國內碳纖維新材料真正龍頭（碳纖維行業深度報告）

2023-08-03 01:23:54

（報告出品方/作者：東北證券，濮陽、陶昕媛）

碳纖維是以經過特殊處理的高質量聚丙烯腈(PAN)為原料。PAN 基碳纖維擁有 1000 至 48000 條碳絲，每條碳絲直徑為 5-7μm，都是微晶石墨結構。碳纖維通常與樹脂 一起固化成複合材料。由聚丙烯腈纖維原絲製得的高性能碳纖維，其生產工藝較 其他方法簡單，產量約佔全球碳纖維總產量的90%以上，其生產過程一般可分為聚 合、紡絲和碳化等部分。

碳纖維除了具有一般碳素材料耐高溫，耐磨擦，導電，導熱及耐腐蝕等特性，還 可以表現出穩定的化學性能以及物理性能。在化學性能方面，碳纖維可加工成各 種織物，在要求高溫、化學穩定性高的場合，碳纖維複合材料具有不可替代的優 勢；在物理性能方面，其具有很強的抗拉力和纖維柔軟可加工性，因此很多材料 都是應用了它的物理性質進行應用的。碳纖維由於具備以上良好屬性，可以稱為 新材料之王。

按照原材料種類，碳纖維可分為 PAN 基碳纖維、瀝青基碳纖維和粘膠基碳纖維。 其中，PAN 基碳纖維由於生產工藝相對簡單，產品力學性能優異，用途廣泛，自 20 世紀 60 年代問世以來，迅速佔據主流地位，佔碳纖維總量的 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。

按照每束碳纖維中單絲根數，碳纖維可以分為小絲束和大絲束兩大類別。早期小 絲束碳纖維以 1K、3K、6K 為主，逐漸發展出 12K 和 24K。小絲束碳纖維性能優 異但價格較高，一般用於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，主要下遊產品包括飛機、飛彈、火箭、衛星和釣魚杆、高爾夫球 杆、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製備成本亦較低，因此往往運用於基礎工業領域，包括 土木建築、交通運輸和能源等。隨著目前碳纖維製作工藝的提升及產品價格的下 降，小絲束在工業領域的運用已逐步拓寬。 按照力學性能，碳纖維可以分為通用型和高性能型。通用型碳纖維強度為 1000MPa、模量為 100GPa 左右。高性能型碳纖維又分為高強型（強度 2000MPa、 模量 250GPa）和高模型（模量 300GPa 以上）。強度大於 4000MPa 的又稱為超高 強型；模量大於 450GPa 的稱為超高模型。

紡絲、碳化、複合三段工藝，原絲製作為技術核心。原絲製備是碳纖維製備中技 術壁壘最高的環節，直接決定碳纖維產品的質量和成本。原絲製備包括聚合和紡 絲兩個環節，聚合是將丙烯腈單體聚合成紡絲液，紡絲決定了原絲的性能。丙烯 腈聚合按工藝不同可分為一步法和二步法，一步法的聚合轉化率高，工藝流程短，是小絲束主要採用的工藝，二步法適合生產大絲束。得到原絲後，將卷繞好的聚 丙烯腈原絲進行退絲，預氧化，轉化為耐熱梯形結構的預氧絲（PANOF），再經 低溫和高溫碳化轉化為具有亂層石墨結構的碳纖維（CF），上漿，經烘乾得到碳 纖維產品。

2.1. 全球碳纖維規模穩步增長，下遊應用廣泛

2.1.1. 全球碳纖維規模穩步增長 ，產能首超美國

2016 至 2019 年，全球碳纖維市場規模持續增長，2020 年全球碳纖維市場規模有所 下降，主要源於碳纖維價值量佔比較高的航空航天領域受到新冠疫情影響，航空 復材領域需求大幅度降低，2021 年回升至 34.01 億美元，同比增長 30.06%。

在產能方面，2021 年，中國大陸地區首次超過美國，成為全球最大產能國，運行 產能佔比達 30.5%；美國以 23.5%的運行產能排在第二；日本第三，佔比 12%。

碳纖維是目前世界上所有高性能纖維中比強度和比模量最高的纖維。據統計， 2015-2021 年，全球碳纖維需求量穩中有升，從 5.3 萬噸增長至 11.8 萬噸，期間年 均複合增長率為 14.27%。

從國際碳纖維需求區域的總體分布情況來看，近年來世界碳纖維需求最多的地區 為北美，該地區需求量約佔全球總需求量的 35.69%；其次是歐洲，需求量約佔 26.64%；日本和亞洲其他國家分別佔 19.74%和 17.93%。

2.1.2. 國際碳纖維下遊應用領域前景可觀

全球風電葉片對碳纖維需求量最大，航空航天用碳纖維市場規模第一。碳纖維下 遊應用領域廣闊，主要有風電葉片、航天航空、體育休閒等領域。 航空航天需求略有下降，預計未來平穩復甦。2021 年全球航空航天領域中，商用 飛機對碳纖維的需求量最大，為 5800 噸，佔比為 35.3%，其次是無人機以及軍用 飛機。受疫情影響，全球民用航空市場萎縮，對航空航天領域用碳纖維的需求端 造成不利影響。根據國際航空運輸協會（IATA）,全球航空客運量有望在 2023 年恢 復至疫情前水平，預計 2024 年以後將迎來明顯恢復。基於疫情恢復的節奏以及航 空航天認證周期較長本身提滲透率難度較大，因此航空航天需求復甦以平穩為主。

風電市場發展迅速，未來需求前景可觀。風力作為一種清潔能源，先於光伏發電 受到全球各國的青睞，近十幾年以來經歷了全球化的高速增長。當前，隨著風力 發電機率增大，特別是在海上風機的需求刺激下，全球風機大型化的趨勢日益明 顯。根據全球風能理事會預測，未來五年全球風電新增裝機將超過 300GW。其中， 隨著全球化的推進，海上風電正進入加速發展階段，預計在未來五年會有 40GW的 新增裝機。風力發電行業及風電葉片用碳纖維的需求前景可觀。

