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碳纖維是國際認可的現代高科技領域的戰(zhàn)略新材料，被譽為“黑色黃金”。碳纖維是一種含碳量在90%以上，具有高強度和高模量的新型纖維材料。

國務院、科技部等部門先后出臺多項碳纖維產業(yè)相關政策，明確高性能碳纖維行業(yè)發(fā)展重點和發(fā)展目標。此外，科技部、財政部等部門通過"973計劃”、"863計劃”、科技支撐計劃、國家重點研發(fā)計劃、國家高技術產業(yè)化示范工程等科技計劃，支撐高性纖維相關的基礎研究、產業(yè)化及工程應用。

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

2019年以來，企業(yè)紛紛宣布擴產計劃，我們預計產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。

撰寫：李俊杰

編輯：張展

01 碳纖維概覽

基礎概況

碳纖維十大新材料之一

碳纖維是國際認可的現代高科技領域的戰(zhàn)略新材料，被譽為“黑色黃金”。碳纖維是一種含碳量在90%以上，具有高強度和高模量的新型纖維材料。

它是由片狀石墨微晶等有機纖維沿纖維軸方向堆砌后，經碳化及石墨化而得到的微晶石墨材料。

碳纖維同時具有柔軟輕質和強度極高的特點；此外，還具有高模量、耐高溫、耐腐蝕等諸多優(yōu)良性質，使其在一眾材料之中脫穎而出，被譽為“新材料之王”。

因此，近年來碳纖維在航空航天、汽車工業(yè)、風電行業(yè)、建筑結構等領域都得到了廣泛的運用。

性能特點

碳纖維性能特點圖

產品比較

碳纖維與其他常見材料性能比較

產品分類

按照原材料不同，碳纖維主要可以分為聚丙烯腈基(PAN-CF)、粘膠基(Rayon-CF)、瀝青基碳纖維(Pitch-CF)等，其中瀝青基碳纖維又可以分為通用級和高性能級。

三類原材料各有其優(yōu)點和不足，因此有著不同的應用方向。但由于PAN基生產工藝相對簡單，產品力學性能優(yōu)異，用途廣泛，占據了碳纖維產量九成以上。而瀝青基、粘膠基的產量規(guī)模相對較小。因此，目前市面上的碳釬維一般指PAN基碳纖維。

按照力學性能(即拉伸強度和拉伸模量)可以將碳纖維分為通用型和高性能型，其中，高性能型又可以細分為高強型、高模量型、超高強型以及超高膜型。業(yè)內通常采用日本東麗(TORAY)公司制定的標準進行分類。

發(fā)展歷程

18世紀中，英國人斯旺和美國人愛迪生利用竹子和纖維素等經過一系列后處理制成了最早的碳纖維，將其用作燈絲并申請了專利。

20世紀50年代，美國開始研究粘膠基碳纖維，1959年生產出品名“Thormei-25”的粘膠基碳纖維。同年日本進藤昭男首先發(fā)明了聚丙烯腈(PAN)基碳纖維。

1962年日本東麗公司開始研制生產碳纖維的優(yōu)質原絲，在1967年成功開發(fā)出T300聚丙烯腈基碳纖維。1966年，英國皇家航空研究所的Watt等人改進技術，開創(chuàng)了生產高強度、高模量PAN基碳纖維的新途徑。

1969年，日本東麗公司成功研究出用特殊單體共聚而成的聚丙烯腈制備碳纖維的原絲，結合美國聯合碳化物公司的碳化技術，生產出高強高模碳纖維。

國內：2005年共有10家企業(yè)，占世界總產能的1%，2008年開始，在建低端產能過剩，2016年到2020年，十三五期間，需求增速一直維持在兩位數以上。

東麗2021年碳纖維產品已推出了三十余款型號，覆蓋領域已從航空航天延伸至了交通軌道、海洋、壓力容器、醫(yī)療、土木、電子電力等領域。

應用領域

應用方向：小絲束碳纖維通常運用于航天軍工等高科技領域和高爾夫球桿、網球拍等體育休閑領域。

大絲束碳纖維則在以風電葉片為代表的能源領域、交通建設、碳碳復材等領域得到廣泛運用。

由于性能和生產技術的差異，小絲束碳纖維價格通常高于大絲束碳纖維價格，這也導致不同應用領域的碳纖維價格存在差異。

以中復神鷹公司的產品為例，由于航空航天和體育休閑領域使用小絲束碳纖維，相比于其他使用大絲束碳纖維的領域(如風電葉片、交通建設等)，其對應的碳纖維產品價格更高。

各下游應用碳纖維單噸價格對比(元/公斤)

