碳纖維行業(yè)深度報(bào)告-高成長、廣空間的新材料優(yōu)質(zhì)賽道1.碳纖維——材料“黑金”，行業(yè)壁壘高、產(chǎn)品附加值大1.1

碳纖維剛?cè)岵?jì)，下游應(yīng)用廣泛材料發(fā)展史與人類發(fā)展史緊密相連，而新材料更是推動(dòng)人類從“自然王國”走向“自由王國”的強(qiáng)大動(dòng)力。材料

通常被定義為用來制作有用物件的物質(zhì)，人類對材料的認(rèn)知和利用能力直接決定了社會(huì)形態(tài)與人類生活水平。在

當(dāng)代，材料、能源和信息已經(jīng)成為構(gòu)成社會(huì)文明和國民經(jīng)濟(jì)的三大支柱，而其中材料更是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的物質(zhì)基

礎(chǔ)和技術(shù)先導(dǎo)?？v觀整個(gè)材料發(fā)展史，以時(shí)間為維度可將其歸納為石器/青銅器/鐵器/鋼鐵/硅/新材料這六個(gè)發(fā)展時(shí)期。其中，隨

著

20

世紀(jì)下半葉新技術(shù)革命的開啟，新材料已然成為各高新技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展的助推器，例如計(jì)算機(jī)技術(shù)依賴于半

導(dǎo)體材料的工業(yè)化生產(chǎn)，宇航工業(yè)則需要大量高溫高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)材料與之配套，而現(xiàn)代光纖通信更是以低消耗的光

導(dǎo)纖維為基石。碳纖維被譽(yù)為

21

世紀(jì)新材料之王，是材料皇冠上的一顆璀璨明珠。碳纖維（CarbonFiber，簡稱

CF）是一種含

碳量高于

90%的無機(jī)纖維。由有機(jī)纖維（粘膠基、瀝青基、聚丙烯腈基纖維等）在高溫環(huán)境下裂解碳化形成碳主

鏈機(jī)構(gòu)而制得。作為新一代增強(qiáng)纖維，碳纖維具有出色的力學(xué)性能和化學(xué)性能，既具有碳材料固有的本性特征，

又兼?zhèn)浼徔椑w維的柔軟可加工性，因此被廣泛應(yīng)用于航空航天、能源裝備、交通運(yùn)輸、體育休閑等領(lǐng)域：質(zhì)量輕：作為一種性能優(yōu)異的戰(zhàn)略性新材料，碳纖維密度與鎂和鈹基本相當(dāng)，不到鋼的

1/4，采用碳纖維復(fù)

合材料作為結(jié)構(gòu)件材料可使結(jié)構(gòu)質(zhì)量減輕

30%-40%。高強(qiáng)度、高模量：碳纖維的比強(qiáng)度比鋼高

5

倍，比鋁合金高

4

倍；比模量則是其他結(jié)構(gòu)材料的

1.3-12.3

倍。膨脹系數(shù)?。捍蠖鄶?shù)碳纖維在室溫下的熱膨脹系數(shù)為負(fù)數(shù)，在

200-400℃時(shí)為

0，在小于

1000℃時(shí)僅為

1.5

×10-6

/K，不易因工作溫度高而膨脹變形。耐化學(xué)腐蝕性好：碳纖維純碳含量高，而碳又是最穩(wěn)定的化學(xué)元素之一，導(dǎo)致其在酸、堿環(huán)境中表現(xiàn)均十分穩(wěn)定，可制成各類化學(xué)防腐制品?？蛊谀芰?qiáng)：碳纖維結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，據(jù)高分子網(wǎng)統(tǒng)計(jì)，其復(fù)合材料經(jīng)應(yīng)力疲勞數(shù)百萬次循環(huán)試驗(yàn)后，強(qiáng)度保留

率仍有

60%，而鋼材為

40%，鋁材為

30%，玻璃鋼則只有

20%-25%。碳纖維復(fù)合材料是碳纖維基礎(chǔ)上的再次強(qiáng)化。雖然碳纖維可單獨(dú)使用并發(fā)揮特定功能，然而其終究屬于脆性材

料，只有與基體材料結(jié)合形成碳纖維復(fù)合材料，才能更好地發(fā)揮力學(xué)性能，承載更多負(fù)荷。碳纖維可按照原絲類型、制造方法、性能等不同維度分類：按原絲類型分類：聚丙烯腈（PAN）基、瀝青基（各向同性、中間相）；粘膠基（纖維素基、人造絲基）。其

中，聚丙烯腈（PAN）基碳纖維占據(jù)主流地位，產(chǎn)量占碳纖維總量的

90%以上，粘膠基碳纖維還不足

1%。按照制造條件和方法分類：碳纖維（800-1600℃）、石墨纖維（2000-3000℃）、活性碳纖維、氣相生長碳纖

維。按力學(xué)性能可分為通用型和高性能型：通用型碳纖維強(qiáng)度在

1000MPa、模量在

100GPa左右；高性能型又

分為高強(qiáng)型（強(qiáng)度

2000MPa、模量

250GPa）和高模型（模量

300GPa以上），其中強(qiáng)度大于

4000MPa的

又稱為超高強(qiáng)型，模量大于

450GPa的稱為超高模型。按絲束大小可分為小絲束和大絲束：小絲束碳纖維初期以

1K、3K、6K為主，逐漸發(fā)展為

12K和

24K，主

要應(yīng)用于航空航天、體育休閑等領(lǐng)域。通常將

48K以上碳纖維稱為大絲束碳纖維，包括

48K、60K、80K等，

主要應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域。拉伸強(qiáng)度和拉伸模量是衡量碳纖維性能最主要的兩大指標(biāo)。以此為依據(jù)，我國

2011

年頒布了《聚丙烯腈（PAN）

基碳纖維國家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T26752-2011）》。同時(shí)，由于日本東麗在全球碳纖維行業(yè)具有絕對領(lǐng)先優(yōu)勢，國內(nèi)廠商

大多也同步采用日本東麗的分類標(biāo)準(zhǔn)作為參考。1.2

高壁壘帶來高附加值，提升工藝、實(shí)現(xiàn)批量化生產(chǎn)可顯著降本增效1.2.1

行業(yè)技術(shù)壁壘高，原絲生產(chǎn)是核心，碳化氧化是關(guān)鍵碳纖維生產(chǎn)流程復(fù)雜，對設(shè)備和技術(shù)要求極高。各環(huán)節(jié)精度、溫度和時(shí)間的控制都將極大影響最終成品質(zhì)量。聚

丙烯腈碳纖維因制備流程相對簡單、生產(chǎn)成本低、三廢處便捷等特點(diǎn)成為現(xiàn)階段應(yīng)用領(lǐng)域最廣、產(chǎn)量最高的碳纖

維。其主要原料丙烷可從原油中制得，聚丙烯腈碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈包含從一次能源到終端應(yīng)用的完整制造過程。從原油中制得丙烷后，丙烷經(jīng)選擇性催化脫氫(PDH)可得到丙烯；丙烯經(jīng)氨氧化后得到丙烯腈，丙烯腈聚合和紡絲之后得到聚丙烯腈（PAN）原絲;聚丙烯腈經(jīng)過預(yù)氧化、低溫和高溫碳化后得到碳纖維，并可制成碳纖維織物和碳纖維預(yù)浸料，用于生產(chǎn)碳纖

維復(fù)合材料；碳纖維經(jīng)與樹脂、陶瓷等材料結(jié)合，形成碳纖維復(fù)合材料，最后由各種成型工藝得到下游應(yīng)用需要的最終產(chǎn)

品；原絲質(zhì)量、性能水平直接決定了碳纖維的最終性能。因此，提高紡絲液的質(zhì)量，優(yōu)化原絲成型的各項(xiàng)因素成為制

備高品質(zhì)碳纖維的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。據(jù)《聚丙烯腈基碳纖維原絲生產(chǎn)工藝研究》描述，紡絲工藝主要包括三大類：濕法紡絲、干法紡絲和干濕法紡絲。

目前，國內(nèi)外生產(chǎn)聚丙烯腈原絲的工藝主要采用濕法紡絲和干濕法紡絲，其中濕法紡絲的應(yīng)用最為廣泛。濕法紡絲首先將紡絲液從噴絲孔擠出，紡絲液以細(xì)流的形態(tài)進(jìn)入到凝固浴中。聚丙烯腈紡絲液的成絲機(jī)理是：紡