體育休閒領域需求略有下滑，預計未來回歸正常水平。2021 年全球體育休閒領域 碳纖維需求 1.85 萬噸，其中釣魚竿對碳纖維需求量最高，佔比 35.14%，其次是高 爾夫和自行車，分別佔比 22.16%和 19.46%。運動健康理念的普及，以及人均消費 能力的提升，將驅動體育休閒市場長期平穩增長。得益於歐洲體育產品特別是自 行車補貼政策的推動，以及其他體育用品製造國的生產能力原因，2021 年我國體 育休閒領域碳纖維的需求火爆。2022 年，隨著需求增長逐漸回歸正常，上半年的 體育休閒領域碳纖維需求有所下降，且下半年有繼續下滑的態勢，但整體用量預 計將回歸到 2020 年水平或略有下滑。

2.1.3. 全球碳纖維未來發展態勢

碳纖維下遊應用領域廣闊，近年來市場需求保持穩定增長。2020 年全球碳纖維需求繼續突破 10 萬噸級，達到 10.69 萬噸，預計 2025 年碳纖維市場需求 量將達到 20 萬噸，年複合增速超過 10%。航空航天、體育休閒等傳統領域的需求穩步發展同 時，風電葉片、壓力容器、碳/碳複合材料等新興領域成為驅動市場的重要引擎。 從國內市場來看，2020 年，國內碳纖維需求達 4.88 萬噸，同比增長達 29%，高於 全球平均水平，且進口產品依存度較高，主要源自日本、美國等國家的碳纖維龍 頭企業。未來隨著航空航天、風電葉片、碳/碳複合材料等。新興產業的需求帶動， 預計 2025 年國內碳纖維總需求將接近 14.95 萬噸，國產碳纖維的市場佔比也將逐 漸提高。

2.2. 國內需求強勢增長，未來增量可期

需求高增速態勢維持，應用方向廣泛發展。中國碳纖維需求量自 16 年起進入快速 增長階段，2016-2021 年複合增長率約 26.06%，佔全球碳纖維需求比重逐年提升。 國內碳纖維以風電葉片，體育休閒為主要下遊應用方向，21 年需求佔比分別為 36.1%，28.1%。碳纖維下遊應用領域廣泛，碳碳復材，航空航天，壓力容器領域 需求量等均有快速增長。

國產自用佔比提升顯著，海外進口多點分散。需求來源方面國產碳纖維市場份額 不斷攀升，2019-2021 國產需求佔比分別為 31.7%，38%，46.9%，市場份額增速顯 著，但同時需求端進口依存度仍存在。21 年進口需求略超 50%，日本，中國臺灣 進口佔比超 10%，美國，韓國市場份額超 5%，呈現海外多地區進口的態勢。其中 從日本，韓國進口以小絲束為主，歐洲及北美地區以大絲束為主。

2.2.1. 風電需求持續增長，成本降低成為核心關鍵

新能源政策利好頻頻，風電領域裝機步入平價年後仍有十足動力。近年我國雙碳 計劃相關政策頻繁出臺，強調風電領域發展在雙碳計劃實施中的重要性。在「十 四五」規劃指出應保證每年新增裝機量 5000 萬千瓦以上，到 2030 年總裝機容量至 少達到 8 億千瓦，2060 年達到 30 億千瓦。

我國近年來風力發電裝機容量隨著風力發電補貼的深入高速增長。2021 年是風電 退補的第一年，裝機增量略有放緩後但依然超預期，2020/2021 年風電新增裝機量 分別為 7167/4757 萬千瓦。預計後續隨著我國機械製造水平不斷提升，電價體系不 斷優化風電裝機仍將持續製造驚喜。

碳纖維作為優質的輕量化材料，在風電葉片中有廣泛應用。大絲束碳纖維增強的 複合材料與玻璃纖維材料相比有著密度較小，耐腐蝕，強度高等優勢，主要用於 主梁帽，葉片根部及蒙皮等部位，可有效提升葉片剛度及疲勞強度。對某國產風 電葉片對檢測顯示：採用纖維灌注工藝的玻璃纖維 0°拉伸與壓縮模量分別為 54GPa、52GPa;碳纖維則為 120GPa、115GPa，強度提升近 1 倍，可有效提高風電 葉片使用年限。碳纖維的輕量優勢在葉片製備中得到體現，採用高模玻璃纖維灌 注主梁的重量為 3.6 噸而採用碳纖維拉擠主梁的重量僅為 1.4 噸，整支葉片重量從 13.5 噸降低至 11.8 噸，減重比例達 12.59%，有望降低後續發電成本。

成本 上網電價制約使得碳纖維在風電領域的應用有一定局限。碳纖維雖在性能上 具有顯著優勢，但其在風電領域的應用受到高成本的制約，尤其是在目前上網電 價走低的大背景下風電葉片碳纖維滲透率不確定性進一步增加。小型發電機組 （葉片長度小於 100m）採用玻纖材料更具性價比，而大型風電機組（葉片長度大 於 100m）使用碳纖維可在保持葉片強度大前提下減輕重量約 20%，但成本上升約 80%。目前我國風電處於高速發展階段，總裝機量以小型機組為主碳纖維應用較少， 2020 年陸上風電主流機型單機容量 2.0MW-2.9MW (最大為 5MW); 海上風電主流機 型單機容量達 5.0MW (最大為 10MW)， 21 年風電葉片碳纖維滲透率約 4.7%。

風電整機價格走低，成本向上傳導。自 2020 年底開始，風電整機領域出現「降價 潮」。目前，陸上風機的價格最低報價已降至 2050 元/千瓦左右，海上風機價格跌 破 4000 元/千瓦，其價格相比搶裝時的歷史高點均已「腰斬」。在這樣背景下，產 業降本壓力勢必沿著產業鏈傳導至上遊葉片環節。