02 產業(yè)鏈綜述

產業(yè)鏈

完整的碳纖維產業(yè)鏈包含從一次能源到終端應用的完整制造過程。

上 游

碳纖維產業(yè)鏈上游主要以石油化工行業(yè)為主，通過原油煉制、裂解、氨氧化等工序獲得丙烯腈：碳纖維企業(yè)通過對以丙烯腈為主的原材料進行聚合反應生成聚丙烯腈，再以其紡絲獲得聚丙烯腈原絲，對原絲進行預氧化、碳化等工藝制得碳纖維。

以最常見的聚丙烯腈基碳纖維為例，其制備過程主要分為兩個環(huán)節(jié)：原絲環(huán)節(jié)和碳絲環(huán)節(jié)。

在原絲環(huán)節(jié)中，原油經過精煉、裂解等工藝得到丙烯，再通過氨氣氧化得到丙烯腈，丙烯腈經過聚合、紡絲之后得到碳纖維原絲。這一階段的技術壁壘和工藝差別主要集中在紡絲環(huán)節(jié)，即濕法紡絲和干噴濕法紡絲的工藝。

在碳絲環(huán)節(jié)中，原絲經過預氧化、低溫和高溫碳化、表面處理得到聚丙烯腈基碳纖維，再經收絲、包裝即可得到碳纖維成品。第二階段最關鍵的則是預氧化爐和碳化爐。

中 游

中游：工藝設備及規(guī)模是其成本控制的核心

碳纖維產品制備環(huán)節(jié)，按照生產流程來看，根據產業(yè)信息網數據，原絲制備環(huán)節(jié)成本占比最高，達到51%，其次是碳化，成本占比約為23%。按照成本要素來看，原材料及燃料成本占比均達到了30%。

碳纖維復合材料制備環(huán)節(jié)，不同階段產品價格大幅增值，同一品種原絲的售價約40元/公斤，碳纖維約180元/公斤，預浸料約600元/公斤，民用復合材料約在1000元以下/公斤，汽車復合材料約3000元/公斤，航空復合材料約8000元/公斤，每一級的深加工都有大幅度的增值。

從國內上市公司報表角度，原絲端以主營碳纖維原絲的吉林碳谷為例。吉林碳谷在招股書中指出公司主要產品碳纖維原絲生產過程中直接材料占比最大，材料中以丙烯腈及油劑為主，丙烯腈及油劑成本占總材料成本的90%左右。

制造費用方面，根據中復神鷹招股說明書披露，制造費用高主因在于碳纖維生產所需設備價值較高，折舊金額較大，一般通過工藝改進、規(guī)模效應來盡可能降低成本。對于規(guī)模效應而言，生產1kg碳纖維需要消耗2.2kgPAN原絲，即生產500t碳纖維需配備1100tPAN原絲生產能力。

在碳纖維生產制備過程中，即使規(guī)模很小，其輔助工程、生產裝備也必須齊全，因而規(guī)模效益在碳纖維生產制備過程中顯得異常突出。

工藝設備方面，工藝沒有絕對的優(yōu)劣之分，吃透工藝原理、設備才能掌控定價主動權。碳纖維原絲制備及碳纖維制備方法多種多樣，每一種工藝均存在優(yōu)劣勢，如何合理的規(guī)避工藝、設備的缺點成為關鍵。

以近期上市的中復神鷹為例，工藝方面，招股書披露，公司“干噴濕紡千噸級高強/百噸級中模碳纖維產業(yè)化關鍵技術及應用”成果榮獲2017年度國家科學技術進步一等獎，為國內碳纖維領域唯一獲得該項殊榮的企業(yè)，奠定了公司在國內碳纖維領域的技術領先地位。

下 游

下游：從結構來看，碳纖維下游應用多元，風電行業(yè)為主要增量

碳纖維很少直接應用，大多是經過深加工制成中間產物或復合材料使用。碳纖維以其質輕、高強度、高模量、耐高低溫和耐腐蝕等特點最早應用于航天及國防領域，如大型飛機、軍用飛機、無人機及導彈、火箭、人造衛(wèi)星和雷達罩等，且航空航天領域用碳纖維的性能等級相對而言是最高的。

近些年，隨著風電行業(yè)的迅猛發(fā)展，大葉風電葉片對碳纖維的需求激增，形成了航空航天驅動與風電用驅動的雙引擎驅動模式。

碳纖維復合材料在航空領域的應用大致可分為1、應用在受力不大或非承力構件階段(如舵面、口蓋等)；2、應用在次承力或承力較大構件階段(如機翼等)；3、應用在主承力構件或復雜受力構件階段(如機身、中央翼盒)等；