絲液中與凝固浴中

DMSO（二甲基亞砜）的濃度存在較大差距，而凝固浴和聚丙烯腈溶液中水的濃度也存在巨

大差距。在以上兩種濃度差的相互作用下，液體之間開始雙向擴(kuò)散，通過傳質(zhì)、傳熱、相平衡移動(dòng)等過程最終凝

結(jié)成原絲。原絲生產(chǎn)中

DMSO殘余量、纖度、單絲強(qiáng)度，模量，伸長率、含油率、沸水收縮率成為影響原絲質(zhì)量的關(guān)鍵因素。以

DMSO殘余量為例，其對原絲表觀性狀、截面狀態(tài)、最終碳纖維產(chǎn)品的

CV值等均有影響，DMSO殘余

量越低，產(chǎn)品的性能越高。生產(chǎn)中主要通過水洗的方式去除

DMSO，因而如何控制水洗溫度、時(shí)間、脫鹽水用量

和水洗循量等因素就成為重要的環(huán)節(jié)。高質(zhì)量的聚丙烯腈原絲應(yīng)具有以下特征：高密度、高結(jié)晶度、適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度、圓形截面、較少的物理缺陷，同時(shí)具

有光滑的表面和均勻致密的皮芯結(jié)構(gòu)。碳化、氧化環(huán)節(jié)溫度控制是關(guān)鍵。碳化氧化是原絲制作成碳纖維最終產(chǎn)品的必備環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)需對溫度的精度、

范圍進(jìn)行準(zhǔn)確控制，否則將顯著影響碳纖維產(chǎn)品的拉伸強(qiáng)度，甚至造成斷絲現(xiàn)象：預(yù)氧化(200-300℃)：預(yù)氧化環(huán)節(jié)通過在氧化性氣氛中施加一定張力，對

PAN原絲進(jìn)行緩慢溫和的氧化，在

PAN直鏈的基礎(chǔ)上形成大量環(huán)裝結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到可以耐受更高溫度處理的目的。碳化(最高溫度不低于

1000℃)：碳化過程需在惰性氣氛中進(jìn)行。碳化初期

PAN直鏈斷裂，開始進(jìn)行交聯(lián)反

應(yīng)；隨著溫度逐漸上升，熱分解反應(yīng)開始，釋放出大量小分子氣體，石墨結(jié)構(gòu)開始形成；溫度進(jìn)一步上升后，

碳元素含量迅速提高，碳纖維開始成型。石墨化(處理溫度

2000℃以上)：石墨化并非碳纖維制作必備過程，為可選環(huán)節(jié)。若期望碳纖維擁有高彈性模

量，則需進(jìn)行石墨化；若期望碳纖維獲得高強(qiáng)度，則無需進(jìn)行石墨化。石墨化環(huán)節(jié)中，高溫使纖維內(nèi)部形成

發(fā)達(dá)的石墨網(wǎng)面結(jié)構(gòu)，通過牽伸對結(jié)構(gòu)進(jìn)行整化從而得到最終產(chǎn)品。高技術(shù)壁壘賦予下游產(chǎn)品高附加值，航空復(fù)材價(jià)格較原絲翻

200

倍。由于碳纖維制備難度高，工藝復(fù)雜，因此

其產(chǎn)品越往下游附加值越高，尤其是應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域的高端碳纖維復(fù)材，因下游客戶對其可靠性、穩(wěn)定性要

求十分嚴(yán)苛，產(chǎn)品價(jià)格也較普通碳纖維呈幾何倍數(shù)增長。據(jù)江蘇恒神公開轉(zhuǎn)讓說明書（2015

年）統(tǒng)計(jì)，同一品種原絲、碳纖維、預(yù)浸料、民用復(fù)材、汽車復(fù)材和航空復(fù)

材每公斤價(jià)格分別約為

40

元、180

元、600

元、不到

1000

元、3000

元和

8000

元，每經(jīng)一級(jí)深加工產(chǎn)品價(jià)格

都將實(shí)現(xiàn)飛躍，航空復(fù)材價(jià)格較原絲更是翻了

200

倍。1.2.2

碳纖維生產(chǎn)成本高，提高工藝、批量化生產(chǎn)均為降本良策碳纖維生產(chǎn)成本較高，是新興材料，更是“貴族”材料?？稍O(shè)計(jì)性較強(qiáng)的碳纖維屬于新興材料，但較高的原絲生

產(chǎn)成本、環(huán)保投入及生產(chǎn)運(yùn)輸費(fèi)用為其貼上了“貴族材料”的標(biāo)簽。據(jù)《碳纖維產(chǎn)業(yè)化發(fā)展及成本分析》論述，

較高質(zhì)量的

PAN原絲投入與碳纖維產(chǎn)出比約

2.2:1，較低質(zhì)量的原絲與碳纖維產(chǎn)出比約

2.5:1，疊加聚合、噴絲、

碳化氧化等過程對環(huán)境、綜合技術(shù)等要求較高，進(jìn)一步導(dǎo)致碳纖維生產(chǎn)成本居高不下。制造費(fèi)用通常占碳纖維生產(chǎn)總成本的

70%以上。根據(jù)中簡科技、光威復(fù)材公司年報(bào)，其碳纖維生產(chǎn)成本主要由

材料、人工、制造費(fèi)用等構(gòu)成，2016-2019

年上述兩公司碳纖維產(chǎn)品制造費(fèi)用占其成本均在

70%以上，成為生

產(chǎn)過程中的主要開支。以生產(chǎn)流程為維度，聚合、紡絲和碳化氧化是其生產(chǎn)成本的主要構(gòu)成：聚合：該階段主要包括由原料和生產(chǎn)物資消耗構(gòu)成的直接生產(chǎn)成本、由純化與輸送原料、聚合、過濾／輸送原液、回收單體／溶劑等成本構(gòu)成的生產(chǎn)過程成本，以及由蒸汽、電力、水、配套設(shè)施運(yùn)維等成本構(gòu)成的綜

合生產(chǎn)成本。紡絲：生產(chǎn)成本集中在過濾／

輸送聚合液、紡絲、凈化等。產(chǎn)業(yè)鏈中，原絲一般在碳纖維成本中占比

51%。碳化氧化過程：成本主要集中在處理所需原材料（包括上漿劑、電、氮?dú)?、循環(huán)水）、配套設(shè)施運(yùn)維、車間

潔凈化，及炭化廢氣處理等成本。提高紡絲、碳化氧化等環(huán)節(jié)工藝可顯著降低成本。具體方法包括：1）采用干噴濕法代替?zhèn)鹘y(tǒng)濕法紡絲：干噴濕紡為紡絲液從噴絲孔出來后先經(jīng)過干段空氣層或氮?dú)鈱雍蟛胚M(jìn)入凝

固液中進(jìn)行凝固的工藝技術(shù)。對比傳統(tǒng)濕法紡絲，該方法可將紡絲速度從每分鐘

100

米提高至

300

米，并使固

含量提高至

22%以上。據(jù)《PAN基碳纖維生產(chǎn)成本分析及控制措施》表述，新紡絲工藝的使用可在降低碳纖維

原絲成本（降低

75%）的同時(shí)提高產(chǎn)量(2-8

倍左右)。2）采用新技術(shù)縮短預(yù)氧化時(shí)間：美國能源部橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室（ORNL）研發(fā)的等離子體預(yù)氧化法可使預(yù)氧化

時(shí)間縮短至

25-35

分鐘（一般需要

80~120

分鐘），該方法可使能耗下降

75%，生產(chǎn)成本降低

20%，并適用于所

有規(guī)格的碳纖維生產(chǎn)。此外，采用流態(tài)化加熱、熱輥接觸式干燥等新技術(shù)均可有效降低生產(chǎn)成本。3）更換炭化爐材料、提高碳化環(huán)節(jié)熱利用率：美國哈泊公司生產(chǎn)的炭化爐使用絕緣或耐火材料替代傳統(tǒng)水冷卻

操作，持續(xù)降低設(shè)備的熱量損失；此外，據(jù)《PAN基碳纖維制備成本構(gòu)成分析及其控制探討》表述，采取余熱多

級(jí)利用等新技術(shù)可有效降低設(shè)備能耗，使碳纖維每噸成本降低

9500

元。提升產(chǎn)量可帶來規(guī)模效應(yīng)，有效降低碳纖維生產(chǎn)成本。據(jù)《碳纖維產(chǎn)業(yè)化發(fā)展及成本分析》統(tǒng)計(jì)，原絲和碳纖維

