)電工作原理，風輪半徑越大， 掃風面積越大，單機功率愈大發(fā)電成本就愈低。隨著全球風電產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，特 別是海上風電的崛起，風電機組大型化已成為行業(yè)發(fā)展必然趨勢。

碳纖維是實現(xiàn)超大型葉片輕質(zhì)高強要求的理想材料。為實現(xiàn)大型化、輕量化和低成 本，復(fù)合材料成為風電葉片主流可選材料，目前風電葉片應(yīng)用的復(fù)合材料增強纖維 主要是玻璃纖維和碳纖維。隨著葉片尺寸的增加，其重量也越來越大，全玻纖葉片 無法滿足機組大型化和輕量化的要求，與玻璃纖維相比，碳纖維的比模量和比強度 均大幅增加，其模量比玻纖高3~8倍、比重約小30％。碳纖維將成為實現(xiàn)超大型葉片 輕質(zhì)高強要求的理想選擇材料。

風電葉片碳纖維需求量持續(xù)快速增長。據(jù)賽奧碳纖維統(tǒng)計，2021年全球風電葉片碳 纖維的需求量為3.30萬噸，同比增長7.8%。2021年國內(nèi)風電葉片碳纖維需求量約為 2.25萬噸，相較2016年的0.3萬噸大幅增加，5年CAGR為50%。風電葉片市場需求以 國外風電主機廠應(yīng)用為主，使用產(chǎn)品主要以國內(nèi)外T300級24K、48K、50K等產(chǎn)品為 主，國內(nèi)主機廠用量相對較少。碳纖維用量大但對價格敏感度較高，隨著國際風電 主機廠將碳纖維拉擠板代工由歐洲轉(zhuǎn)向國內(nèi)，近年來風電葉片對于碳纖維需求量的 高速增長為國內(nèi)碳纖維企業(yè)帶來了快速發(fā)展機遇。

2020年國內(nèi)風電葉片領(lǐng)域碳纖維需求量為2.00萬噸，占國內(nèi)碳纖維需求總量的41% 份額，較2019年的1.38萬噸增長45%，2021年國內(nèi)風電葉片領(lǐng)域碳纖維需求量為 2.25萬噸，同比增長12.5%，風電葉片已經(jīng)成為國內(nèi)最大的碳纖維應(yīng)用領(lǐng)域。同時國 內(nèi)風電下游碳纖維需求占全球風電下游碳纖維總需求份額達到68%，全球風電葉片 碳纖維需求量的持續(xù)增長為國內(nèi)碳纖維企業(yè)創(chuàng)造廣闊的發(fā)展空間。

（三）航空航天：新增長點出現(xiàn)，國內(nèi)市場蘊藏潛力

采用碳纖維材料是實現(xiàn)航空航天器減重的有效方法。碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維 和硼纖維等纖維增強復(fù)合材料是航空航天領(lǐng)域的常用材料，與碳纖維相比，玻璃纖維質(zhì)量較大，芳綸纖維拉伸彈性模量較低，而硼纖維價格較高，因此，碳纖維增強復(fù) 合材料在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用比較廣泛。碳纖維還具有產(chǎn)品大絲束化的趨勢，可以 提高復(fù)合材料生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，主要應(yīng)用于飛機的非承力部件上，如飛機 雷達罩、艙門、整流罩、飛機尾翼的垂直尾翼、水平尾翼及方向舵等。根據(jù)航空知識 公眾號，波音787機身、機翼和尾翼采用的是碳纖維層合板復(fù)合材料，升降舵和方向 舵采用的是碳纖維夾芯復(fù)合材料，碳纖維增強復(fù)合材料和玻璃纖維增強材料占全機 結(jié)構(gòu)重量的50%。

商用航空需求低迷，無人機需求快速增長。根據(jù)奧賽纖維數(shù)據(jù)顯示，2021年，航天 航空碳纖維需求總量1.65萬噸，同比持平。因為全球新冠疫情出行受限，航空航天對 碳纖維的需求量顯著收縮。從結(jié)構(gòu)上看，2021年商用飛機、無人機、軍用飛機、公 務(wù)機分別以35.26%、20.97%、15.81%、12.77%的占比位列前四需求細分市場。商 用飛機方面，2021年波音和空客共交付商用飛機951架，目前沒有恢復(fù)到2019年的 1243架，但同比2020年的723架提升了31.5%，同時新增確認訂單1680架，同比增 長197%。但無人機、軍機等其他航空市場需求正快速增長， 2021年無人機碳纖維 需求占比航天航空市場21%，需求量增加至0.35萬噸，同比增加360%。