碳纖維下游應用分散多元，包括風電葉片、體育休閑、航空航天等領域，但不論從全球范圍還是單就國內市場而言，風電葉片和體育休閑都占據了主要地位。

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。

近年來，風力發(fā)電機功率日益增大的需求促使風機葉片日益大型化、輕質化發(fā)展；傳統(tǒng)葉片材料玻璃纖維無法滿足這一需求，而碳纖維因其強高質輕的優(yōu)點逐漸取代玻璃纖維，成為風機葉片的主要材料。

2020年，全球碳纖維市場中風電葉片占比約為29%，同比增長20%；而國內市場份額則約為40.9%，同比增長45%。由此可見，風電葉片不僅是碳纖維產業(yè)最主要的下游應用，更是國內碳纖維廠商的發(fā)展機遇所在。

03 行業(yè)分析

國家政策

國務院、科技部等部門先后出臺多項碳纖維產業(yè)相關政策，明確高性能碳纖維行業(yè)發(fā)展重點和發(fā)展目標。

此外，科技部、財政部等部門通過"973計劃”、"863計劃”、科技支撐計劃、國家重點研發(fā)計劃、國家高技術產業(yè)化示范工程等科技計劃，支撐高性纖維相關的基礎研究、產業(yè)化及工程應用。

我國近年促進碳纖維行業(yè)發(fā)展的相關政策

市場結構

2021年，我國碳纖維需求為6.24萬噸，較2020年增長27.7%，遠超同期全球市場10.4%的增幅。

一方面因為全球風電葉片對碳纖維需求大幅增長，國際風電葉片代工由歐洲轉向國內，帶來國內該領域的碳纖維需求激增；另一方面，國內民航領域的需求占比遠小于全球民航領域需求占比，因此受疫情負面影響相對較小。

從碳纖維供應來看，日本和韓國仍為我國主要碳纖維進口地區(qū)。2021年，我國從日本、中國臺灣、美國、墨西哥等地區(qū)的碳纖維進口量均有不同程度的降低，尤其日本與韓國，進口量占比從2020年的15%降至11%。

除了日本對中國碳纖維出口管制的原因，碳纖維國產化步伐的加快也是關鍵的因素。由于國內進口小絲束主要供應商為日本東麗和韓國曉星，2020年8月日本開始限制出口，韓國進口量增長較大，占比從2020年的5%增長至8.5%。

我國軍機單機重量和碳纖維復合材料含量同步提升，放量后將產生乘數效應。據《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，未來將產生乘數效應支撐碳纖維需求增長。

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容量為23.8GW，占全球比重44%，累計并網容量達到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。

市場規(guī)模

2019年全球碳纖維需求首次突破10萬噸。據《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，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，核心技術將不斷突破，當絕大部分核心技術被掌握后，下一個10萬噸需求增長的用時間將急劇縮短，據《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。

從需求情況來看，2020年，國內風電葉片碳纖維需求約20000噸，約占總需求的40.9%，為第一大需求板塊。

從國內外對比來看，國內市場增長明顯高于國際增長。2017-2020年中國僅風電葉片碳纖維用量分別為0.3、0.8、1.4、2.0萬噸，四年間的復合增長率為88%。同時，國內風電碳纖維需求占全球需求量比例由15%提升至65%，證明了國內市場增速顯著高于國際市場。

風電：2025年全球風電領域碳纖維復材市場空間約140億元規(guī)模

由于輕質和高強度的特點，碳纖維復合材料是目前滿足風電葉片性能要求的最佳選擇之一。傳統(tǒng)風電葉片廣泛采用的玻璃纖維復合材料，其抗拉強度為1000～2000MPa，密度在2.5g/cm3左右，性能已經趨于極限。相對之下，碳纖維復合材料抗拉強度高達3000～5000MPa,密度僅有1.6g/cm3。除了輕質和高強度外，碳纖維復材還具有高彈性模量、耐高低溫、耐腐蝕、耐疲勞等優(yōu)異特性。

此外，通過采用氣動效率更高的薄翼型和增加葉片長度，能提高風能利用率和年發(fā)電量，從而降低綜合使用成本。尤其是近年來碳纖維行業(yè)采用大絲束碳纖維拉擠梁片工藝以降低成本，大絲束碳纖維及其復合材料價格下降，使得碳纖維在風電葉片領域用量急劇增加。