的產(chǎn)能和生產(chǎn)成本呈反比關(guān)系。隨著產(chǎn)能的擴(kuò)大，原絲和碳纖維產(chǎn)線直接生產(chǎn)成本的增幅顯著小于單耗成本、固

定資產(chǎn)折舊和流動(dòng)費(fèi)用等成本的降幅，千噸級(jí)碳纖維產(chǎn)線每年成本較百噸級(jí)產(chǎn)線下降

18%。1.3

我國碳纖維產(chǎn)業(yè)方興未艾，潛力巨大技術(shù)創(chuàng)新助推碳纖維性能提升，國產(chǎn)化替代是行業(yè)不變“旋律”。我國自

20

世紀(jì)

60

年代后期便開始

PAN基碳

纖維研究，歷經(jīng)半個(gè)世紀(jì)發(fā)展，現(xiàn)階段雖仍與國外有顯著差距但已可自主制備以

T700、T800、M55J等為代表

的一系列高端碳纖維，成功打破國外的技術(shù)封鎖，成績斐然?？v觀國內(nèi)碳纖維發(fā)展史，我們將其歸納為以下五個(gè)階段：舉國體制，從無到有（1962-1982）：該階段我國碳纖維研究剛起步，國家高度重視碳纖維研發(fā)工作，PAN基

碳纖維研制課題組、高分子復(fù)合材料物理研究室相繼成立，建成

PAN原絲試制能力約

50

噸/年，碳纖維長

絲試制能力

1.5-2.0

噸/年，解決了碳纖維從無到有的問題。嘗試引進(jìn)，于困難中摸索（1983-1990）：該時(shí)期國家科委鼓勵(lì)引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)并承諾將給予資金支持，但

由于碳纖維技術(shù)涉及國防等領(lǐng)域，疊加“巴黎統(tǒng)籌條約”的限制，引進(jìn)過程舉步維艱，經(jīng)多次談判考察，我

國最終以

450

萬美元從英國

RK公司購入生產(chǎn)能力

100

噸（12K）

/年的碳化設(shè)備，但運(yùn)行效率較低。“停滯”的十年（1990-2000）：由于碳纖維生產(chǎn)的復(fù)雜性和國外對我國的技術(shù)封鎖，國家雖積極組織各研究

單位合力攻關(guān)但關(guān)鍵技術(shù)依舊難以突破，該時(shí)期只有吉化公司、吉林碳素廠和北京化工學(xué)院在維持小批量供

貨，其他研發(fā)單位陸續(xù)退出該領(lǐng)域?！按蟾煽焐稀保祭w維迎來建設(shè)浪潮（2000-2010）：在師昌緒院士的動(dòng)員和國家大力支持下，科技部決定設(shè)

立碳纖維專項(xiàng)，并成立專家組，將碳纖維列入

863

計(jì)劃新材料領(lǐng)域。此外，大量民間資本的涌入也催生出一

批碳纖維生產(chǎn)企業(yè)，據(jù)《2019

全球碳纖維復(fù)合材料市場報(bào)告》統(tǒng)計(jì)，2000-2010

年，擁有碳纖維項(xiàng)目的科

研院所和生產(chǎn)單位達(dá)

40

家以上，投資規(guī)模超過

300

億元，全世界碳纖維設(shè)備制造廠也迎來了中國盛宴。大浪淘沙，優(yōu)勝劣汰（2010

年至今）：前期雖有眾多碳纖維生產(chǎn)企業(yè)但大多未掌握核心技術(shù)，疊加碳纖維生

產(chǎn)制造投入大、建設(shè)周期久等特點(diǎn)，部分企業(yè)難以存活，行業(yè)開始經(jīng)歷“洗牌”，企業(yè)數(shù)量縮減至

10

余家。此外，該時(shí)期優(yōu)質(zhì)企業(yè)迎來春天：光威集團(tuán)與中簡科技成功上市，中復(fù)神鷹扭虧為盈，吉林化纖成為國內(nèi)原絲龍頭，行業(yè)實(shí)現(xiàn)了

T700

級(jí)碳纖維批量化生產(chǎn)和

T800

級(jí)碳纖維、M40J石墨纖維的工程化制備，突破

T1000

級(jí)碳纖維、M50J、M55J、M60J石墨纖維實(shí)驗(yàn)室制備技術(shù)，具備開展下一代纖維研發(fā)的基礎(chǔ)。政策扶持加快研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，產(chǎn)品競爭力不斷提高，碳纖維行業(yè)進(jìn)入發(fā)展快車道。我國政府從

70

年代即開

始大力支持國產(chǎn)碳纖維的發(fā)展，由張愛萍將軍組織召開的“7511”會(huì)議奠定了國家扶持國產(chǎn)碳纖維發(fā)展的基礎(chǔ)，

而

“863”計(jì)劃更是在政策層面為碳纖維國產(chǎn)化替代指明了前進(jìn)方向；通過“十五”、“十一五”、“十二五”三個(gè)五年

計(jì)劃，國家強(qiáng)力支持了國產(chǎn)碳纖維的技術(shù)攻關(guān)、工程產(chǎn)業(yè)化和應(yīng)用牽引，使國產(chǎn)碳纖維的發(fā)展取得長足進(jìn)步。我們認(rèn)為，碳纖維作為新材料的“無冕之王”，今后將進(jìn)一步受到國家政策的長期扶持，行業(yè)環(huán)境有望不斷改善，

為技術(shù)突破、產(chǎn)品性能升級(jí)的注入源源不斷的強(qiáng)大動(dòng)力。2、師夷長技，詳解美、日碳纖維崛起之路2.1

正視與國外差距，是短板亦是上升空間技術(shù)創(chuàng)新、政策扶持、應(yīng)用升級(jí)是驅(qū)動(dòng)碳纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展的三大動(dòng)力。通過歸納梳理碳纖維生產(chǎn)流程與產(chǎn)業(yè)鏈我們

將產(chǎn)業(yè)發(fā)展邏輯總結(jié)為四點(diǎn)：1）大量研發(fā)投入促進(jìn)核心技術(shù)突破，迅速提高碳纖維性能與競爭力，加快產(chǎn)品升級(jí)換代；2）高端產(chǎn)品滿足并進(jìn)一步培育下游需求，應(yīng)用端不斷向高端領(lǐng)域延展，實(shí)現(xiàn)需求的“質(zhì)”“量”齊升；3）旺盛且持久的訂單顯著提升企業(yè)業(yè)績，改善其現(xiàn)金流，并吸引優(yōu)質(zhì)資本持續(xù)注入；4）政策傾斜疊加現(xiàn)金流充沛，企業(yè)將投入更多研發(fā)資源并擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，有效降低生產(chǎn)成本。以上述產(chǎn)業(yè)發(fā)展邏輯作為框架，現(xiàn)階段我國碳纖維產(chǎn)業(yè)在核心技術(shù)裝備、產(chǎn)品性能、生產(chǎn)成本與規(guī)模等方面較美、

日仍有較大差距，具體表現(xiàn)為以下三點(diǎn)：1）碳纖維研制、應(yīng)用等基礎(chǔ)科學(xué)問題尚未探明，高端碳纖維及其復(fù)材較國外仍有代差。我國碳纖維研究雖起步

早，但由于早期缺乏腈綸等纖維制品的工業(yè)生產(chǎn)基礎(chǔ)，疊加國外嚴(yán)格的技術(shù)封鎖，導(dǎo)致我國在碳纖維工藝、成分、

結(jié)構(gòu)、性能等技術(shù)領(lǐng)域仍有認(rèn)知盲點(diǎn)。據(jù)《中國高性能碳纖維產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展》論述，國外航空航天等領(lǐng)域已經(jīng)大規(guī)模應(yīng)用以

T800

級(jí)碳纖維為主要增

強(qiáng)體的第

2

代先進(jìn)復(fù)合材料，而中國總體上仍處在第

1

代先進(jìn)復(fù)合材料擴(kuò)大應(yīng)用階段，T800

級(jí)碳纖維的工程化

應(yīng)用尚處研制階段。中國高性能纖維及其復(fù)合材料與國外先進(jìn)水平存在代差。2）產(chǎn)業(yè)化工藝與裝備核心技術(shù)仍未有本質(zhì)突破，導(dǎo)致企業(yè)有產(chǎn)能無銷量，進(jìn)口依賴嚴(yán)重?，F(xiàn)階段國產(chǎn)碳纖維仍