當前先進復(fù)合材料在我國航空航天器上應(yīng)用與發(fā)達國家相比還有明顯的差距，隨著 國內(nèi)設(shè)計和制造技術(shù)的不斷積累、自主創(chuàng)新不斷提升，國產(chǎn)大飛機的推進，碳纖維 復(fù)合材料在航空航天領(lǐng)域的使用水平將有望提升，國內(nèi)碳纖維需求蘊藏巨大潛力。

（四）休閑體育：高端市場為主力，需求持續(xù)推漲

體育休閑領(lǐng)域?qū)μ祭w維的需求量增長穩(wěn)定，2021年總需求為1.85萬噸，2016-2021 年碳纖維需求量復(fù)合增速達12.53%。高爾夫球桿、自行車架、釣魚竿、球盤、曲棍 球棍等高端休閑體育市場對碳纖維的需求量較大，其中釣魚竿對碳纖維需求量最大， 占比35.14%，需求量達到6500噸，其次是高爾夫和自行車，分別占比22.16%和 19.46%。隨著運動健康理念深入人心，人均消費能力逐步提升，體育休閑市場需求 趨向長期平穩(wěn)增長。

（五）碳復(fù)材：受益于光伏行業(yè)快速發(fā)展

復(fù)合材料是兩種或兩種以上材料經(jīng)過一定的復(fù)合工藝所得到的新型材料，它在具有 原有組分的主要特點的同時，還通過協(xié)同效應(yīng)獲得了原有組分所不具備的特異性 能。以碳纖維為增強體，以碳或碳化硅等為基體，以化學氣相沉積或液相浸漬等工 藝形成的復(fù)合材料，主要包括碳/碳復(fù)合材料產(chǎn)品（碳纖維增強基體碳）、碳/陶復(fù) 合材料產(chǎn)品（碳纖維增強碳化硅）等。碳基復(fù)合材料優(yōu)點：

（1）整個系統(tǒng)均由碳元素構(gòu)成，由于碳原子彼此間具有極強的親和力，使碳基復(fù) 合材料無論在低溫下還是在高溫下，都有很好的穩(wěn)定性。同時，碳素材料高熔點的 本性，賦予了該材料優(yōu)異的耐熱性，可以經(jīng)受住2000℃左右的高溫，是目前在惰性 氣氛中高溫力學性能最好的材料。更重要的是碳基復(fù)合材料隨著溫度的升高，其強 度不降低，甚至比室溫還高，這是其他材料無法比擬的。（2）密度低（小于2.0g/cm3），僅為鎳基高溫合金的1/4，陶瓷材料的1/2。（3）抗燒蝕性能良好，燒蝕均勻可以用于3000 ℃以上高溫短時間燒蝕的環(huán)境 中，可作為火箭發(fā)動機噴管、喉襯等材料。（4）耐摩擦，耐磨損性能優(yōu)異，其摩擦系數(shù)很小，性能穩(wěn)定，是各種耐磨和摩擦 部件的最佳候選材料。

（5）良好的生物相容性，具有與人體骨骼相當?shù)拿芏群湍Ａ�，在人體骨骼修復(fù)與 替代材料方面具有較好的應(yīng)用前景。根據(jù)中商產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)顯示，2020年中國碳基復(fù)合材料的產(chǎn)量為48.27萬噸，預(yù) 計2021年碳基復(fù)合材料產(chǎn)量超過50萬噸。2021年國內(nèi)碳纖維需求中，碳碳復(fù)材領(lǐng) 域?qū)μ祭w維的需求量達到7000噸，成為國內(nèi)第三大應(yīng)用領(lǐng)域。碳基復(fù)合材料下游主 要應(yīng)用在半導(dǎo)體、航空航天、光伏、真空熱處理剎車制動、化學防腐蝕、密封耐磨 等行業(yè)。