碳纖維復合材料較多應用在風電葉片的關鍵部位，如主梁帽、蒙皮表面、葉片根部等。由于碳纖維價格比較高，考慮到葉片的制造成本，碳纖維只應用到葉片的一些關鍵部位。其中，主梁帽是風電葉片主承力結構的重要組成，將碳纖維應用于此可以最大限度的發(fā)揮其高剛性的特點，最大限度地減重而不過多地增加成本；蒙皮表面整體使用碳纖維，可以降低作用在內支撐梁上的受力和扭矩；碳纖維應用于葉片根部時，不僅可以提高根部材料的斷裂強度和承載強度，使施加在螺栓上的動態(tài)載荷減少，還可以增加根部法蘭處的螺栓數量，從而增加葉片和輪轂連接處的靜態(tài)強度和疲勞強度。目前24K及以上的碳纖維已經部分應用于葉片梁帽、葉根、蒙皮全表面，未來碳纖維及其復合材料在風電葉片領域必將廣泛使用。

2025年，全球風電行業(yè)碳纖維復材市場空間預計約140億元規(guī)模。全球迫切降低碳排放量前提下，風能將成為全球最大清潔能源之一。疊加風機葉片大型化、輕量化的趨勢，全球風電行業(yè)碳纖維市場空間仍將保持較快增長。目前碳纖維復材在風電行業(yè)使用滲透率約在25%，隨著滲透率的逐步提升，疊加全球風電裝機量高速增長。到2025年，預計全球風電行業(yè)碳纖維復材市場空間預計將達20.7億美元，對應約140億人民幣市場規(guī)模。

軍機迭代將新增8210噸碳纖維需求，市場規(guī)模達到328億元。

我國軍機總數僅為美國四分之一，高端戰(zhàn)機占比不足，軍機迭代迫在眉睫。據《WorldAirforces2020》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。

我國軍機單機重量和碳纖維復合材料含量同步提升，放量后將產生乘數效應。據《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，未來將產生乘數效應支撐碳纖維需求增長。

04 相關公司

國際市場

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

日本是全球最大的碳纖維生產國，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技術，產品的質與量均處于世界領先地位，而美國是繼日本之后掌握碳纖維生產技術的少數國家之一，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。

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

國內市場

國內企業(yè)主要通過擴充產能提升規(guī)模效應以應對激烈的競爭

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

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年以來，企業(yè)紛紛宣布擴產計劃，我們預計產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。

風險揭示

政策變動風險

碳纖維制造行業(yè)屬于新材料領域，對國家相關戰(zhàn)略產業(yè)的發(fā)展具有重要支撐作用。近年來，國家不斷出臺產業(yè)政策、技術扶持政策，對該行業(yè)的發(fā)展起到了積極的引導作用。但不排除未來國家產業(yè)政策發(fā)生重大不利變化，而對碳纖維行業(yè)的市場空間及發(fā)展前景帶來嚴重影響的風險。此外，碳纖維生產經營活動會帶來大量廢棄物，包括廢氣和廢渣。不排除國家可能采用更嚴格的環(huán)境標準，從而導致碳纖維生產企業(yè)在環(huán)境方面產生額外支出的風險。

原材料和能源價格大幅波動風險

碳纖維生產的主要原材料和能源包括丙烯腈、天然氣、電力、蒸汽等。丙烯腈為石油化工產品，市場價格受國際石油價格波動影響較大。因此不排除原材料和能源價格大幅上述，從而導致碳纖維行業(yè)成本增加的風險。以中復神鷹公司為例，該公司2018-2021年間丙烯腈采購單價大幅波動，分別為1.37萬元/噸、1.06萬元/噸、0.77萬元/噸、1.28萬元/噸，對其主營業(yè)務利潤產生重大影響。

關鍵原材料及設備進口受限風險

目前國內企業(yè)的原材料(原油等)和主要設備(預氧化爐、碳化爐等)的供應仍在一定程度上依靠進口。一方面，在當下新冠疫情和國際關系日益嚴峻的背景下，不能排除一些重大突發(fā)事件可能造成的原材料和主要設備供應的中斷，從而對國內碳纖維行業(yè)生產帶來的重大風險。另一方面，一般而言，國內企業(yè)收入以人民幣計價，而采購國外原材料及設備則以外幣計價。不排除未來人民幣可能貶值而來帶的成本增加風險。

下游需求項目進展不及預期風險

國內碳纖維行業(yè)下游應用主要包括風電葉片、航天航空和體育休閑。在疫情背景下，航空領域、風電領域難免遭受沖擊，帶來碳纖維需求下降風險。