以小絲束產(chǎn)品為主，高質(zhì)量、大絲束、低成本、大規(guī)模碳纖維工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)尚未突破，而國外已開始將大絲束

低成本與小絲束高質(zhì)量碳纖維工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)融合，提升碳纖維品質(zhì)的同時(shí)進(jìn)一步降低成本。據(jù)《2019

全球碳纖維復(fù)合材料市場報(bào)告》統(tǒng)計(jì)，2019

年我國碳纖維需求約

3.8

萬噸，其中進(jìn)口量占

68%；此

外，2019

年我國碳纖維運(yùn)行產(chǎn)能為

2.6

萬噸而銷量僅為

1.2

萬噸，銷量/產(chǎn)能比僅為

34%（國際通常在

65%-85%）。我們認(rèn)為，碳纖維產(chǎn)業(yè)化程度不高一方面歸因于前述基礎(chǔ)科學(xué)未完全探明，另一方面則由于企業(yè)與科研院所尚未

建立有效合作機(jī)制導(dǎo)致“產(chǎn)”與“研”相分離。此外，因裝備國產(chǎn)化不足、對引進(jìn)裝備二次改造能力弱，只能使

工藝去迎合裝備條件，從而失去以工藝為核心的產(chǎn)業(yè)化準(zhǔn)則，進(jìn)一步導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性差、產(chǎn)能釋放率低。3）性能不足、產(chǎn)業(yè)化程度低等問題導(dǎo)致下游“不會(huì)用”、“用不好”問題突出，未對需求升級(jí)形成有效牽引。據(jù)

《2019

全球碳纖維復(fù)合材料市場報(bào)告》統(tǒng)計(jì)，2019

年國內(nèi)來自體育休閑領(lǐng)域的碳纖維需求占比達(dá)

37%，而航

空航天高端需求占比僅為

4%，反觀全球航空航天領(lǐng)域高端碳纖維需求占比則高達(dá)

23%。我們認(rèn)為，我國碳纖維下游需求結(jié)構(gòu)失衡的主要原因在于國內(nèi)大多數(shù)企業(yè)未形成碳纖維生產(chǎn)的全流程覆蓋，產(chǎn)業(yè)

鏈各環(huán)節(jié)較為分散，導(dǎo)致企業(yè)缺乏對碳纖維從設(shè)計(jì)到制造再到下游應(yīng)用的集成能力，最終使得下游應(yīng)用難以升級(jí)，

未對需求產(chǎn)生持續(xù)的拉動(dòng)作用。2.2

他山之石：技術(shù)創(chuàng)先機(jī)、政策育土壤、應(yīng)用拓市場碳纖維始于美國，興于日本，產(chǎn)業(yè)整合、應(yīng)用場景不斷擴(kuò)大是現(xiàn)階段行業(yè)發(fā)展主題：碳纖維始于白熾燈發(fā)光體，日本、英國率先開始

PAN基碳纖維研發(fā)。1879

年愛迪生發(fā)明了以碳纖維為發(fā)光

體的白熾燈并于美國取得初步成功，但隨后因被鎢絲取代而陷入沉寂。20

世紀(jì)

50

年代，美蘇爭霸期間，美國為研發(fā)大型火箭和人造衛(wèi)星以及全面提升飛機(jī)性能，急需新型結(jié)構(gòu)材

料和耐燒蝕材料，碳纖維又重新出現(xiàn)在材料科學(xué)舞臺(tái)。1959

年，日本大阪工業(yè)試驗(yàn)所近藤昭男博士發(fā)明

PAN基碳纖維制備技術(shù)，隨后

60

年代日、英率先開始

PAN基碳纖維技術(shù)攻關(guān)，而同時(shí)期美國還在攻克粘膠基技術(shù)，導(dǎo)致其

PAN基碳纖維研究起步較晚。1970-1990

年，碳纖維工程化、工業(yè)化技術(shù)先后被攻克，產(chǎn)品逐漸系列化，應(yīng)用場景取得重大突破。20

世

紀(jì)

70

年代，日、美、英開始頻繁技術(shù)合作，美國從英國獲得碳化技術(shù)并與日本東麗、東邦和三菱展開技術(shù)

轉(zhuǎn)讓，隨后美國與日本于

1972

年制得碳纖維高爾夫球桿和魚竿，風(fēng)靡全球。同時(shí)期，碳纖維復(fù)材實(shí)現(xiàn)了于

航空航天（軍、民用）結(jié)構(gòu)件上的工程化應(yīng)用，并率先在軍機(jī)上實(shí)現(xiàn)批量化生產(chǎn)，成為碳纖維騰飛的基石。跨入

80

年代，世界碳纖維單產(chǎn)線產(chǎn)能突破千噸/年，東麗產(chǎn)品譜系日益豐富（T300、T800、T1000、M60J），以

波音、空客為代表的民用航空對碳纖維需求萌芽，1982

年

T300

率先于

B757、B767

及航天飛機(jī)上得到應(yīng)用。

然而，英國由于缺乏應(yīng)用支撐開始以轉(zhuǎn)讓技術(shù)為主，將技術(shù)分別轉(zhuǎn)讓給中國、印度、俄羅斯和巴西。1990-2000

年，碳纖維迎并購浪潮，美、日地位進(jìn)一步穩(wěn)固，寡頭局面初步形成。該時(shí)期各大碳纖維廠商開

始搶占市場份額，美國赫氏并購了美國赫拉克勒斯的碳纖維產(chǎn)業(yè)；美國石油巨頭阿莫科整合了大部分美國的

碳纖維資源，不僅包括美國聯(lián)碳公司還有東邦與美國塞蘭尼斯公司合作的碳纖維資產(chǎn)(2001

年變更為氰特

CYTEC）。德國石墨巨頭西格里收購了英國考陶爾茲留下的

RKcarbon，至此碳纖維拓荒者——英國考陶爾

茲退出歷史舞臺(tái)。進(jìn)入

21

世紀(jì)，碳纖維產(chǎn)業(yè)整合仍在繼續(xù)，下游應(yīng)用向風(fēng)電、汽車等新興領(lǐng)域加速延展。進(jìn)入

21

世紀(jì)，行

業(yè)整合仍在延續(xù)，SGL從阿爾笛處拉收購了合資碳纖維的股份、日本東邦收購了美國福塔菲爾碳纖維、日本東麗收購了卓爾泰克；與此同時(shí)航空航天、汽車、風(fēng)力發(fā)電等領(lǐng)域碳纖維應(yīng)用急劇擴(kuò)大，號(hào)稱碳纖維飛機(jī)

的

B787

和

A350

于

2011

年和

2014

年完成首架交付，2010

年寶馬與西格里合資建碳纖維廠試圖徹底實(shí)現(xiàn)

電動(dòng)汽車輕量化，由于拉擠板成功應(yīng)用于葉片梁帽，風(fēng)電巨頭維斯塔斯對碳纖維需求空前增長。以史為鏡，我們認(rèn)為技術(shù)革新、政策護(hù)航與應(yīng)用拓展是世界碳纖維發(fā)展的最核心變量：技術(shù)驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品性能升級(jí)，是碳纖維發(fā)展的第一動(dòng)力。美、日在碳纖維發(fā)展初期便已意識(shí)到核心技術(shù)工藝是實(shí)

現(xiàn)性能提升的基礎(chǔ)，隨后便紛紛進(jìn)行戰(zhàn)略布局，直到現(xiàn)階段依然在大力推動(dòng)碳纖維材料的研發(fā)。以日本為例，

自

20

世紀(jì)

60

年代開始

PAN基碳纖維技術(shù)攻關(guān)后，其每間隔

5-10

年便會(huì)推陳出新，實(shí)現(xiàn)技術(shù)與產(chǎn)品性能

的全面升級(jí)。與此同時(shí)，日本國內(nèi)較早實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，成員覆蓋了完整的碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈，如新構(gòu)造材料技術(shù)研究聯(lián)盟

