鲁达 （报告出品方/作者：长江证券，范超、张佩）
1 材料特征：高性能但也高壁垒
碳纤维是无机纤维材料的一种。纤维增强复合材料（Fiber Reinforced Polymer：FRP） 是由增强纤维材料与基体材料经过缠绕、模压或拉挤等成型工艺而形成的复合材料。根 据增强纤维材料的不同，可分为有机纤维和无机纤维两大类，无机纤维包括玻璃纤维、 碳纤维、硼纤维、碳化硅纤维等，有机纤维包括芳纶、尼龙纤维、聚烯烃纤维等。碳纤 维（carbon fiber，简称 CF）是一种含碳量在 90%以上的高强度、高模量的无机高分 子纤维，与各种基体经过复合工艺后制成的碳纤维复合材料（CFRP），可以应用在航空、 军事工业、风力发电叶片、汽车构件、体育休闲产品等其他工业和民用领域。碳纤维材 料具备高性能、高壁垒两个显著特点，有“黑黄金”之称。
碳纤维按原料分类。碳纤维主要分为 PAN（聚丙烯腈）基碳纤维、沥青基碳纤维、粘胶 基碳纤维等。PAN 基碳纤维因制备工艺较简单，制成的产品性能更优，是目前碳纤维市 场主流产品，约占全球碳纤维总产量的 90%。故目前碳纤维一般指 PAN 基碳纤维。
碳纤维按强度和模量分类。碳纤维主要的力学性能指标有拉伸强度和拉伸模量，分为通 用型碳纤维、高强碳纤维、高模碳纤维、超高强碳纤维、超高模碳纤维。实际使用中， 因东丽公司在行业领域的龙头地位，其产品编号被作为行业标准，如 T300、T800、M55 等分别对应不同性能的碳纤维，高强型为 T 序列，高模型为 M 序列。
碳纤维按纤维数量分为小丝束、大丝束。单根碳纤维无法应用，实际使用的碳纤维是由 一定数量的碳纤维丝集束而成，1K 就代表一束碳纤维中有 1000 根丝，通常把小于 24K 的碳纤维称为小丝束碳纤维，小丝束碳纤维主要应用于国防军工（导弹、火箭、卫 星等）、航空航天及体育休闲领域，因此又被称为“宇航级”碳纤维，价格比大丝束碳纤维 更加昂贵。通常把 48K 以上的碳纤维称为大丝束碳纤维，主要用于交通运输、风电叶 片、医药卫生、纺织、机电等工业领域，因此被称为“工业级”碳纤维。
大丝束相对小丝束，下游应用更加大众化。2020 年全球碳纤维需求结构中，大丝束销 量占比约 45%，小丝束销量占比约 55%，大丝束销量占比呈现提升趋势。大丝束相对于小丝束，产品性能相对较低但制备成本亦较低。从全球市场平均售价来看，风电领域 均价约 9 万元/吨，主要以国内外 T300 级 24K、48K、50K 等产品为主。
高性能：轻质高强，极佳的轻量化材料
质量轻，强度大，模量高，碳纤维性能极佳且难以被追赶。碳纤维具备出色的力学性能 和化学稳定性，密度比铝低、强度比钢高，是目前已大量生产的高性能纤维中具有最高 比强度和最高比模量的纤维，具有质轻、高强度、高模量、导电、导热、耐腐蚀、耐疲 劳、耐高温、膨胀系数小等一系列其他材料所难以替代的优良性能。
从物理性能上看，碳纤维密度小，质量轻，比强度高。一是密度小，碳纤维的密度为 1.5~2g/cm³，相当于钢密度的 1/4，铝合金密度的 1/2，而其比强度比钢大 16 倍，比 铝合金大 12 倍。二是强度高，碳纤维拉伸强度可达 3000~4000MPa ，弹性比钢大 4~5 倍，比铝大 6~7 倍。三是具有各向异性，热膨胀系数小，导热率随温度的升高而下降， 耐骤冷和急热，即使从几千度的高温突然降到常温也不会炸裂。
四是导电性，25℃时高 模量纤维为 775μΩ/cm，高强度纤维为 1500μΩ/cm。五是耐高温和耐低温性好，碳纤 维可在 2000℃下使用，在 3000℃非氧化气氛下不融化、不软化。在 -180℃低温下， 钢铁变得比玻璃脆，而碳纤维依旧很柔软，也不脆化。但碳纤维的耐冲击性较差，容易 损伤。（碳纤维复合材料抗拉不抗穿刺，生活中避免让碳纤维产品碰到锋利的小石子或 尖锐物体，以防止发生破裂现象。）
从化学性能上看，碳纤维具有耐酸、耐油、抗辐射等性能。碳纤维对酸呈惰性，能耐浓 盐酸、磷酸、硫酸、苯、丙酮等介质侵蚀。将碳纤维放在浓度为 50% 的盐酸、硫酸、 磷酸中，200 天后其弹性模量、强度和直径基本没有变化；在 50% 浓度的硝酸中只是 稍有膨胀，其耐腐蚀性能超过黄金和铂金。但是，碳纤维在强酸作用下会发生氧化，与 金属复合时会发生金属碳化、渗碳及电化学腐蚀现象，因此在使用前须进行表面处理。