葉片大型化、海風快速發展，為碳纖維替代傳統玻纖提供應用市場。我國目前風 機大型化趨勢愈發明顯。2021 年，中國新增裝機的風電機組平均單機容量為 3514 千瓦，同比增長 31.7%，其中，陸上風電機組平均單機容量同比增長 20.7%，海上 風電機組同比增長 13.9%。海上風電機組單機容較陸上更大，所需葉片長度也更長， 碳纖維複合材料優勢得到凸顯。隨著我國風電建設能力的提升，海風發展近年來 步入快車道，碳纖維在我國風電葉片領域的應用有望實現較大增量。

海風新增裝機佔比維持高位，助力近年風電葉片碳纖維需求增長。2020/2021 年我 國風電葉片碳纖維需求量分別為 20000/22500 噸，21 年同比增長 12.5%，風電葉片 需求佔總需求份額同比下降 4.8pct 至 36.1%。2020 年底我國海上風電累計裝機達到 1087 萬千瓦，佔風電裝機總量 3.86%，未來有望進一步提升裝機比例帶動碳纖維需 求走高。

外部限制因素逐步淡化，技術提升 成本降低助力碳纖在風電中的應用拓展。我國 風電領域碳纖維成型方法有預浸料工藝、灌注工藝和拉擠工藝三種。其中拉擠法 將拉擠碳板用到了風電葉片並降低了對於碳纖原料的要求，在生產較長尤其是百 米以上尺寸葉片時具有工藝簡化降低成本，成品質量穩定的優勢，適合進行大批 量生產。此前拉擠工藝預製條帶的設計專利為維斯塔斯公司（Vestas）所有，使得 國內企業在生產成本上處於劣勢，制約了中國碳纖維葉片的發展空間。22 年 7 月 19 日該專利 20 年保護期限到期後拉擠工藝將不再有專利限制，有望助力我國葉片 企業在技術層面上進行成本優化，進一步提升碳纖維在風電領域滲透率。

已有眾多企業開始使用碳纖維葉片，專利到期後市場需求提升在即。由於碳纖維 葉片具備多方位優勢，目前全球已經有眾多企業開始在應用碳纖維葉片，包括 Gamesa、LM、Nordex、中材科技等。根據《2020 全球碳纖維複合材料市場報告》， 2020 年全球風電葉片碳纖維用量約 3.1 萬噸，維斯塔斯佔有的市場份額超過 80%。 後續隨著維斯塔斯專利到期，應用碳纖維的企業數量將進一步增加，碳纖維市場 需求將進一步提升。

2.2.2. 體育休閒全球集中度維持高位，需求增量明顯

碳纖維替代進程順利，高端產品需求增加。碳纖維在體育器材領域的應用已經過 半世紀的發展，憑藉其輕量，高剛度的優勢已成為高端器材的最優選擇，滲透率 不斷提高。碳纖維具體在高爾夫，自行車，球拍，釣魚竿等領域有著集中應用， 其中釣魚竿碳纖維替代時間進程較短在 21 年引來高增量，同比碳纖維需求增長 85%，未來需求值得期待。

代工效應集中，需求放眼世界。中國體育休閒類碳纖維產品的生產以代工形式為 主，即從海外進口大絲束碳纖維進行加工後銷往海外的經營模式。近年產業集中 效應維持高位，2021 年全球超 90%體育休閒領域碳纖維需求量集中在中國，在海 外疫情影響削弱的大背景下需求有望形成新增量。

海外疫情影響減弱，2022 年體育休閒領域需求有望突破 2 萬噸。2020 年受全球疫 情肆虐影響，戶外體育運動受限導致全球範圍體育休閒器材需求增量放緩。2021 年伴隨海外疫情管控措施放寬，疫情影響進一步減弱，帶動全球範圍體育器材需 求量上升。我國 2021 年碳纖維需求量 17500 噸，同比增長約 20%，過去五年覆核 增長率接近 10%，由於疫情的逐步放鬆，且民品碳纖維產能釋放價格下降，預計 2022 年我國體育休閒領域碳纖維需求量增速為 15%達到 20125 噸，繼續衝擊需求 新高點。

2.2.3. 航空航天需求穩增，國產大飛機 C919 投產拉動需求

國家層面高度重視，助力航空航天持續高速發展。據《2021 中國的航天》白皮書， 中國始終把發展航天事業作為國家整體發展戰略的重要組成部分。民航局於「十 四五」期間陸續出臺相關政策規劃引導行業健康有序發展，以追求高質量、可靠 性為堅定目標。

碳纖維性能優勢明顯，替代進程步入快車道。小絲束碳纖維在航空航天端的替代 使用具有天然優勢，作為新型複合材料對比鋁合金等傳統材料有密度低，硬度高， 耐腐蝕，性質穩定等優勢。碳纖維複合材料較強的耐蠕變性能和耐高溫性能有利 於在太空中維持形狀，使其得以廣泛應用於航天領域，用以製備載人太空飛行器及繞 地衛星。碳纖維輕量優勢在民用飛機製備過程中得到體現，飛機整體減重可有效 降低成本，飛機減重 300 千克每年可增加 1000 萬美元淨收益，運營成本優勢進一 步推動碳纖維替代進程。 全球航空需求回落，把握機遇迎頭趕上。伴隨疫情對航空業的嚴重影響，20 年全 球航空航天碳纖維用量回落明顯，同比下降約 30%，低於 2016 年需求量，21 年與 20 年需求保持低位未有明顯增量。與此同時我國航天航空領域碳纖維用量繼續增 長，21 年同比增長 17.65%，2016-2021 複合增長率達 37.97%，雖佔全球需求總量 比重仍較低，但碳纖維替代發展趨勢持續向好。我國在戰機及民用飛機含碳量與 海外成熟機型仍有20%左右的差距，伴隨技術進步碳纖維替代用量有望進一步提升。