（ISMA），其共有

39

個(gè)成員，37

家為企業(yè)，1

家為國立研究所，剩余

1

家為國立大學(xué)。通過產(chǎn)、學(xué)、研的

深度結(jié)合，日本在碳纖維中間材料技術(shù)、成型技術(shù)、連接技術(shù)與回收技術(shù)領(lǐng)域均實(shí)現(xiàn)了重大突破，成為世界

碳纖維強(qiáng)國。政策為研發(fā)單位、企業(yè)保駕護(hù)航，為碳纖維發(fā)展提供優(yōu)質(zhì)土壤。20

世紀(jì)以來，美、日均在政策層面推波助

瀾，促進(jìn)碳纖維產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。如日本在包括“能源基本計(jì)劃”、“經(jīng)濟(jì)成長戰(zhàn)略大綱”和“京都議定書”等多

項(xiàng)基本政策中都將碳纖維作為重點(diǎn)推進(jìn)項(xiàng)目，在政策支持下，日本碳纖維行業(yè)得以更有效集中各方資源，推

動(dòng)產(chǎn)業(yè)共性問題的解決。此外，美國國防部高級(jí)研究計(jì)劃局在

2006

年啟動(dòng)了先進(jìn)結(jié)構(gòu)纖維項(xiàng)目，美國能源

部

2014

年也為多個(gè)碳纖維項(xiàng)目提供了高達(dá)

1130

萬美元的資助。企業(yè)層面，美、日亦提供政策“方便”以不斷優(yōu)化行業(yè)環(huán)境。例如

20

世紀(jì)

80

年代，美國碳纖維公司大多采

用外部治理模式，但由于碳纖維材料的特殊性其發(fā)展往往受到別國技術(shù)的制約，美國國內(nèi)公司一度瀕臨倒閉。

1988

年美國國防部推出了以碳纖維等關(guān)鍵材料本土化為核心的國家戰(zhàn)略，指出碳纖維等國防工業(yè)關(guān)鍵材料

必須自給自足，從而幫助國內(nèi)碳纖維企業(yè)走出了困境。應(yīng)用領(lǐng)域持續(xù)拓寬是行業(yè)發(fā)展的“永動(dòng)機(jī)”。碳纖維最初被用于白熾燈燈絲，而后由于美、蘇軍事爭霸，碳

纖維開始在軍用航空航天領(lǐng)域發(fā)光發(fā)熱，成為武器裝備的減重利器。此后，隨著

PAN基碳纖維技術(shù)的突破、

疊加產(chǎn)能提升帶來的規(guī)模效應(yīng)，碳纖維生產(chǎn)成本大幅降低，碳纖維開始在民用航空、體育休閑等領(lǐng)域大放異

彩?，F(xiàn)階段，以風(fēng)力發(fā)電、壓力容器、新能源汽車等新為代表的新興產(chǎn)業(yè)輕量化需求旺盛，成為碳纖維行業(yè)

發(fā)展的新驅(qū)動(dòng)。我們認(rèn)為，應(yīng)用領(lǐng)域的持續(xù)拓寬一方面將倒逼碳纖維產(chǎn)業(yè)化、工程化技術(shù)進(jìn)步，另一方面也

將吸引更多優(yōu)質(zhì)企業(yè)的涌入，為行業(yè)發(fā)展提供不竭動(dòng)力。2.3

航空為先——東麗與赫氏的騰飛之路2.3.1

日本東麗：積淀

50

余年，航空布局終迎開花結(jié)果15

年增長

5

倍，東麗碳纖維業(yè)務(wù)規(guī)模突破

2300

億日元。2019

年東麗碳纖維業(yè)務(wù)收入

2369

億日元，同比增長

9.7%，實(shí)現(xiàn)營業(yè)利潤

210

億日元，營業(yè)利潤率為

8.9%。2004-2019

年，東麗碳纖維業(yè)務(wù)收入

CAGR達(dá)

12%。洞悉材料價(jià)值，“超長期”戰(zhàn)略成就全球碳纖維龍頭：日本東麗公司

1926

年創(chuàng)立之初僅是一家人造絲制造公司，

隨后根據(jù)市場需求不斷豐富自身產(chǎn)品體系，在深諳各類材發(fā)展價(jià)值的前提下陸續(xù)研發(fā)了合成纖維，樹脂、薄膜等

尖端材料，并將產(chǎn)品推廣至全球，成為世界材料領(lǐng)域無可爭議的“領(lǐng)頭羊”。縱觀東麗碳纖維業(yè)務(wù)發(fā)展史，我們將其成功因素總結(jié)為三點(diǎn)：1）提前洞悉碳纖維潛在應(yīng)用價(jià)值，并維持高研發(fā)

投入，為公司未來厚積薄發(fā)奠定基礎(chǔ)；2）乘航空發(fā)展之風(fēng)，率先實(shí)現(xiàn)高端碳纖維批量化、規(guī)?；a(chǎn)，同時(shí)在

全球范圍內(nèi)積極擴(kuò)充產(chǎn)能，不斷提升公司市場占有率；3）以航空為基，橫向布局風(fēng)力發(fā)電、汽車等高端民用領(lǐng)

域，真正實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)開花。從體育休閑領(lǐng)域切入碳纖維市場，實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。東麗

1961

年啟動(dòng)碳纖維研發(fā)，1971

年開始生產(chǎn)。公

司早期試圖進(jìn)軍航空碳纖維領(lǐng)域，但彼時(shí)歐美主要公司都聚焦該市場，訂單競爭激烈，尚屬小公司的東麗無

法進(jìn)入。于是公司另辟蹊徑，通過開發(fā)魚竿、球桿等體育用品，實(shí)現(xiàn)碳纖維的商業(yè)化應(yīng)用和工業(yè)化生產(chǎn)。乘航空之風(fēng)，鑄行業(yè)巨頭：20

世紀(jì)

70

年代后期，石油價(jià)格飆升，民航公司急需輕量化增強(qiáng)材料以減少機(jī)身

重量，1975

年和

1987

年，東麗碳纖維分別應(yīng)用于波音

737

的輔助承重結(jié)構(gòu)和空客

A320

的主承力部件中。

據(jù)波音公司“高拉伸強(qiáng)度和彈性條件下較鋁輕

30%”的需求，東麗開發(fā)出

T800

等高端碳纖維并于上世紀(jì)

90

年代起陸續(xù)用于波音

767、777、787

及空客

A350

上。航空需求的爆發(fā)加速東麗千噸產(chǎn)線的構(gòu)建和萬噸產(chǎn)

量的釋放，公司實(shí)現(xiàn)由前期虧損至穩(wěn)定盈利的轉(zhuǎn)變。產(chǎn)能擴(kuò)張疊加橫向布局，碳纖維生產(chǎn)體系持續(xù)完善：1）為應(yīng)對航空等領(lǐng)域碳纖維需求的攀升，東麗一直致力于全球布局以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)需匹配。1972

年東麗在愛媛

工廠新設(shè)月產(chǎn)

6

萬噸的生產(chǎn)設(shè)備，并通過

UCC公司構(gòu)建美國市場的售渠道；1982

年設(shè)立

Soficar公司，

該公司

1985

年于西班牙設(shè)立工廠投產(chǎn)；1992

年于西雅圖市郊成立

TCA公司，1997

年在美國迪凱特成

立

CFA公司并建設(shè)工廠。東麗由此確立了橫跨日本、歐洲和美國

3

大地區(qū)的全球運(yùn)營體制。2012

東麗

決定年產(chǎn)量增加

6000

噸，集團(tuán)年產(chǎn)量擴(kuò)大至

2.71

萬噸，2014

和

2015

年也分別實(shí)現(xiàn)了增產(chǎn)。2）東麗亦利用自身技術(shù)與市場優(yōu)勢拓展高端民用領(lǐng)域，穩(wěn)固全球碳纖維龍頭地位。汽車方面，2010

年，

東麗與德國

Daimler公司簽訂了汽車零部件碳纖維復(fù)材共同開發(fā)合同；此外，豐田與本田分別于

2014

和

2016

年發(fā)布了氫燃料汽車，車身均采用了東麗碳纖維材料；風(fēng)電方面，東麗

2014

年收購了

Zoltek公司，發(fā)力以風(fēng)電渦輪機(jī)葉片為主要用途的大絲束領(lǐng)域。2.3.2

美國赫氏：深耕復(fù)材應(yīng)用，打造美國航空航天碳纖維標(biāo)桿碳纖維復(fù)材為主要收入來源，盈利能力持續(xù)增長。赫氏是美國最大的碳纖維生產(chǎn)商和復(fù)合材料供應(yīng)商，2019