碳纤维是极佳的轻量化材料。碳纤维优越的比模量和比强度，使其成为极佳的轻量化材 料。在汽车应用上，相较于高强钢，碳纤维可以实现 60%的减重，因此在一众需要结构 轻量化的领域，如体育、航天等，都能看到碳纤维的身影。
高壁垒：技术壁垒高，龙头企业护城河深
碳纤维生产流程复杂，对设备和技术要求极高。制备过程涉及众多控制点，每个控制点 都有相应的参数，积累这些参数往往需要几年的周期，而只有每个参数都达到最优，所 生产的产品性能才能达到最好。以预氧化环节为例，该环节需对温度的精度、范围进行 准确控制，否则将显著影响碳纤维产品的拉伸强度，甚至造成断丝现象。
资金壁垒高。碳纤维产线的投资门槛较高，从企业公告的产能计划来看，万吨投资额普 遍在 20 亿元甚至以上，若是高性能碳纤维产线，则万吨投资额在 100 亿以上，高资金 壁垒使得大量企业较难进入到这一行业。此外前期核心技术尚未突破时，不仅产线投资 额高且投资回报率低，近几年由于生产效率提升，企业投资回报迎来改善。即使这样， 以行业龙头中复神鹰为例，2020 年碳纤维吨净利约 2.3 万元，投资回报期约 10 年左右。
技术壁垒突破期长，龙头企业护城河深。碳纤维行业技术壁垒非常高，体现在三个方面： 配方壁垒、工艺壁垒和工程壁垒，三者难度依次增加。尽管可以通过直接购买和挖角技 术人员等方式获取配方，但仍需要时间去吸收和消化，配方壁垒突破时间为 1-2 年；想 要突破工艺壁垒，还要在拥有配方的基础上投入大量精力去磨合和调整，通常需要 3-5 年；工程体系要求各生产工艺之间协调配合，需要企业投入大量资本去设计、改造、调 整装备和训练人员，壁垒突破时间 5 年以上。因此，碳纤维三大技术壁垒的突破期合计 超过 10 年，已经掌握成熟技术的企业先发优势极大，护城河深厚。
产业链附加值高达 200 倍。由于碳纤维制备难度高，工艺复杂，因此其产品越往下游附 加值越高，尤其是应用于航空航天领域的高端碳纤维复材，因下游客户对其可靠性、稳 定性要求十分严苛，产品价格也较普通碳纤维呈几何倍数增长。据江苏恒神公开转让说 明书（2015 年）统计，同一品种原丝、碳纤维、预浸料、民用复材、汽车复材和航空 复材每公斤价格分别约 40 元、180 元、600 元、不到 1000 元、3000 元和 8000 元， 每经一级深加工产品价格都将实现飞跃，航空复材价格较原丝更是翻了 200 倍。
碳纤维的价格远远超过其他替代材料。按每千克均价来看，普通型号碳纤维的均价约在 160 元/kg，是铝、镁等合金的 6-7 倍，是玻璃纤维的 8 倍。而即使考虑到碳纤维用量的 因素，这一巨大的价格差异也仍然无法被抹平。根据宝马公司对汽车单位减重成本的测 算，使用碳纤维的单位减重成本约在 32€/kg，仍然是铝的 7 倍。
2 行业质变：国产替代加速进行时
中国大陆碳纤维主要依赖进口，有效产能不足。在海外龙头技术封锁和价格战等多方面 打压下，国内碳纤维产业发展缓慢。我国碳纤维行业的发展历程可以分为三个阶段：
1）奠基阶段：我国的碳纤维几乎与日本同时起步，1962 年，中国石油吉林石化开始采 用 PAN 原料研制碳纤维，但是因为缺乏相应的科学知识和组织，没有取得实质性的进 展，与此同时，美日等国家将其视为战略物资，实施技术禁运，这也导致我国碳纤维的 研发止步不前。
2）起步阶段：1975 年，原国防科委主任张爱萍将军开始主持碳纤维研 发工作，先后组织了二十多名科研和企事业单位，组成原丝、碳化等五个专业组。但由 于知识产权归属问题没有得到妥善解决，各部门之间的利益难以协调，进展速度缓慢。 在此之后的 80 年代中期，我国也陆续尝试走引进开发之路，但均以失败告终。
3）发展 阶段：2000 年，两院院士师昌绪提出要大力发展碳纤维产业，这引起了政府的重视， 至此我国开始采取措施大力支持碳纤维领域的自主创新，在 863、973 计划中也将碳纤 维作为重点研发项目。2005 年国内碳纤维行业企业仅有 10 家，合计产能仅占全球产 能的 1%。2008 年，以国有企业为代表的企业开始进入碳纤维行业，但大部分企业在核 心关键技术上还无任何突破，无论是生产线的运行还是产品质量，都极不稳定。