2.2.4. 多項應用領域綜合發力，助力碳纖維需求再上高點

光伏產業迅速發展，熱場替代進程順利。近年我國光伏產業迅速發展，據國家能 源局數據，2020/2021 年我國光伏新裝機容量分別為 4820/5493 萬千瓦時，2019- 2021 複合增長率 22.38%。碳碳復材在光伏熱場製備領域具有較強替代優勢，與傳 統材料等靜壓石墨相比，優勢集中體現在製備大尺寸熱場原材料損耗減少，熱性 能更優秀等方面。替代成本較低有力推動了碳纖維在光伏熱場中的滲透進程，碳 碳復材需求全球佔比同步提升。

氫氣產量增加，儲氫瓶迎來快速增長階段。近年我國氫氣產量逐年上升，2016- 2021 複合增長率約 14.57%，帶動儲氫瓶行業快速發展。得益於密度小，力學性質 穩定的特點，小絲束碳纖維廣泛應用於儲氫瓶的製備，用於改善內襯的受壓狀態， 降低內襯層的應力，從而提高纏繞纖維的利用效率，提高壓力容器的抗疲勞性能。 21 年全國壓力容器碳纖維需求量同比增長 50%，佔全球需求比重逐年提升發展步 入快車道。

供給創造需求——需求增速有望持續高增。航天、碳碳熱場、壓力設備相關領域 的碳纖維需求處於高速增長期，同時碳陶剎車盤等領域需求也在快速釋放，但是 由於以上領域佔比相對較小，我們給予整體增速假設，預計除風電、體育領域 2022 年需求整體增長率為 35%，達到 30240 噸。故 2022 年我國碳纖維需求量為 77494噸，與 2021年同比增長 24.2%。且預計我國碳纖維需求增速有望持續保持高 位。

3.1. 碳纖維產能擴張，中國貢獻主要增量

3.1.1. 全球產能高增，區域分布失衡

追本溯源，工藝研發突破產能從無到有。自 1860 年斯旺製作碳絲燈泡打開碳纖維 的大門，經過一個多世紀的發展，碳纖維行業一路高歌猛進。1950 年，美國 Wright--Patterson 空軍基地開始研製粘膠基碳纖維，初代碳纖維工藝基本確立； 1959 年，日本大阪工業試驗所發明了用聚丙烯腈纖維製造碳纖維的新方法(PAN 基 碳纖維)，對傳統粘膠基碳纖維發起挑戰；1963 年，英國航空研究所在預氧化過程 中施加張力，打通了製造高導熱 PAN 基碳纖維的技術路線，奠定了現代生產 PAN 基碳纖維的工藝基礎；1970 年，日本吳羽化學工業公司生產的通用級瀝青基碳纖 維上市，三大不同原絲類碳纖維均已落地實現生產，現代碳纖維雛形基本形成。

精耕細作，技術變革實現產能高速增長。近半個世紀以來，碳纖維技術更新迭代 加快，老牌碳纖維名企不斷更新工藝、提高產量；同時全球各國湧現出更多的新 興企業投身於碳纖維事業，不斷向著具有高模量、高強度、高導熱、耐腐蝕等特 點的產品進發，並應用至各個領域。時至今日，碳纖維行業發展欣欣向榮。2021 年全球碳纖維行業有效產能 20.76萬噸，同比 2020年 17.17萬噸上升 20.91%，相比 2015 年 11.75 萬噸上升 76.68%。近年來，全球碳纖維產能快速擴張、企業高速發 展，碳纖維行業充滿活力。

三足鼎立，全球產能分布嚴重不均。受碳纖維行業發展歷史與技術沿革創新的問 題，目前全球範圍內碳纖維產能分布嚴重失衡。2021 年全球前三大碳纖維產能國 分別中國、美國、日本，合計運行產能達到 13.71 萬噸，佔全球運行產能的 66.04%， 幾乎壟斷全球碳纖維接近三分之二的供應。全球剩餘產能零星散落在匈牙利、墨 西哥、法國、韓國等世界各地，佔比均為 5%左右。在碳纖維生產企業中，全球前 五大碳纖維生產企業均來自中美日。其中，日本東麗為全球碳纖維產能龍頭公司， 2021 年運行產能達 5.75 萬噸。產能分布不均衡的局面已持續多年，在技術等硬性 要求下短期內難以發生較大改變。

3.1.2. 中國快速放量，產能利用率仍需提升

產能產量實現雙增。中國碳纖維行業發展起步於 1962 年，與日本等碳纖維大國起 步時間相差無幾。但由於技術研發等重重阻礙，中國碳纖維生產長時間沒有實質 性進展。2010 年之後，新資本與企業湧入，行業加速出清，碳纖維企業數量由 40 多家銳減至 10 家左右。在淘汰戰中存活下來的優質企業迎來發展春天，輔以政策 支持與技術驅動，中國碳纖維行業迅速崛起。2021 年中國碳纖維產能為 6.34 萬噸， 去除折算產能 1 萬噸，仍有 5.34 萬噸紮實產能。相較 2020 年 3.62 萬噸運行產能， 同比增長 47.72%。產量方面，根據賽奧碳纖維，2021 年中國碳纖維產量達到 2.43 萬噸，較 2017 年 0.74 萬噸有顯著增長，年複合增長率達到 26.85%。