基于技術(shù)進步光伏轉(zhuǎn)化效率提升及雙碳背景下，光伏行業(yè)裝機迎來大發(fā)展。根據(jù)中 國光伏行業(yè)協(xié)會數(shù)據(jù)顯示，國內(nèi)2022年前三季度光伏累計裝機3.58億千瓦，新增裝 機52.6GW，未來新增裝機規(guī)模將保持快速增長。同時隨著光伏硅片尺寸大型化， 對光伏硅片生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)提出了更高的要求，碳基復(fù)合材料熱場部件大幅度提高了 拉晶熱場系統(tǒng)安全性，提升了拉晶速率，顯著降低了單晶拉制爐的運行功率，對節(jié) 能降耗起到較大促進作用。2016年以來，碳基復(fù)合材料產(chǎn)品在單晶拉制爐熱場中的 產(chǎn)品替代率快速提高，碳基復(fù)合材料坩堝、導(dǎo)流筒產(chǎn)品的市場占有率已超過等靜壓 石墨產(chǎn)品，成為光伏用單晶拉制爐熱場系統(tǒng)部件的主要材料。

（六）下游最具潛力領(lǐng)域之：儲氫瓶

氫能是最有潛力的終極替代能源之一。氫能具有來源豐富、應(yīng)用廣泛、燃燒熱值 高、清潔綠色等特點，其燃燒熱值遠高于其他燃料，燃燒產(chǎn)物只有水，是目前最有 潛力替代傳統(tǒng)化石資源的“未來”能源之一。世界主要發(fā)達國家都以建成“氫能社會” 為目標，積極制定政策，大力推動氫燃料電池和汽車的發(fā)展，力爭2050年前實現(xiàn)能 源轉(zhuǎn)型。BP公司預(yù)測2050年世界能源消費終端結(jié)構(gòu)：在快速發(fā)展模式下，氫能占比為7%；而在凈零模式（在快速發(fā)展模式基礎(chǔ) 上提高社會對清潔能源的使用比例）下，氫能的占比將提高到16%。中國作為一個 能源大國，氫能在其能源結(jié)構(gòu)中的占比也呈現(xiàn)逐年升高的趨勢，預(yù)計在2049年將達 到10%，可以實現(xiàn)7×108t(CO2)的減排。

儲氫瓶制造為氫能產(chǎn)業(yè)鏈核心部分，碳纖維助力其發(fā)展。目前市場銷售有4種氫氣 瓶。Ⅰ型瓶：全金屬儲氫氣瓶，其制作材料一般為Cr-Mo鋼、6061鋁合金、316L 等。由于氫氣的分子滲透作用，鋼制氣瓶很容易被氫氣腐蝕出現(xiàn)氫脆現(xiàn)象，導(dǎo)致氣 瓶在高壓下失效，出現(xiàn)爆裂等風險。一般用作固定式、小儲量的氫氣儲存。纖維復(fù) 合材料纏繞氣瓶分為Ⅱ型瓶、Ⅲ型瓶和Ⅳ型瓶。Ⅱ型瓶：鋼制內(nèi)膽纖維纏繞瓶，纖 維并沒有完全纏繞，工作壓力有所增強可達26～30MPa。但由于其纏繞的內(nèi)膽仍 然是鋼制內(nèi)膽，并沒有減輕氣瓶質(zhì)量，應(yīng)用場景受限。

Ⅲ型瓶：內(nèi)膽為鋁合金，外 部進行了全瓶身的碳纖維復(fù)合材料纏繞，瓶重量輕、抗壓性能好、適用于氫燃料電 池汽車等移動設(shè)備，目前主要的壓力規(guī)格為35MPa和70MPa兩種，國內(nèi)現(xiàn)階段 35MPa已實現(xiàn)量產(chǎn)。IV型瓶的內(nèi)膽為聚合物，復(fù)合材料則以螺旋和環(huán)箍的方式纏繞 在內(nèi)膽的外圍，以增加內(nèi)膽的結(jié)構(gòu)強度。IV型瓶國內(nèi)技術(shù)仍有欠缺，尚未達到量產(chǎn) 條件。儲氫瓶往減重、抗壓發(fā)展，碳纖維復(fù)合材料需求倍增。

III型和IV型儲氫瓶碳纖維復(fù)合材料成本占比高達6-7成。碳纖維是目前儲氫瓶制造 的關(guān)鍵原材料，其成本和性能對儲氫瓶的成本和使用性能影響重大。根據(jù)美國能源 局（DOE）的研究成果， III型、IV型儲氫瓶成本中碳纖維復(fù)合材料成本占比分別 達到65%、75%左右。