碳纤维战略地位极高。高性能碳纤维可用于制造导弹、战机等国防重器，长期以来一直 在美国对华的禁运清单中，与原子能、半导体核心技术等同列。西方国家在上世纪 60 年 代就开始对华实施碳纤维材料的技术禁运，按照“巴统”和之后《瓦森纳协定》，以美国为 首的西方国家对我国实施严格的碳纤维材料禁运。日、美等碳纤维主要申请国甚至对未 经许可范围内而企图购买和贩卖碳纤维的个人实施抓捕，足见封锁之彻底。除了碳纤维 原丝禁运之外，其制备技术及装备一直被国外发达国家垄断和封锁。
政策高度重视碳纤维的发展。自 1962 年吉林石化开始 PAN 基碳纤维研究的数十年间， 碳纤维一直受益于政策的高度重视，先后由张爱萍将军和师昌绪院士主导过两次研发大 潮。在 863、973 计划中也将碳纤维作为重点研发项目。随着中美贸易摩擦的开始，国 外进一步收紧对中国的碳纤维供应，碳纤维的国产化工作愈加迫在眉睫。
在政策加码下，国内企业高度重视研发，专利申请量不断上升。在全行业共同努力下， 我国碳纤维技术迈入世界领先水平，技术突破之后，需求同步爆发，于是行业迎来质变。（报告来源：未来智库）
技术突破：大小丝束技术路径不同，壁垒亦有不同
小丝束和大丝束碳纤维先后实现技术突破，二者技术路线存在差异，大丝束由于性价比 优势，更易在大规模工业领域迎来放量。目前国内碳纤维企业发展路径主要是两类： 一是小丝束，国产替代更为迫切，三大龙头已然崛起。小丝束碳纤维因用于军工领域等， 故国产替代更为迫切，在重点投入和需求支撑下，小丝束碳纤维企业更早实现国产替代。
以干喷湿法为例，最早是中复神鹰在 2013 年率先突破千吨级碳纤维原丝干喷湿纺制造 技术并于 2015 年实现稳定运行，随后光威复材、中简科技、恒神股份等企业陆续实现 了干喷湿法的纺丝工艺。同时企业进行更高性能碳纤维的研制，以 T1000 级为例，中简 科技 2015 年采用湿法纺丝技术研制成功 T1000 级碳纤维，光威复材 2018 年 QZ6026 （T1000 级）碳纤维在工程化生产线上实现连续生产成功，中复神鹰 2019 年百吨级超 高强度 QZ6026（T1000G 级）碳纤维生产线实现连续运行。
二是大丝束，利用腈纶工艺是发展趋势，吉林碳谷率先实现突破。近几年我国大丝束碳 纤维技术实现突破：1）吉林碳谷在原奇峰化纤 20 年腈纶制备基础上进行研发，2008 年设立就取得了 DMAC 为溶剂的湿法两步法专有技术，于 2013-2015 年间逐步实现了 小丝束产品的 DMAC 为溶剂的湿法两步法的技术更新与优化，2017-2019 年突破 24K、 25K、48K 等大丝束产品稳定产业化生产技术，打破国际碳纤维巨头在原丝生产技术上 的垄断情况；2）上海石化曾是国内最大的腈纶生产企业，2018 年官方称突破 48K 大丝 束碳纤维，2021 年开始建设 2.4 万吨大丝束原丝、1.2 万吨 48K 大丝束碳纤维项目。
制备难点：大丝束和小丝束存在差异。大丝束碳纤维性能不如小丝束，但在相同的生产 条件下能够提高碳纤维单线产能，降低生产成本，从而实现大规模的工业应用。大丝束 碳纤维由于高通量，在原丝、聚合、预氧化、碳化等多个系统环节，存在很多复杂的技 术与工程问题。包括但不限于：一是一致性，纤维数量更多，保持每根纤维的一致性更 难；二是毛丝问题，纤维数量越多则毛丝会越多，需要把毛丝的占比控制在合理范围内； 三是碳化，碳化环节毛丝可能会发生剧烈的化学反应，导致纤维分子结构中的某些键断 裂等现象发生。从日本东丽发展路径来看，东丽在小丝束上不断突破高强高模，但是不 具有大丝束碳纤维产能，而是通过并购美国 Zoltek 取得大丝束碳纤维产能。
大丝束的技术路线：从腈纶工艺向下游延伸是海外趋势。腈纶工艺基础是发展大丝束碳 纤维潜力的重要评价指标，海外大丝束碳纤维的原丝制备技术是源于腈纶工业的。世界 腈纶技术路线相对集中的是以 DMAC 为溶剂和以 NaSCN 为溶剂的二步法湿法纺丝生 产，前者是有机溶剂，后者是无机溶剂。目前在大丝束碳纤维领域，已经或有望突破原 纱技术的企业均有腈纶工艺基础，且掌握了溶剂的生产，包括吉林碳谷、上海石化等。
需求旺盛：风光氢等领域需求爆发，中国引领全球
中国碳纤维需求量快速增长，增速领先全球。2015 年国内碳纤维需求量仅为 1.7 万吨， 仅五年就增长逾 3 倍，2020 年达到了 4.9 万吨，国内碳纤维需求实现连续 3 年超过 30% 的增长，远超过全球市场增速。伴随下游应用领域的扩大和发展，中国或将成为全球主 要碳纤维消费国，碳纤维需求有大幅增长的空间。