年

赫氏總營收

23.6

億美元，其中碳纖維復(fù)材收入為

18.6

億美元，占比近

80%；2006-2019

年赫氏碳纖維復(fù)材營

業(yè)利潤由

1.2

億美元上升至

4.1

億美元，CAGR達(dá)

10%，營業(yè)利潤率由

15%上升至

22%，盈利能力不斷增強(qiáng)。航空航天占比超

85%，民用領(lǐng)域強(qiáng)勢崛起。赫氏自身將其整體業(yè)務(wù)分為商業(yè)航空航天、軍用航空航天及工業(yè)用

品三類，2005-2019

年其航空航天板塊業(yè)務(wù)（軍用+民用）占比由

72%上升至

87%，商業(yè)航空航天占比由

49%

上升至

68%，增幅顯著。與東麗多元化的材料業(yè)務(wù)不同，赫氏聚焦復(fù)合材料應(yīng)用

70

余年，公司發(fā)展史亦是美國航空航天歷史的縮影：發(fā)展初期便致力于復(fù)材研發(fā)，扎根航空航天。赫氏成立于

1946

年，1953

年其產(chǎn)品便用于復(fù)合材料制造的

第一架轟炸機(jī)和戰(zhàn)斗機(jī)，在

1961

年經(jīng)歷了軍費(fèi)削減導(dǎo)致的銷售下滑后，1965

年美越戰(zhàn)爭重新推動(dòng)公司蜂

窩結(jié)構(gòu)復(fù)合材料業(yè)務(wù)發(fā)展。1993

年由于經(jīng)營問題，公司申請破產(chǎn)保護(hù)，多方籌資籌得

5000

萬美元后于

1995

年

2

月擺脫破產(chǎn)保護(hù)。通過收購切入碳纖維及其復(fù)合材料領(lǐng)域，公司獲得“二次生命”。1996

年赫氏收購

Ciba-Geigy和

Hercule的復(fù)合材料業(yè)務(wù)，獲取了關(guān)鍵的航空產(chǎn)品生產(chǎn)資格和碳纖維生產(chǎn)能力，為后續(xù)承接多項(xiàng)軍民航空、航天業(yè)務(wù)

打下基礎(chǔ)。洛馬、波音、空客等軍民機(jī)項(xiàng)目紛至沓來，赫氏進(jìn)入穩(wěn)定盈利期。民品方面，空客

A380、A320、H160

直升機(jī)、波音

787

Dreamliner、747-8

等機(jī)型均采用了赫氏碳纖維復(fù)合材料；軍品方面，赫氏為

F35、V-22（魚

鷹）傾斜旋翼飛機(jī)、UH60M黑影、AH-64

阿帕奇、A400M軍事運(yùn)輸機(jī)、大黃蜂戰(zhàn)機(jī)等軍機(jī)提供碳纖維復(fù)合

材料；此外，赫氏也參與了多項(xiàng)美國國家空探索計(jì)劃如阿波羅登月、哥倫比亞航天飛機(jī)制等，如正是航空航

天領(lǐng)域業(yè)務(wù)的不斷增長，使得赫氏穩(wěn)坐美國碳纖維及其復(fù)材制造商龍頭地位?？偨Y(jié)東麗、赫氏的發(fā)展可再次得出：1）持續(xù)的研發(fā)投入、不懈的應(yīng)用實(shí)踐為碳纖維制造企業(yè)發(fā)展的基石；2）航空航天是碳纖維制造的試金石，批量化生產(chǎn)帶來的規(guī)模效應(yīng)是企業(yè)蛻變的關(guān)鍵；3）后期高端民用領(lǐng)域的橫向擴(kuò)張是保持業(yè)務(wù)常青的良藥。3.全球市場極速擴(kuò)張，國內(nèi)航空航天需求潛力巨大3.1

國際市場：航空航天占據(jù)主導(dǎo)，風(fēng)電葉片增速強(qiáng)勁2019

年全球碳纖維需求首次突破

10

萬噸。據(jù)《2019

全球碳纖維復(fù)合材料市場報(bào)告》測算，2019

年全球碳纖維

需求總量達(dá)

10.4

萬噸，同比增長

12%，金額達(dá)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(guān)，其直接反映了碳纖維下游需求的持續(xù)擴(kuò)張。隨著

各國對碳纖維投入加大，核心技術(shù)將不斷突破，當(dāng)絕大部分核心技術(shù)被掌握后，下一個(gè)

10

萬噸需求增長的用時(shí)

間將急劇縮短，據(jù)《2019

全球碳纖維復(fù)合材料市場報(bào)告》預(yù)測，2025

年全球碳纖維需求量將達(dá)到

20

萬噸，2030

年將達(dá)到

40-50

萬噸。航空航天依舊穩(wěn)占碳纖維需求主體地位。2019

年航空航天領(lǐng)域碳纖維需求量

2.35

萬噸，同比增長

12%，占總

需求量的

23%。由于航空航天高端碳纖維單價(jià)較高，因此該領(lǐng)域

2019

年需求金額達(dá)到

14.1

億美元，占需求總

金額的

49%。據(jù)《2019

全球碳纖維復(fù)合材料市場報(bào)告》披露，2019

年航空航天領(lǐng)域碳纖維需求的增加主要來源

于波音

787

和空客

A350

產(chǎn)能的擴(kuò)張。5

年翻

4

倍，風(fēng)電葉片需求增速強(qiáng)勁。據(jù)賽奧碳纖維技術(shù)統(tǒng)計(jì)，2014-2019

年全球來自風(fēng)電葉片領(lǐng)域的碳纖維需

求由

0.6

萬噸上升至

2.55

萬噸，CAGR達(dá)

33.6%，增速強(qiáng)勁。2019

年來自風(fēng)電葉片領(lǐng)域的碳纖維需求占總量的

25%，然而由于該領(lǐng)域碳纖維單價(jià)較低，對總體金額貢獻(xiàn)不顯著，僅占總需求價(jià)值量的

12%。其他領(lǐng)域碳纖維需求增速穩(wěn)定。據(jù)《2019

全球碳纖維復(fù)合材料市場報(bào)告》統(tǒng)計(jì)，2019

年汽車、壓力容器、混配

模成型、建筑補(bǔ)強(qiáng)、電子電氣等領(lǐng)域碳纖維需求與總需求量協(xié)同增長，同比增速維持在

12%左右。其中，體育休

閑領(lǐng)域需求增速較慢，每年維持

4-5%左右的增幅。3.2

國內(nèi)市場：航空航天占比不足，體育休閑、風(fēng)電葉片為需求主要來源我國碳纖維需求

12

年增長近

5

倍。據(jù)賽奧碳纖維技術(shù)統(tǒng)計(jì)，2008-2019

年我國碳纖維需求量已經(jīng)由

0.8

萬噸上

升至

3.8

萬噸，占全球總需求量的

36%，CAGR達(dá)

15%，超過全球平均增速。預(yù)計(jì)到

2025

年，我國碳纖維需

求總量將達(dá)到

11.9

萬噸。風(fēng)電葉片、體育休閑領(lǐng)域?yàn)橹饕枨髞碓矗娇蘸教煨枨髧?yán)重不足：2019

年風(fēng)電葉片高增長拉動(dòng)行業(yè)整體需求。2019

年我國風(fēng)電葉片碳纖維需求量為

1.38

萬噸，同比增長達(dá)

72.5%，占總需求量的

36.5%。其中，國產(chǎn)碳纖維約

1000

噸，相較

2018

年的完全進(jìn)口，邁出了國產(chǎn)替代

的第一步。體育休閑領(lǐng)域?yàn)閲鴥?nèi)碳纖維需求最大來源。2019

年中國大陸與中國臺(tái)灣體育休閑領(lǐng)域碳纖維需求合計(jì)

1.4

萬

噸，同比增幅

4%，占總需求量高達(dá)