產能利用率仍有待提高。高產能、低產量的背後，部分是由於一些產線於 2021 下 半年建成，計入產能遠大於實際產量。如常州新創碳谷新建產能 6000 噸；吉林化 纖集團增長近 16000 噸；中復神鷹增加 8000 噸等大部分產線於 2021 年下半年建成 投產。此外，在產能統計口徑上也會出現偏差。例如生產 12K 的小絲束產線，在 實際生產中可能只生產 1K、3K 等小絲束碳絲，由此導致了產能產量間的差距。產 能利用率的問題也同樣不可忽視。按照此口徑我國 2021/2020 碳纖維產能利用率為 45.51/51.10%，雖較之前有所提高，但與日本美國等發達國家 65-85%的水平仍有差 距。因此，要實現碳纖維行業質的提升，還需加速淘汰落後產能，提高產能利用 率，向美國、日本等高端碳纖維大國看齊。

3.2. 技術 成本雙軌齊驅，國產替代正當時

自 2020 年新冠疫情爆發以來，全球物流緊張，運輸效率下降，中國碳纖維進口也 受到很大程度影響；疊加日本等碳纖維大國對我國頒布出口限制條令，碳纖維國 產化已推上日程。2021 年我國碳纖維總需求為 62379 噸，進口量為 33129噸，國產 碳纖維供應量為 29250 噸。總體中國市場的情況仍是供不應求。但國產碳纖維市場 份額從 2019 年的 31.7%，2020 年的 38%，繼續攀升到 2021 年的 46.9%，充分表現 了國產碳纖維的巨大進步。然而，我國作為世界碳纖維產能頭號大國，在國產市 場份額方面與美日等還存在一定差距，這也深刻反應出我國碳纖維產品核心競爭 力較弱、關鍵技術仍未突破的現狀。面對疫情持續不減與發達國家封鎖對中出口 的局面，未來關於碳纖維的布局與改進，應朝著技術迭代驅動產品質量提高的方 向前進，加速推進實現國產替代。

3.2.1. 小絲束：技術突破幹噴溼紡

根據新思界產業研究中心發布的《2021－2026 年中國小絲束碳纖維行業市場深度 調研及發展前景預測報告》顯示，在全球中，小絲束碳纖維市場主要被日企佔據， 日本東麗、東邦、三菱三家企業佔據全球 50％左右的市場份額，其中日本東麗佔 據全球小絲束碳纖維總產能的 25％以上。我國小絲束碳纖維生產的企業有中復神 鷹、光威復材、中簡科技、吉林化纖等，合計運行產能約 2 萬噸。小絲束產品主要 應用於國防軍工、航空航天等高附加價值領域。相較大絲束而言，高附加值高性 能的小絲束價格也更高，在盈利上更有優勢。截止 2022 年 9 月 9 日，國內小絲束平均價格為 208 元/千克，遠高於國內大絲束 133 元/千克。其中，t700、12k 的小絲 束價格更是高達 270 元/千克。

小絲束幹噴溼紡具備產品強度高、紡絲速度快等優點。和溼法工藝相比，幹噴溼 紡絲的分子排列更加整齊，最終可以拉出質地更均勻，表面更光滑，強度更高的 纖維材料。紡絲速度方面，幹噴溼紡比溼法要快 3~4 倍。國內企業中，中簡科技目 前的溼法紡速是 130 米/分鐘；吉林碳谷是經歷了一個持續不斷提升的過程，目前 100 米/分鐘，後續還有提升空間；對於幹噴溼紡，中復神鷹目前是 400 米/分鐘， 西寧二期產線預計能夠提升到 500 米/分鐘；光威復材雖然批量更小，但是紡速達 到了 500 米/分鐘的級別。相較於日本東麗 700 米/分鐘的紡速還存在一定差距，這 也是還需持續不斷的去提升工藝的空間。

而幹噴溼紡的一個劣勢在於工藝極難掌握，技術要求高，目前國內能夠規模化生 產的企業並不多；此外，由於粘稠的紡絲液容易在空氣段的時候粘在一起，所以 紡絲板本身噴絲的時候，孔徑應該會更大一些，相應的孔和孔之間的距離會更遠 一點，這樣同樣面積的紡絲板上幹噴溼紡的孔會更少一點，以致於很難形成大通 量大絲束。面對小絲束生產的困難與不完備的地方，我們仍需繼續加大研發投入， 不斷完成工藝更新迭代，實現技術沉澱與突破。

對還未掌握幹噴溼紡技術的企業來說，核心任務是突破幹噴溼紡這樣的一種「低 成本、高質量」的工藝方法，提高小絲束生產效率和產品性能；對已掌握幹噴溼 紡的企業來說，未來需要向更高強度的方向拓展，努力實現 T1100 的超高強度碳纖 維生產，擴大 T700、12K 的高強度高模量的碳纖維規模化生產，並在未來嘗試將 幹噴溼紡應用在大絲束生產。目前，我國企業持續推進技術升級，已突破多重技 術門檻。例如，中復神鷹首次實現幹噴溼紡單線年產 3000 噸高性能碳化生產線， 實現 T700、T800 碳纖維萬噸規模化生產。相較於日本東麗世界龍頭小絲束碳纖維 生產企業，我們目前還存在一定差距，今後仍需繼續努力，提高產品拉伸強度與 拉伸模量。