碳纤维在新能源领域（风、光、氢）的需求迎来快速增长。体育需求占据着我国下游应 用的 30%，需求量保持稳步增长；航空航天虽然用量不高，但单价远超出其他领域，未 来随着军工开支有望稳步增长。近年来碳纤维因其良好的性能广泛应用于风电叶片、光 伏硅晶热场材料（碳碳复材）、缠绕复合材料储氢气瓶等，显著受益于新能源行业增长。
新能源的强劲助推
1. 风电：需求崛起的突破口
在风电发展的 100 多年时间内，叶片材料先后出现了木材、布、铝合金等。但在发展过 程中，具有高比强度、可设计性强的复合材料成为商业级叶片的主体制造材料，而风电 领域也成为复合材料最重要的应用领域之一。风电机叶片是一个复合材料制成的薄壳结 构，一般由叶片大梁、腹板、外蒙皮组成，复合材料在整个风电叶片中的重量一般占到 90 %以上。复合材料叶片最初采用的是玻璃纤维增强不饱和聚酯树脂体系，直到今天这 仍是大部分叶片采用的材料。但随着风机功率的增加，叶片长度的不断增大，自身重量 也不断增加，在这种情况下，具备高强高模、低密度的碳纤维复合材料开始崭露头角。
碳纤维叶片在结构材料中主要用于主梁或分段叶片连接区域，承担主要载荷，用量大。 2020年全球风电碳纤维用量约为3万吨，其中至少90%以拉挤板形式应用于叶片主梁； 国外最早将拉挤碳板应用于叶片，迄今已有十多年批量应用经验；国内部分厂商已在新 叶型上完成拉挤碳板试制或小批应用，业内拉挤碳板新叶型研发加快。2021 年是拉挤 碳板新叶型研发与储备期，预计 2022 年拉挤碳板市场需求暴增。
采用碳纤维可以帮助叶片减重，但是在当前碳纤维与玻纤的价格差距下，也会增加成本。 以美国 Sandia 国家实验室研制的 SNL 100-00 风电叶片为例，若将主梁的玻纤更换为 碳纤维，则可以使得叶片总重下降 35%，但也使得材料成本提升 37%。更换后，最终 碳纤维占叶片重量的 13.6%，占叶片材料成本的 53.1%。
碳纤维渗透率提升为近年核心增长逻辑。随着我国风电建设进程的快速推进，风电也一 跃成长为当前碳纤维下游领域应用规模中最大的部分，2020年国内需求量约为 2万吨， 相较 2016 年的 0.3 万吨大幅增加，2020 年占碳纤维需求的比例达到 40%。2016-2019 年风电装机量相对平稳，碳纤维需求仍大幅增长，主要原因是渗透率持续提升，这背后 是风电机组大型化对风电叶片提出了更高要求。
风机大容量、大叶片已成为趋势。大功率风电机组的扫风面积提升显著，能有效提高风 能利用率。因此，风机的单机额定功率的提高，能降低风机的单位发电成本。2018 年我 国新增装机平均功率 2.2MW，较 2007 年的 1.06MW 提升了 108%，大型化趋势明显。 据调查数据显示，风机叶片的长度与风机的功率成正比关系。在相同风速下，更长的叶 片有着更大的扫风面积，捕风能力的提升为风机大功率的运行提供保障。2000 年前后， 以 32-47.9 米的为主导；2005 年前后，以 48-59.9 米的为主导；而 2010 年后，60-90 米的成为了主导。
玻纤材料逐渐难以满足大叶片的需求，碳纤维有望加速渗透。传统的叶片制造材料主要 为玻璃纤维复合材料，而当叶片长度超过一定值后，全玻璃钢叶片重量较大，性能上也 有较多不足，或会出现共振问题、扭转问题等。玻璃纤维已经无法满足风电叶片大型化、 轻量化的要求。而碳纤维复合材料比玻璃纤维复合材料具有更低的密度，更高的强度， 其突破了玻璃纤维复合材料的性能极限，而且可以保证风电叶片在增加长度的同时，重 量大大降低。在当前风机持续大型化的趋势下，碳纤维渗透率将持续提升。
装机增长与渗透提升共振，碳纤维迎来需求崛起的突破口。《风电北京宣言》为风电发 展提出明确目标，国务院也提出要加快推进大型风电基地建设，未来装机总量增速可期。 同时，随着对低风速风区开发的重视度增强，以及对海风的持续开发，风电机组往大功 率发展的趋势加速，对叶片长度的要求更高，碳纤维的渗透率也将持续提升。据此测算， 2025 年风电碳纤维需求有望达到 8.5 万吨，年均复合增速 34%，对应市场空间 68 亿。
2.光伏：受益于渗透率和需求量的双重拉升
碳碳复材是极佳的热场材料。碳/碳复合材料是以碳纤维为增强相的碳基复合材料，是目 前极少数可以在 2000 ℃以上保持较高力学性能的材料，它具有低比重、高比强、高比 模、低热膨胀系数、耐热冲击以及耐烧蚀等优异性能，是新材料领域重点研究和开发的 一类战略性高技术材料。