37%，2014-2019

年體育休閑領(lǐng)域一直是我國碳纖維需求最大來源。航空航天占比僅為

3.7%，較世界平均水平差距顯著。2019

年我國航空航天碳纖維需求

1400

噸，較

2018

年上升

400

噸。2014-2019

年我國航空航天領(lǐng)域碳纖維需求占比維持在

2%-4%，較世界平均的

22%-24%

（2014

年為

29%）差距顯著。3.3

碳纖維為航空航天必備新材料，未來增量需求有望破萬噸3.3.1

碳纖維正推動(dòng)航空航天邁入輕量化時(shí)代當(dāng)前，由于碳纖維性能的不斷提高和基體樹脂增韌性技術(shù)的突破，碳纖維復(fù)合材料正逐步取代傳統(tǒng)金屬材料被廣

泛應(yīng)用于航空制造業(yè)中，特別是高強(qiáng)中模、大伸長碳纖維，能夠顯著提高沖擊后的壓縮強(qiáng)度和耐熱/濕性，成為飛

機(jī)結(jié)構(gòu)材料的不二之選。碳纖維復(fù)合材料在航空領(lǐng)域的應(yīng)用大致可分為三個(gè)部分：1）應(yīng)用在受力不大或非承力構(gòu)件階段(如舵面、口蓋等)；2）應(yīng)用在次承力或承力較大構(gòu)件階段(如機(jī)翼等)；3）應(yīng)用在主承力構(gòu)件或復(fù)雜受力構(gòu)件階段

(如機(jī)身、中央翼

盒)等；世界范圍內(nèi)各類型軍用飛機(jī)均大量使用碳纖維復(fù)合材料：戰(zhàn)斗機(jī)：先進(jìn)機(jī)型碳纖維復(fù)材占比正逐步提升，據(jù)《碳纖維及石墨纖維》統(tǒng)計(jì)，美國

F-14A的復(fù)合材料僅占

1%，到英國生產(chǎn)的戰(zhàn)機(jī)“臺(tái)風(fēng)”EP2000

時(shí)復(fù)合材料含量已達(dá)

40%。直升機(jī)：理論上

1kg碳纖維復(fù)合材料可代替

3kg的鋁合金，對于直升機(jī)而言，碳纖維不僅具有高比強(qiáng)度和

比模量，且具有優(yōu)異的阻尼特性，即不易起振，起振后能迅速吸收動(dòng)能并停止下來，這可降低飛行載荷在直

升機(jī)懸翼上產(chǎn)生的交變動(dòng)值。此外，碳纖維復(fù)合材料具有突出的耐疲勞性，靜強(qiáng)度與疲勞強(qiáng)度比為

0.6-0.7，

而玻璃纖維僅為

0.3，芳綸纖維為

0.5。以

MBB公司研制的

BK117

直升機(jī)為例，該機(jī)型碳纖維復(fù)合材料占比高達(dá)

75%，于使用復(fù)合材料的構(gòu)件，

平均減重

33%，平均零件數(shù)目減少

79%。同時(shí)，我國由哈爾濱飛機(jī)制造公司生產(chǎn)的直-9

型直升機(jī)復(fù)合材料

用量也超過了

60%，該機(jī)不僅武裝了駐港部隊(duì)，而且參加了上海合作組織在俄羅斯舉行的反恐演練。耐熱+減重，碳纖維助力火箭、導(dǎo)彈飛得更高，打得更遠(yuǎn)。在

2000℃以上高溫環(huán)境中碳材料是唯一強(qiáng)度不降的物

質(zhì)，且軍用碳纖維可在

3

000℃以上環(huán)境保持穩(wěn)定，耐溫性遠(yuǎn)超鈦金屬及其合金，因而被廣泛應(yīng)用于火箭的助推

器、防護(hù)罩、發(fā)動(dòng)機(jī)罩和導(dǎo)彈殼體、發(fā)射筒等結(jié)構(gòu)。此外，碳纖維復(fù)合材料亦可減輕火箭和導(dǎo)彈的質(zhì)量，加大其

射程，提高落點(diǎn)精度。以導(dǎo)彈為例，據(jù)《碳纖維及石墨纖維》表述，美國、日本、法國的固體發(fā)動(dòng)機(jī)殼體主要采用碳纖維復(fù)合材料。美

國

MK型、SICBM型、三叉戟Ⅰ型機(jī)動(dòng)洲際彈道導(dǎo)彈鼻錐和發(fā)動(dòng)機(jī)噴管喉襯都采用了

3DC-CFRP（以碳纖維

3

向編織物為胚體的碳纖維復(fù)合材料），衛(wèi)兵型、SPI型反彈道導(dǎo)彈鼻錐采用了

3DC-CFRP，民兵Ⅲ鼻錐也采用了

細(xì)編穿刺

C-C復(fù)合材料。MX彈道導(dǎo)彈第三級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)噴管及三叉戟

II型(D-5)的第一、二級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)噴管都采用了

C-CFRP。美國“北極星”、“戰(zhàn)斧”、三叉戟

II型(Trident-II，D-5)導(dǎo)彈的固體發(fā)動(dòng)機(jī)殼體采用了

CFRP。法國

M51

導(dǎo)彈的一級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)外殼由碳纖維復(fù)合材料編織而成。碳纖維可為民用航空帶來顯著經(jīng)濟(jì)效益。據(jù)《碳纖維及石墨纖維》描述，利用碳纖維及其復(fù)合材料替代鋼或者鋁

減重效率可達(dá)

20%-40%，對客機(jī)而言，減重可有效節(jié)省燃油、

提高航程和凈載能力，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。在早期

A310、B757

和

B767

上，碳纖維復(fù)合材料占比僅為

4%-7%，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，碳纖維復(fù)合材料逐

漸作為次承力構(gòu)件和主承力構(gòu)件應(yīng)用在客機(jī)上，其質(zhì)量占比也開始逐步提升。至

A380

時(shí)，復(fù)合材料占比達(dá)到

25%，具體應(yīng)用于客機(jī)主承力結(jié)構(gòu)部件如主翼、尾翼、機(jī)體、中央翼盒、壓力隔壁等和次承力結(jié)構(gòu)部件如輔助翼、

方向舵及客機(jī)內(nèi)飾材料等，開創(chuàng)了先進(jìn)復(fù)合材料在大型客機(jī)上大規(guī)模應(yīng)用的先河。在最新的

B787

和

A350

機(jī)身上，復(fù)合材料的用量達(dá)到

50%以上，有更多部件使用碳纖維，例如機(jī)頭、尾翼、機(jī)

翼蒙皮等，使碳纖維需求量極大提升。3.3.2

裝備升級(jí)放量、民航需求爬坡，碳纖維新增需求破萬噸我國軍機(jī)總數(shù)僅為美國四分之一，高端戰(zhàn)機(jī)占比不足，軍機(jī)迭代迫在眉睫。據(jù)《WorldAirforces2020》統(tǒng)計(jì)，

2019

年我國軍機(jī)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(jī)仍是主力，占比達(dá)到

58%，四代機(jī)占比僅為

1%，而美軍現(xiàn)役已無二代戰(zhàn)斗機(jī)，其三、四代機(jī)型占比分

別為

87%和

13%。我們認(rèn)為，未來我國軍機(jī)升級(jí)換代將是大勢所趨。經(jīng)我們測算，未來軍機(jī)碳纖維復(fù)合材料需求規(guī)模將超過

300

億元：我國軍機(jī)單機(jī)重量和碳纖維復(fù)合材料含量同步提升，放量后將產(chǎn)生乘數(shù)效應(yīng)。據(jù)《復(fù)合材料在航空戰(zhàn)機(jī)上的

應(yīng)用》表述，以殲擊機(jī)為例，我國殲-7

空重

5.3

噸，碳纖維復(fù)材含量約

2%，新一代戰(zhàn)機(jī)空重

17

噸，碳纖

維復(fù)合材料含量約

25-30%，相比老舊機(jī)型，新機(jī)型單機(jī)重量與碳纖維復(fù)材含量均顯著提升，未來將產(chǎn)生乘

數(shù)效應(yīng)支撐碳纖維需求增長。軍機(jī)迭代將新增

8210

噸碳纖維需求，市場規(guī)模達(dá)到

328

億元。主要假設(shè)：1）軍機(jī)持續(xù)迭代，新機(jī)型不斷亮相；2）據(jù)《先進(jìn)戰(zhàn)斗機(jī)結(jié)構(gòu)選材與制造工藝需求分析》內(nèi)容，將軍

機(jī)結(jié)構(gòu)系數(shù)設(shè)為

31%-34%。3）軍用碳纖維復(fù)合材料成材率大約為

70%。國產(chǎn)