氫氣瓶中長期對碳纖維需求拉動明顯。工信部發(fā)布的《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線 圖2.0》，對FCV（燃料電池車）2025年規(guī)劃保有量10萬輛，2035保有量100萬 輛。截至2021年末，國內(nèi)FCV保有量8909輛，意味著2022-2025年期間將新增9.1 萬輛。根據(jù)廣發(fā)汽車統(tǒng)計的數(shù)據(jù)顯示，目前保有量中全部是商用燃料電池車，我們 假設(shè)到2025年按照商用車和乘用車的80：20的比例，根據(jù)中科院寧波材料技術(shù)與 工程研究所對于單車用量的預(yù)估數(shù)據(jù)，單車平均碳纖維用量商用車按照320kg，乘 用車按照單車75kg需求進行預(yù)估測算，2022-2025年燃料電池車中氫氣瓶對碳纖維 的需求共計約2.5萬噸（9.1萬輛*0.8*320kg/輛+9.1*0.2*75kg/輛），預(yù)計將對碳纖 維需求拉動明顯。

四、供給端：海外先發(fā)優(yōu)勢明顯，國內(nèi)奮起直追

全球碳纖維運行產(chǎn)能逐年增長，我國成為產(chǎn)能第一的國家。2021年全球碳纖維產(chǎn) 能20.76萬噸，同比增長20.91%，其中中國大陸首次超過美國成為產(chǎn)能最多的國 家，2021年碳纖維產(chǎn)能達到6.34萬噸，同比增長75.38%，占全球總產(chǎn)能的 30.5%，其次是美國產(chǎn)能為4.87萬噸，占全球總產(chǎn)能的23.5%，日本位列第三，運 行產(chǎn)能為2.50萬噸，占比12%。海外碳纖維主要企業(yè)包括日本東麗（TORAY）、 日本東邦（TOHO）、日本三菱麗陽（MITSUBISHI）、美國赫氏（HEXCEL）、 美國卓爾泰克（ZOLTEK）、德國西格里（SGL）等。近年來，國內(nèi)碳纖維企業(yè)成 長迅速，研發(fā)技術(shù)水平不斷提高，市場銷量也穩(wěn)步提升，形成了中復(fù)神鷹、光威復(fù) 材、中簡科技等具有競爭力的碳纖維企業(yè)。

（一）海外先發(fā)優(yōu)勢明顯

歐美日企業(yè)具有先發(fā)優(yōu)勢，碳纖維生產(chǎn)工藝已非常成熟。由于歐美日企業(yè)很早就開 始研發(fā)碳纖維技術(shù)，并將技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展相融合，技術(shù)和市場均具備先發(fā)優(yōu)勢，對 高端碳纖維的市場更是形成了部分壟斷。目前，世界碳纖維技術(shù)主要由日本企業(yè)掌 握，其生產(chǎn)的碳纖維無論是質(zhì)量還是數(shù)量均處于世界領(lǐng)先地位。日本的三家碳纖維 企業(yè)（東麗、東邦、三菱）占據(jù)全球PAN基碳纖維約50%的市場份額，日本東麗則是 全球高性能碳纖維的龍頭企業(yè)。

（二）國內(nèi)已打破有產(chǎn)能無產(chǎn)量局面

國產(chǎn)碳纖維擴產(chǎn)增量趨勢明顯，積極縮小差距。據(jù)賽奧碳纖維數(shù)據(jù)，2021年國產(chǎn)碳 纖維供給量為2.93萬噸，同比增長58.1%，占我國碳纖維總需求的46.9%，國內(nèi)產(chǎn)能 供不應(yīng)求，這是由于較多國產(chǎn)碳纖維企業(yè)尚未實現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)的突破，生產(chǎn)線運行及 產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，因而出現(xiàn)國產(chǎn)碳纖維理論產(chǎn)能較大，實際產(chǎn)量較少，長期存在“有 產(chǎn)能，無產(chǎn)量”現(xiàn)象。隨著下游應(yīng)用的拓展，碳纖維的需求逐步提升，倒逼上游企業(yè) 開始大力發(fā)展，一些企業(yè)在工業(yè)級大絲束碳纖維的生產(chǎn)工藝上取得突破，具備產(chǎn)業(yè) 鏈自主化能力的產(chǎn)品類型。國內(nèi)企業(yè)產(chǎn)能規(guī)模和產(chǎn)量上都得到明顯提升。