碳碳复材已广泛应用于光伏行业。光伏行业发展前期，其单晶拉制炉、多晶铸锭炉热场 系统部件材料主要采用国外进口的高纯、高强等静压石墨。石墨热场系统产品具有成本 高、供货周期长、依赖进口等特点，阻碍了光伏行业降成本、扩规模的发展进程。随着 单晶硅拉制炉的容量快速扩大，从 2011 年左右的 16 英~20 英寸（1 英寸=25.4mm）热 场快速发展到现在的 26 英寸和 28 英寸热场，而等静压石墨作为由石墨颗粒压制成型 的脆性材料，已经在安全性方面不能适应大热场的使用要求，在经济性方面也已经落后 于碳基复合材料。随着国内先进碳基复合材料制备技术的发展，先进碳基复合材料成为 降低硅晶体制备成本、提高硅晶体质量的最优选择，正逐步形成在晶硅制造热场系统中 对石墨材料部件的升级换代，目前主要应用于单晶拉制炉和多晶铸锭炉的热场材料。
碳/碳复合材料产品向高纯度、大尺寸方向发展。在光伏行业及半导体行业，由于技术 的发展及产品的快速迭代，硅片向高纯度、大尺寸发展是其基本的趋势，因此，高温 热场系统应用中，碳/碳复合材料产品向高纯度、大尺寸的方向发展也是必然的趋势。
3.高压氢气瓶：燃料电池汽车的广阔远景
高压储氢是目前车用储氢的主流方式。氢气作为新型清洁能源已经应用于燃料电池汽车， 其储氢系统是汽车的重要的组成部分。氢气能源能够以气态、液态、固态三种状态储存， 而根据储存机理的不同又可分为高压储氢、液态储氢、固体储氢、有机液态储氢等方式， 其中高压储氢是应用最广泛的方式。该方式为利用气瓶作为容器，通过高压压缩储存气 态氢，具有成本低、能耗小、充放气速度快等优势，也是当前车用储氢的主流方式。
碳纤维缠绕高压氢气瓶使得高压储氢实现了由固定式应用向车载应用的转变。在高压储 氢技术中，目前最为成熟且成本较低的技术是钢制氢气瓶，目前工业中广泛采用 20Mpa 钢制氢气瓶，但是钢制氢气瓶由于较高的重量，容重比大，储氢密度低，因此并不适合 汽车用。目前车用高压氢气瓶的国际主流技术通过以铝合金或塑料作为内胆，外层则用 碳纤维进行包覆，提升氢气瓶的结构强度并尽可能减轻整体重量。目前 70MPa 碳纤维 缠绕Ⅳ型瓶已是国外燃料电池乘用车车载储氢的主流技术，35MPa 碳纤维缠绕Ⅲ型瓶 目前仍是我国燃料电池商用车的车载储氢方式，70MPa 碳纤维缠绕Ⅲ型瓶已少量应用。
燃料电池汽车为国家重点发展方向。国务院办公厅印发的《新能源汽车产业发展规划 （2021-2035）》提到燃料电池汽车实现商用化。2020 年国家五部委联合下发《关于开 展燃料电池汽车示范应用的通知》，拟开展为期 4 年的燃料电池汽车城市群创建工作， 采取“以奖代补”方式，对入围示范的城市群按照其目标完成情况给予奖励，最终今年 9 月由北京市大兴区、上海市和广东省佛山市牵头的京沪粤三个城市群正式入选。示范 城市群重点是发展燃料电池汽车产业链环节，是氢能产业链的中下游，涉及到了氢能制 -储-运-加-用全产业链条，有利于推动氢能与燃料电池汽车行业的发展与变革。
燃料电池汽车未来有望爆发，氢气瓶市场远景可期。“我国至 2025 年燃料电池车销量将达到 5 万辆/年，至 2050 年将达到 520 万辆/年，预计 2030 年和 2050 年燃料电池车在商用 车的渗透率分别为 7%和 37%，在乘用车的渗透率分别为 3%和 14%。”据此测算，2025 年氢气瓶领域碳纤维需求将达 1.6 万吨，对应 19 亿市场规模；2030 年需求将达 17.1 万吨，对应 189 亿市场规模；2050 年需求将达 78.2 万吨，对应 626 亿市场规模。
轻量化的稳健需求
体育休闲领域是最早的碳纤维大规模应用领域。1970 年，日本东丽公司与美国 UCC 进 行技术合作，并于 1971 年工业生产 PAN 基碳纤维 T300，率先实现工业化量产(1 吨 /月)。在 1971 年之前，碳纤维的主要需求集中在美国军工大订单。1971 年后，日本东 丽公司率先生产了一系列一系列日常体育用品，比如鱼竿、高尔夫球杆、网球拍等。碳 纤维鱼竿质量减轻一半，尽管价格贵了 4 倍，但市场需求旺盛。1975 年，日本川崎球 拍为了弥补了日本人在网球运动中力量的劣势，实现球拍的 100%碳纤维化，使得操作 更加轻便。随着全球休闲体育风尚的崛起，日本东丽抓住时代机遇，快速抢占市场，不 断深入碳纤维在各个领域的应用，成为全球最大的碳纤维制造商。