C919、ARJ21

訂單不斷增加，支撐民用碳纖維復(fù)材市場未來需求。國產(chǎn)大型客機(jī)

C919

于

2008

年啟動(dòng)研

制，2017

年成功首飛并計(jì)劃在

2021

年取得適航證。此外，國產(chǎn)

ARJ21

新支線飛機(jī)投入運(yùn)營后銷量也保持良好。據(jù)中國之聲

2020

年

5

月披露，C919

當(dāng)前累計(jì)客戶

28

家，訂單總數(shù)已有

815

架；商飛亦收到來自

22

家客戶合

計(jì)

596

架

ARJ21-700

飛機(jī)訂單。經(jīng)測算，當(dāng)前國產(chǎn)客機(jī)在手訂單兌現(xiàn)將產(chǎn)生

1383

噸碳纖維復(fù)材需求，市場規(guī)

模超過

55

億元。據(jù)中國航空工業(yè)發(fā)展研究中心發(fā)布的《2020-2039

年民用飛機(jī)中國市場預(yù)測年報(bào)》預(yù)測，為滿足運(yùn)量增長和替換

退役飛機(jī)需求，至

2039

年中國客機(jī)機(jī)隊(duì)規(guī)模將達(dá)

8854

架，其中因運(yùn)量需求而新增的客機(jī)

5208

架，替換退役

客機(jī)

2368

架，剩余

1278

架為存量客機(jī)，市場價(jià)值超萬億美元。我們判斷，未來以

C919、ARJ21

為代表的國

產(chǎn)民用飛機(jī)訂單將繼續(xù)增長，進(jìn)一步提振碳纖維下游需求。4.高端民用多點(diǎn)開花，國產(chǎn)替代迎成長風(fēng)口4.1

風(fēng)力發(fā)電將成碳纖維行業(yè)新驅(qū)動(dòng)碳纖維可有效降低風(fēng)電葉片重量，促進(jìn)風(fēng)力發(fā)電向大功率方向發(fā)展。風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)主要由發(fā)電機(jī)、葉片、塔架和

控制系統(tǒng)組成。其中，復(fù)合材料葉片是發(fā)電機(jī)的核心部件之一，葉片成本約占發(fā)電機(jī)系統(tǒng)成本的

18%-22%。由

于風(fēng)力發(fā)電機(jī)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(fù)合材料成為風(fēng)電葉片的理想選擇。5

年翻

4

倍，風(fēng)電葉片碳纖維需求增速強(qiáng)勁。據(jù)賽奧碳纖維技術(shù)統(tǒng)計(jì)，2014-2019

年全球來自風(fēng)電葉片領(lǐng)域的碳

纖維需求由

0.6

萬噸上升至

2.55

萬噸，CAGR達(dá)

33.6%，增速強(qiáng)勁。2019

年來自風(fēng)電葉片領(lǐng)域的碳纖維需求占

總量的

25%，然而由于該領(lǐng)域碳纖維單價(jià)較低，對總體金額貢獻(xiàn)不顯著，僅占總需求價(jià)值量的

12%。風(fēng)力發(fā)電市場規(guī)模迅速擴(kuò)張，中國為全球重要市場。據(jù)

GWEC發(fā)布的《全球風(fēng)電發(fā)展報(bào)告

2019》統(tǒng)計(jì)，2019

年全球風(fēng)電新增裝機(jī)容量達(dá)到

60.4GW，同比增長

19%；2019

年全球風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)容量突破

650GW，同比增

長

10%，2001-2019

年全球風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)容量由

24GW上升至

651GW，CAGR達(dá)

20%，規(guī)模增速顯著。國家層面，2019

年新增裝機(jī)容量排名前五的是中國、美國、英國、印度和西班牙，合計(jì)占全球的

70%。就累計(jì)

裝機(jī)而言，中國、美國、德國、印度和西班牙位列第一至第五，合計(jì)占全球的

72%。我國陸上與海上新增裝機(jī)規(guī)模均位列世界第一：2019

年，全球陸上風(fēng)電新增裝機(jī)容量為

54.2GW，

同比增長

17%

；累計(jì)裝機(jī)規(guī)模邁過

600GW這一新的

里程碑，達(dá)到

621GW。其中，我國陸上風(fēng)電新增并網(wǎng)容量為

23.8GW，占全球比重

44%，累計(jì)并網(wǎng)容量達(dá)

到

230GW。2019

年，全球海上風(fēng)電新增裝機(jī)容量超過

6GW，是有史以來表現(xiàn)最好的一年。其中，我國的新增規(guī)模達(dá)到

創(chuàng)紀(jì)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(fēng)電市場。德國的新

增規(guī)模超過

1.1GW，居全球第三。據(jù)

GWEC預(yù)測，2020-2024

年，全球有望新增

355GW風(fēng)電裝機(jī)，年均增長接近

71GW，CAGR將達(dá)到

4%。

海上風(fēng)電新增裝機(jī)規(guī)模將從

6GW增至

15GW，其在全球年度風(fēng)電新增裝機(jī)中的占比相應(yīng)由

10%提高至

20%。就中國市場而言，由于存量項(xiàng)目需趕在

2020

年

12

月

31

日前并入電網(wǎng)，以拿到核準(zhǔn)電價(jià)，故此

2020

年有望成

為中國陸上風(fēng)電市場有史以來表現(xiàn)最好的一年，從

2021

年開始，中國陸上風(fēng)電市場發(fā)展主要受平價(jià)上網(wǎng)項(xiàng)目驅(qū)

動(dòng)，繼續(xù)引領(lǐng)世界風(fēng)電市場。我們判斷中國風(fēng)電行業(yè)的蓬發(fā)展將成為碳纖維市場有力驅(qū)動(dòng)器，促進(jìn)民用碳纖維需求走高。4.2

碳纖維，引領(lǐng)新能源汽車材料革命未來已來，碳纖維助力新能源汽車實(shí)現(xiàn)輕量化蛻變。據(jù)新能源汽車網(wǎng)測算，在同樣續(xù)航里程下，電動(dòng)汽車重量比

傳統(tǒng)汽車重

200-300kg甚至更多。因此為保證電動(dòng)汽車有較好續(xù)航里程和可承受成本，電動(dòng)汽車車身須減重

50%

以上。在所有輕量化材料中，碳纖維復(fù)合材料是唯一能在鋼質(zhì)零部件基礎(chǔ)上減重

50-60%卻能夠提供同等強(qiáng)度的

先進(jìn)材料。碳纖維及其復(fù)合材料在新能源汽車輕量化領(lǐng)域的優(yōu)勢突出表現(xiàn)在以下方面：車身輕量化：碳纖維密度小，較低碳鋼結(jié)構(gòu)減重

50%，較鎂/鋁合金結(jié)構(gòu)減重

30%；顛覆生產(chǎn)流程：模壓和粘結(jié)工藝代替沖壓和焊接，節(jié)約生產(chǎn)線及模、夾具的投入；集成度高，造型自由：可設(shè)計(jì)性強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)流線型曲面成本低，可減少零部件種類和工裝投入；提升汽車安全性：汽車輕量化后中心下降，提升操作穩(wěn)定性，碰撞吸能能力為鋼的

6-7

倍，鋁的

3-4

倍；提升汽車舒適性：更高的振動(dòng)阻尼，對汽車整體降噪效果提升顯著，舒適性更加。據(jù)中國汽車工程學(xué)會(huì)發(fā)布的《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖》預(yù)測，2026-2030

年，我國將實(shí)現(xiàn)整車比

2016

年減重

35%，將重點(diǎn)發(fā)展鎂合金和碳纖維復(fù)合材料技術(shù)，實(shí)現(xiàn)碳纖維復(fù)合材料混合車身及碳纖維零部件的大范圍

應(yīng)用。除車身減重外，碳纖維亦可應(yīng)用于新能源汽車電池箱體。動(dòng)力電池作為新能源汽車能量供給的核心零部件，其性

能直接影響新能源汽車的性能表現(xiàn)。其對材料有高強(qiáng)度、輕量化和優(yōu)良的耐腐蝕性要求；碳纖維在這

3

方面具有

極大優(yōu)勢，其具有較高的比強(qiáng)度和比模量，同時(shí)還具有優(yōu)良的耐蝕性和阻燃性，因此能在滿足上述條件的同時(shí)，

做到動(dòng)力電池箱的輕量化。我國新能源