3.2.2. 大絲束：成本先行實現規模效應

受下遊風電與汽車等需求的牽引，大絲束的生產應用日益火爆。據賽奧碳纖維， 2021 年全球碳纖維需求中大絲束為 5.14 萬噸，佔比 43.6%。大絲束碳纖維製備屬 於低成本生產技術，其售價只有小絲束碳纖維的 50-60%。大絲束的製備難度較高， 國內外生產差距較大。日本東麗在收購卓爾泰克後，成為世界最大的大絲束生產 企業，大絲束產能達到 2.84 萬噸；同時還有德國 SGL、日本三菱等知名大絲束生 產企業。國內方面，大絲束供應主要以吉林化纖為主，目前產能約為 2.2 萬噸；此外，上海石化、新創碳谷等也逐步實現大絲束碳纖維的達產，大絲束碳纖維產能 緊張的情況得到緩解。 大絲束碳纖維的製備也面臨多種挑戰。大絲束的生產並沒有明確的標準。在凝固 成型、牽伸、預氧化、碳化、上漿等的均勻性難度極大。主要存在絲束均勻度不 穩定、毛絲佔比高和碳化環節毛絲凸顯等問題。因此，大絲束碳纖維的離散係數 一般較大。此外，在大絲束碳纖維應用方面也存在諸多技術問題，其中亟待解決 的主要是展紗的工藝和浸潤的效果。由於絲束較大、易於集聚，因此展紗效果不 好，進而造成樹脂對大絲束纖維束內部浸潤性較差，絲束間容易產生孔隙且容易 造成樹脂相的富集與分離等缺陷。另外，在大絲束碳纖維展紗過程中會出現毛絲 甚至斷紗，導致纖維破損和混亂，影響預浸料的製備工藝性，材料性能得不到有 效轉換，從而導致產品性能不穩定，進一步增加了大絲束碳纖維應用難度。

規模效應與持續降本成為大絲束未來發展方向。面對大絲束生產的難點，我國企 業研究最佳碳化溫度與時間並改進大絲束碳纖維浸潤與擴展設備，積極謀求降本 增效新通路。第一條通路是降低原絲成本。在碳纖維生產過程中，原絲成本佔比 較高，約佔總生產成本的50%。原絲生產過程是將丙烯腈單體聚合製成紡絲原液， 然後紡絲成型。丙烯腈價格受原油與供需關係影響，未來隨著原油價格下降與供 需關係調整，原絲價格有下降趨勢。此外，隨著聚合、原液、紡絲三大生產環節 技術提升，丙烯腈及油劑等原材料消耗量將減少，原絲生產效率提高。

第二條通路是提高碳化效率。目前，我國大多數碳纖維企業原絲與碳絲的轉化比 約為 2.2：1，少數優質企業 2：1。公司大量投入研發打磨技術，未來朝著更低的 轉化比前進。原絲與碳絲轉化比的極限值約為 1.35：1，各企業深耕技術升級，最 終有望實現 1.5：1 的超高轉化效率。轉化效率微小的提升帶來的是大幅減少原絲 的高額採購成本。此外，碳化過程中需要通過高溫燒到 3000℃，需要消耗大量能源。由於轉化效率提高，單位能耗也相應下降。目前生產 1 噸碳絲大約需花費 2 噸 電，隨著技術升級，能源耗費的成本也有望下降。

第三條通路是實現生產設備國產化。目前，我國碳化設備基本依靠國外進口，而 國外進口設備價格昂貴，國產設備普遍比進口設備價格低 30%-50%。未來伴隨技 術升級我們將實現設備國產化，從而降低資本性支出並攤薄折舊費用。大絲束性 能通常會弱於小絲束，但是由於其大通量，可以提高碳纖維的單線產能來降低單 位成本。隨著眾多企業大絲束碳纖維產能落地投產，遠期有望可加速規模效應。

3.2.3. 國產替代加速進行中

國企擴產計劃明確，未來碳纖維產量將高位增長。大絲束方面，吉林國興碳纖維 目前產能 1.5 萬噸，預計明年項目投產可達 2.5 萬噸，2025 年達 6 萬噸；吉林寶旌 目前產能 8000 噸，預計 2025 年可達 1.2 萬噸；上海石化目前產能 1500 噸，1.2 萬 噸大絲束項目正抓緊建設中，預計今年投產 6000 噸，2024 年底產能全部釋放。小 絲束方面，吉林凱美克於 2022 年 6 月完成 1K、3K 碳纖維第二條生產線開車，目 前產能 600 噸；中復神鷹西寧一期項目 1.1 萬噸產能已投產，加連雲港原有產能 3500 噸以及 200 噸航空航天高性能碳纖維項目於 7 月開車，今年合計產能約為 14700 噸；光威復材當前產能 2655 噸，預計今年有一條 T700/T800 的產線可投產， 預計產能可達 3585 噸；此外，預計包頭項目一期 4000 噸產能將於 2023 年年初建 成；二期 6000 噸產能會在一期投產後啟動建設，由於一期很多附屬設施已經建好， 預估二期建設周期會比一期快一些，2023/2024 預期產能分別為 7585/13585 噸。原 絲方面，吉林碳谷目前產能 4.5萬噸，十四五期間完成 20 萬噸原絲的計劃正穩步推 進，預計今年產能可達 8.5 萬噸以上。

3.3. 優質賽道，碳纖維長期向好

3.3.1. 政策加碼助力碳纖維成長

擁有高強度高模量等一系列優勢、被譽為「新材料之王」的碳纖維備受國家重視。 近年來，國家出臺了眾多政策，支持碳纖維生產製備，推動碳纖維行業發展。在 十四五規劃和 2035 年遠景目標綱要中，國家提出要加強碳纖維等高性能纖維及其 複合材料的研發應用。此外，工業和信息化部、國家發展改革委聯合印發《關於 化纖工業高質量發展的指導意見》，到 2025 年，規模以上化纖企業工業增加值年 均增長 5%，化纖產量在全球佔比基本穩定。形成一批具備較強競爭力的龍頭企業， 構建高端化、智能化、綠色化現代產業體系，全面建設化纖強國。政策大力扶持 為我國碳纖維行業的發展添磚加瓦。

3.3.2. 布局打造一體化產業鏈

碳纖維全產業鏈可分為原絲製造、碳纖維生產、複合材料產出等三大階段。在原 絲製造中，首先要從石油等原燃料中提取丙烯，經氨氧化後得到丙烯腈；丙烯腈 經聚合和紡絲之後得到聚丙烯腈（PAN）原絲；再經過預氧化、低溫和高溫碳化後 得到碳纖維；碳纖維可製成碳纖維織物和碳纖維預浸料；碳纖維與樹脂、陶瓷等 材料結合，可形成碳纖維複合材料，最後由各種成型工藝得到下遊應用需要的最 終產品。