体育休闲是中国碳纤维行业的根基。当前全世界体育休闲，都集中在中国，体育休闲领 域，中国市场碳纤维的需求占到了全球的 90%。尽管目前市场已趋近于饱和，但未来随 着 GDP 稳健增长和消费水平提高，预计体育休闲领域需求增长有望保持 5%左右。
航空航天对减重需求迫切。飞行器的运动速度高，过载大，对材料强度和变形有严格要 求；且能够减少重量，就能够增加有效载荷，降低飞行成本。据估计，商用飞机每减重 一公斤，一年就能节约 3000 美元的燃料；远程火箭、太空飞船每减重一公斤，就能节 约 1 万美元的燃料。因此高速飞行领域对材料重量锱铢必较，对价格敏感度相对较低。
碳纤维在航空航天领域应用广阔，部分机型已达 90%。以战斗机为例，自 20 世纪 70 年 代至今，复合材料的应用范围已从最初的尾翼拓展到机翼、前机身、中机身、整流罩等 多个部位。以美军为例，1969 年，F14A 碳纤用量仅有 1%，而以 F-22 和 F35 为代表 的第四代战斗机上用量达到 24%和 36%。，英国的台风战机（EF2000)复合材料用量达 到 40%左右，其中全机表面的 70%采用碳纤复材。而碳纤维在波音等机型中的碳纤维 复合材料在战机的应用与日俱增。
航空航天领域所用碳纤维单价高。从 2020 全球碳纤维需求来看，尽管航空市场（尤以 民航为甚）受疫情冲击严重，需求量下降 20%，但是，由于其所用材料的高价格，它仍 然是收入规模上最大的一个部分。
2030 年航空航天用市场或达 18 亿元。考虑到国产民航飞机的商用进程和交付节奏，短 期内对市场影响较小。航空航天领域用碳纤维在短期内仍主要依赖军用领域拉动，设其 需求随我国军费开支同步稳定增长，给予 10%的年均复合增速，到 2030 年，航空航天 用碳纤维市场规模或达 18 亿元。
行业质变：供给优化遇到需求爆发，替代全面加速
伴随技术突破和需求爆发，碳纤维行业迎来优质发展期。首先，小丝束和大丝束碳纤维 先后实现技术突破，尤其是大丝束碳纤维的低成本优势，使得碳纤维在工业领域规模放 量成为可能；其次，国内风光氢等新能源需求迎来快速增长，企业产能利用率提升，进 一步带来成本下降，因此促进了碳纤维替代应用的全面加速。过去几年头部企业单位成 本下降显著，验证了技术突破和需求旺盛下供给曲线的下移。
日美企业遥遥领先，但国内企业快速追赶。2020 年全球碳纤维总产能约为 17 万吨，其 中仅东丽一家就达到 5 万吨，无论是大丝束市场或是小丝束市场，均被日美企业瓜分。 但近几年我国碳纤维企业有效产能快速扩张，改变了行业长期以来“有产能而无产量” 的现象，进口比例持续下降。2015 年行业产能利用率仅为 15%，2020 年提升至 51%。（报告来源：未来智库）
技术突破叠加规模效应，碳纤维行业供给曲线下移。过去几年头部企业的单位成本下降 显著，进一步验证了技术突破和需求旺盛下供给曲线下移。可以看到，相对于大丝束， 小丝束碳纤维龙头企业成本更早迎来下降，我们判断原因是小丝束碳纤维的进口替代更 为迫切，国内航空航天需求支撑下企业更快迎来成本下降。根据招股说明书：
1）吉林碳谷 2018-2020 年单位成本累计下降 36%；2）中复神鹰 2018-2020 年单位成本累计下降 19%；3）光威复材碳纤维业务 2014-2015 年单位成本累计下降 65%，最近两年业务口径有所 调整，仅公布碳纤维及织物业务的成本结构，其单位成本下降速度放缓；4）中简科技碳纤维业务 2016-2018 年单位成本累计下降 33%，近两年下降速度放缓。
从材料成本来看，丙烯腈单耗迎来下降。碳纤维原丝生产过程中耗用的主要原材料为丙 烯腈及油剂，丙烯腈及油剂成本占总材料成本的 90%左右；由于光威复材和中简科技 的军品占比较高，产品售价更高，故直接材料成本占比较低。吉林碳谷由于毗邻吉林石 化，丙烯腈主要从吉林石化采购，油剂主要来自于日本油脂生产商竹本油脂株式会社和 松本油脂制药株式会社。中复神鹰丙烯腈主要从江苏斯尔邦石化有限公司采购，油剂实现自主研制。对于占比最大的原材料------丙烯腈，吉林碳谷和中复神鹰的单耗是相对领 先于其他企业，吉林碳谷在采购价格上有小幅的优势。
未来碳纤维成本继续下降可以期待。未来从原材料、工艺、能源利用、设备、规模化建 设等多方面入手叠加规模效应提振，碳纤维降本潜力较大。碳纤维生产制备成本主要于 包括 PAN 原丝（购买或制备）、预氧化、碳化（低温碳化、高温碳化）、表面上浆和卷 绕成本，具体成本构成为：原丝（51%）、 预氧化（16% ）、 碳化（23%）、表面处理 （4%）、包装等其余成本 6%。据测算，随生产规模增加，原丝和碳纤维的生产成本均明显下降，主要是大规模直接费用被摊薄，非直接生产控制因素对生产总成本的影响逐 渐减弱。例如，产能 3300t 原丝单位成本为 3.8 万元/吨，较 1100t 产线的单位成本 4.78 万元/吨减少 20%。产能 1500t 碳纤维单位成本为 11.7 万元/吨，较 500t 产线的单位成 本 15.9 万元/吨减少 27%。
3 企业竞争：碳纤维原丝是竞争核心
目前碳纤维行业的有效产能高度集中，主要来自吉林碳谷（及下游企业）、中复神鹰、光 威复材、中简科技等，其中吉林碳谷对应的份额能够占到 50%左右。受益于新能源行业 景气及全球疫情影响海外企业进口，国内碳纤维企业收入迎来高速增长，尤其是率先突 破大丝束规模化生产的吉林碳谷、工业应用起家的中复神鹰、军工并重发展的光威复材。
大部分产能实为无效产能
我国碳纤维产能集中度较高。2020 年国内碳纤维行业理论产能 CR3 为 46%，CR5 为 60%，CR10 为 72%，产能集中于头部企业。但这一数据并不代表有效产能，行业部分 产线生产成本很高或无法连续达产，因此行业产能开工率并不高。
有效产能高度集中，行业竞争格局较优。2020 年国内碳纤维产能约 3.6 万吨，但国内供 应量约 1.85 万吨，如果将吉林碳谷的原丝销量折算为碳纤维销量（假设折算系数 2.1： 1），则国内前四家企业（吉林碳谷、中复神鹰、光威复材、中简科技）销量约 1.6 万吨， CR4 约 86%。考虑到恒神股份还有部分的自产原丝，故行业原丝基本就被以上企业全 部占据。同时头部企业间也有各自的优势细分市场，如中简科技主营军品小丝束，光威 复材军民并重，中复神鹰主营民品小丝束，吉林碳谷主营原丝，行业竞争格局较优。
龙头规模与盈利快速提升
国内新能源需求快速增长，使得国内龙头企业收入显著快于海外。2017-2020 年国内碳 纤维需求量从 2.3 万吨到 4.9 万吨，需求复合增速约 28%，其需求拉动主要是风电叶 片、碳碳复材，2017-2020 年风电叶片、碳碳复材需求复合增速分别为 87%、49%。受 益于国内风电和光伏的景气、及全球疫情影响海外企业进口，国内碳纤维企业收入迎来 高速增长，尤其是率先突破大丝束规模化生产的吉林碳谷。
龙头企业收入增长印证行业需求变化。以中复神鹰和吉林碳谷为例，中复神鹰过去三年 销量复合增速约 17%（产能是其核心瓶颈），其中风电叶片、碳碳复材、压力容器、航 空航天领域销量复合增速分别为 180%、142%、57%、47%，公司适当调整了产品结构， 基本把握了主流的景气方向；吉林碳谷过去三年销量复合增速约 65%（产能基本匹配需 求），其中 24K/25K 产品销量复合增速约 86%，大丝束碳纤维放量源于风电需求旺盛。
毛利率：绑定军品的企业毛利率持续高位，吉林碳谷和中复神鹰毛利率边际改善显著。 光威复材和中简科技绑定军工企业，故毛利率过去几年均保持在高位。中简科技第一大 客户销售额占比很高，而光威复材军品收入占比持续下降，从 2014 年的 65%下降至目 前 50%左右。吉林碳谷和中复神鹰毛利率显著改善，我们判断源于需求改善+成本优化， 其中中复神鹰各个需求领域的产品毛利率均在稳步提升，说明公司生产效率提升显著。
吉林碳谷
吉林碳谷于 2008 年设立，主要产品为碳纤维原丝，可分为 1K、3K、6K、12K/S、24K、 25K 和 48K 等。2017 年之前公司产品主要以小丝束为主，2018 年实现了 24K、25K 产品的规模化生产，2019 年实现了 48K 产品的规模化生产。自 2018 年迎来新发展阶 段，依靠 24/25K 产品在风电领域实现销量快速增长，整体运营出现显著变化，毛利率 从 2018 年的-4%提升至 35%，归属净利率从 2018 年的-37%提升至 13%。
大丝束原丝成为公司核心业务。公司将 24K/25K /48K 产品划分为大丝束，过去三年大 丝束原丝销量占比总原丝销量的比例约 57%、79%、75%。其中，2019-2020 年 25K 收 入约 2.0、3.7 亿元，占比碳纤维原丝收入的 67%、64%。公司下游主要是风电领域， 风电叶片主要使用 24K 及以上的碳纤维，大丝束碳纤维（≥24K）性价比高的优势使其 在风电叶片领域成为大势所趋，尤其是采用大丝束碳纤维拉挤梁片工艺以降低成本。