一體化布局優勢互補，打造全產業鏈勢在必行。整體來看，各生產步驟相輔相成， 各環節核心技術相通，合理進行一體化布局，有望加深企業對各步驟技術理解、 提高生產效率。同時，在充分了解上遊原絲供給與下遊產品需求後，企業可根據 不同需求更好完成原絲配備，整體生產節奏更加緊湊。各環節來看，原絲製備中實現公司自產，有效減少採購成本；碳化環節實現原絲自供，大幅降低運輸成本， 並且對原絲了解程度更深，預氧化及碳化技術能充分發揮應用；復材環節可根據 不同需求定製化產品，實現精準把控，且下遊產品附加值高，可提升盈利能力。 一體化產業鏈布局需要企業在各個環節攻克核心技術，實現完整全產業鏈落地投 產，則有望大幅增加企業在各生產製造環節話語權與定價能力；同時提升企業綜 合知名度，有望逐步擴大市場份額成為國內業界龍頭，並最終「走出去」，擴大 海外出口，增強在全球碳纖維領域的競爭力。

3.3.3. 國資控股多重受益，碳纖維時代難沒落

在我國眾多碳纖維企業中，大多都是國資控股。吉林化纖實際控制人為吉林市國 有資產監督管理委員會，中復神鷹實際控制人為中國建材集團有限公司，上海石 化實際控制人為國務院國有資產監督管理委員會。國資控股會站在更長遠的角度， 以產業長期繁榮興盛為目標，不會局限於一時的向好而造成短視行為。國企遵循 公司與行業內在發展邏輯，尊重歷史發展沿革，設定準確的階段性目標，穩定擴 產路徑節奏，合理控制產能擴張速度，不盲目擴產低端產能，從而有效避免產品 供過於求而價格下降、產能過剩的局面。

未來供需均衡，產能擴張合理。吉林化纖集團主要生產大絲束碳纖維，產品應用 於風電葉片等領域；中復神鷹主要生產小絲束碳纖維產品，應用於體育休閒、碳 碳復材等領域；中簡科技與光威復材主要生產高性能小絲束碳纖維產品，應用於 軍事領域。未來各企業擴產計劃與下遊需求增量適度匹配。風電葉片、體育休閒 等潛在需求增量大，高端軍品需求增量較小，適合各企業產能擴張計劃。在健康 的供需關係下，碳纖維行業不會落入產能過剩的局面。

國資控股企業能較好享受政策傾斜優惠待遇，並享有更多資源與合作的機會。同 時，有國家政府作背書可以較好使企業獲得貸款、授信等，融資難度相對較低， 有充足資金投入研發、申請專利。截止2022年上半年，中復神鷹申請專利182個， 獲得專利 85 個；上海石化申請專利 55 件，獲專利授權 39 件。吉林化纖本體獲得 專利 27 項。在碳纖維這樣一個技術壁壘較高的賽道內，攻克核心技術難題，實現 技術升級迭代，可有效解決「卡脖子問題」，撬開高端領域的大門，增強企業核 心競爭力，國資控股的碳纖維企業未來發展前景光明。

4.1. 吉林碳谷——正在崛起的大絲束碳纖維原絲龍頭

吉林碳谷於 2008 年成立，2016 年在新三板掛牌，2021 年上市北交所。公司主要從 事聚丙烯腈基碳纖維原絲的研發、生產和銷售。公司在國內是首家採用三元水相 懸浮聚合兩步法生產碳纖維聚合物，DMAC 為溶劑溼法生產碳纖維原絲，致力於 成為國內領先、國際知名的聚丙烯腈基碳纖維原絲及相關產品的供應商。公司現 在主要生產有 1K、3K、6K、l2K、24K、48K 等聚丙烯腈基(PAN)碳纖維原絲以及 預氧絲。公司主要客戶是碳纖維生產商及碳纖維複合材料生產廠商和貿易商。

公司設立之初，擬打破國際巨頭對碳纖維行業技術的壟斷，專注於攻關小絲束碳 纖維原絲，並成功實現了軍工級別的 1K、3K、6K 等小絲束產品；2016 年至今， 開始研發大絲束碳纖維原絲，目前已經實現了 24K、25K 和 48K 的穩定大規模生 產；未來公司將繼續在大絲束領域加大研發投入，力爭未來五年實現 35K、50K、 75K、100K、480K 等系列產品穩定大規模生產，使公司成為全球知名的大絲束碳 纖維原絲供應商。公司全部產品碳化後均可以達到 T400 的穩定大規模生產，部分 產品亦實現了碳化後 T700 的穩定規模生產。 公司碳纖維原絲整體規模、研製、生產能力及技術水平在國內均處於行業先進水 平，並且是國內目前少數可對外銷售原絲的企業。公司現有原絲產能為 4.5 萬噸， 計劃「十四五」內完成 20萬噸原絲擴產計劃，今年產能預計可達 8.5萬噸以上。公 司所特有的兩步法三元水相懸浮聚合技術聚合反應速率快，克服了溶液聚合後期 體系粘度增大導致換熱、脫單困難等難題，具有傳熱效果好、反應平穩均衡、聚 合釜不易結疤等優點，聚合釜體積放大後質量更趨穩定，解決目前單個聚合釜生 產能力較小問題，易於大規模、低成本、工業化生產。