产能加速投放，奠定碳纤维原纱龙头地位。2020 年公司碳纤维原丝产能为 2.45 万吨， 公司规划新建碳纤维原丝产能 4 万吨（每条 5000 吨，共计 8 条），截至 2020 年末已投 产产能为 2 万吨，尚在建设中产能为 2 万吨。集团规划在“十四五”末形成 20 万吨碳 纤维全产业链，包括吉林碳谷 15 万吨碳纤维原丝、吉林国兴 1.5 万吨大丝束碳纤维、 吉林凯美克 600 吨碳纤维、吉林化纤集团 3.5 万吨大丝束碳纤维、吉林国兴复材 1 万吨 碳纤维及复合材料等 5 个重点规划项目，届时吉林碳谷原丝产能有望达到 20 万吨。
部分企业外购吉林碳谷的原丝生产碳纤维。从吉林碳谷前五大客户来看，精功系列收入 占比约 50%，含吉林精功碳纤维有限公司、浙江宝旌炭材料有限公司（原浙江精功碳纤 维有限公司）、浙江精业新兴材料有限公司、绍兴宝旌复合材料有限公司；宏发系列收入 占比约 15%，其中宏发新材主营玻纤和碳纤维多轴向增强材料，下游为风电叶片企业。 值得注意的是，吉林精功碳纤维作为吉林碳谷的第一大客户，其设备主要采购于浙江精 功科技股份有限公司。
中复神鹰
中复神鹰隶属中建材系，成立于 2006 年，由是由中国复合材料集团有限公司、连云港 鹰游纺机有限责任公司和江苏奥神集团有限责任公司合资组建。
公司不断实现技术突破。2008 年，公司建成千吨级 SYT35（T300 级）碳纤维生产线， 并实现连续生产。2009 年，公司启动国际先进的干喷湿纺碳纤维技术攻关，开始在工 艺上向国际先进水平靠近。仅仅三年后，公司即自主突破了干喷湿纺千吨级 SYT49 （T700 级）碳纤维产业化技术。2015 年，公司突破了百吨级 SYT55（T800 级）碳纤 维产业化技术。2017 年突破了实现干喷湿纺千吨级 SYT55 规模化生产和稳定供应，并 在当年获国家科技进步一等奖。几乎每 2-3 年的时间就能实现新产品的规模化生产道路。
基本实现对标东丽的全牌号覆盖。公司对外销售产品主要为碳纤维，主要产品型号包括 SYT45、SYT45S、SYT49S、SYT55S、SYT65 和 SYM40 等，涵盖了高强型、高强 中模型、高强高模型等类别，在航空航天、风电叶片、体育休闲、压力容器、碳/碳复合 材料、交通建设等领域广泛应用。SYT45S、SYT49、SYT49S 属于 T700 级碳纤维， SYT55S 属于 T800 级碳纤维，SYT65 属于 T1000 级碳纤维。公司产品型号基本实 现了对日本东丽主要碳纤维型号的对标，实现了高强型、高强中模型、高强高模型各类 型碳纤维的品种覆盖，且力学性能上已可追赶上国际先进水平的脚步。
以量取胜，产能利用率远高于行业。公司以民品碳纤维销售为主，虽然销售单价低于以 军品为主的光威复材、中简科技，但根据中国化学纤维工业协会统计，2020 年公司碳 纤维产量排名国内第二位，市场占有率达 7.4%，产能利用率常年保持在 90%以上的高 位，远远超过行业平均水平，这使得公司成为最快实现盈利的工业用碳纤维企业。
西宁基地投产，产能瓶颈缓解，成本同步下降。公司位于连云港的生产基地现有产能规 模 3500 吨/年，目前已满负荷运转，西宁万吨碳纤维项目预计将于今年分批建成陆续 投产，该项目投产后不仅解决公司产能瓶颈，同时有望降低制造成本。根据招股说明书， 公司目前纺丝速度达到 400m/min，单线规模达到 5000 吨/年，但西宁万吨碳纤维项目 的纺丝速度设计能力达到 550 m/min，截至目前西宁基地已建成投产 6000 吨/年产能。
背靠中建材，拥有良好的客户基础。中复神鹰背靠中建材系，下游客户以风电叶片、碳 碳复材、体育休闲为主，且多为行业龙头，如碳碳热场行业龙头金博股份，最大叶片制 造商中材科技等，拥有良好客户基础，拥有核心客户和市场的先发优势。此外，中复神 鹰也正在向材料端向应用端迈进，启动航空航天高性能碳纤维及原丝试验线项目，碳纤 维航空应用研发及制造项目也已落地上海，将为中国大飞机的国产化进程助力。
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精选报告来源：【未来智库】。未来智库 - 官方网站