4.2. 吉林化纖——大絲束 民品是重點

公司過去主要從事粘膠長絲、粘膠短纖的生產與銷售，產能分別達 8/12 萬噸，為 全球最大的粘膠長絲廠商。近年來，公司投身碳纖維生產，尤以大絲束碳纖維為 主。公司控股 49%的吉林寶旌聚焦 25-50K 大絲束製造，目前產能為 8000 噸，折合 權益產能約 4000噸，計劃在十四五期間形成 1.2萬噸碳纖維產能，以滿足下遊工業 級應用需求；公司全資子公司吉林凱美克聚焦 1K、3K 小絲束原絲生產，主要以航 空航天、國防軍工等特殊應用領域為主，目前產能達 600 噸；吉林國興碳纖維目前 是吉林系最大的碳絲生產商，現有產能約 1.5 萬噸，預計明年達 2.5 萬噸，十四五 期間完成 6 萬噸擴產計劃。同時公司利用非公開發行募集資金到位，緊鑼密鼓地建 設年產 1.2 萬噸碳纖維復材拉擠板項目，主要應用於風電葉片等民用領域，進一步向碳纖維產業鏈邁進。

區位優勢形成產業集群，打造全產業鏈一體化布局。公司所處吉林化纖集團位於 吉林市，是國家級碳纖維高新技術產業基地。公司將充分利用好國資平臺優勢和 產業集群的資源優勢，積極進行資源整合，延申下遊產業鏈，提高產品附加值。 同時受益一體化布局降低生產成本，更多資金致力研發投入，加大新材料市場的 開拓力度，提高公司業務輻射區域和服務及時性，加強對市場機會的實時動態跟 蹤，提升公司產品的市場佔有率，全面有效地抓牢未來新材料發展的市場紅利。

4.3. 光威復材——軍品小絲束佼佼者，價格波動小，長協有優勢

主攻高性能軍品，充分享有先發優勢。光威復材成立於 1992 年，實際控制人為威 海光威集團陳亮，並於 2017 年上市，是我國 A 股第一家碳纖維上市公司。公司主 攻高性能碳纖維軍用領域，T300 級 1K/3K 碳纖維產品自 2005 年就開始航空應用驗 證，2008 年開始穩定供貨；T700、T800 級產品均已通過下遊應用認證，具備批量 生產能力；M40J/M55J級產品已逐步開始應用在衛星等航天領域場景。軍品驗證周 期較長，基本為 7-8 年及以上，且在確定配套關係後一般不會輕易更換供應商。光 威復材充分把握先發優勢，完成軍品認證周期，現階段已實現穩定向軍方供貨， 鎖定未來短期訂單。

客戶結構優良，營收具有保障。光威長期致力碳纖維產品研發，既確保了我國國 防軍工裝備發展對關鍵材料的需求，同時業務不斷向下遊延伸，積極開發民用碳 纖維及其複合材料產品，積極培育碳纖維應用市場，實行寓軍於民、軍民共用、 以民養軍、軍民品互動發展的軍、民融合發展戰略。軍品營收佔比約60%，訂單量有保證，價格波動較小；民品則可根據供需實現以量換價，總體營收維持健康。 一體化布局，長期協同優勢顯著。公司以高端裝備設計製造技術為支撐，形成了 從原絲開始的碳纖維、織物、樹脂、高性能預浸材料、複合材料製品的完整產業 鏈布局，主要經營範圍為高性能纖維、織物、預浸材料、各類複合材料製品及裝 備的研發、生產、銷售，技術開發與諮詢，備案範圍內的貨物及技術進出口業務 等。公司構建一體化布局，有望發揮長期協同效應，實現降本增效。

4.4. 中復神鷹——高端民品 軍品小絲束領軍企業

下遊熱門賽道市佔率較高，公司成長前景看好。中復神鷹主要從事高性能小絲束 的生產與銷售，產品廣泛應用於航空航天、壓力容器、碳碳復材、風電葉片、交 通建設、體育休閒等領域，其中下遊市場關注度最高的是碳陶複合材料、碳碳熱 場以及壓力容器。目前中復神鷹在該領域內的供應量佔比分別達到 80%、65%、 70%。在有絕對市佔率優勢的情況下，公司營收潛在增量大，未來發展前景光明。 深耕技術研發打造高端產品。中復神鷹 2006 年成立於江蘇連雲港，隸屬於中國建 材集團，是我國碳纖維行業中龍頭央企。經過十幾年的技術研發，突破了超大容 量聚合、幹噴溼紡紡絲、快速均質預氧化碳化等核心技術工藝，系統掌握了碳纖 維 T300 級、T700 級、T800 級、M30 級、M35 級千噸級技術和 M40 級、T1000 級 百噸級技術，建成了國內首條具有自主智慧財產權的千噸級幹噴溼紡碳纖維產業化 生產線。主要產品型號包括 SYT45S、SYT49S、SYT55S 和 SYM40 等，具有高模 量、高強度等一系列性能優勢。

產能優勢實現規模效應。中復神鷹西寧一期 1.1 萬噸小絲束項目於今年投產，結合 連雲港原有產能，目前合計產能為 1.47 萬噸，是我國產能最大的小絲束碳纖維企業。未來公司擴產路徑清晰明確，西寧二期 1.4 萬噸項目於 2021 年 9 月啟動，目前 正穩步推進中，預計 2023 年可投產。大規模批量生產可降低單位能耗與折舊，提 高盈利水平。

4.5. 中簡科技——軍品龍頭助力超高盈利能力

中簡科技於 2008 年在江蘇常州成立，並於 2019 年 5 月上市創業板。公司 ZT7 系列 碳纖維產品已經率先穩定批量在航空、航天領域應用多年，新一代碳纖維也伴隨 不同應用領域進行了長達幾年的多型號的應用驗證，進展順利，常年積累的技術 優勢轉化為客戶黏性優勢，雙方合作關係穩定。同時，公司始終在追趕潮頭，正 向更高的目標邁進，未來隨著國家航空航天事業的高速發展，高端碳纖維市場廣 闊，公司 ZT7 系列及以上級碳纖維在航空航天領域的應用有望進一步擴大。得益 於軍方高價格採購，公司盈利能力優秀，過去幾年毛利率穩定在80%左右，淨利率 也基本維持在 50%上下，利潤空間顯著。

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

精選報告來源：【未來智庫】。