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風(fēng)電、氫能源、航空航天、汽車、碳碳復(fù)材等一眾應(yīng)用領(lǐng)域同步發(fā)力，碳纖維大時(shí)代已經(jīng)來(lái)臨。

(資料圖)

01

碳纖維是什么？

碳纖維被稱為“新材料之王”，是由聚丙烯腈（PAN）（或?yàn)r青、粘膠）等有機(jī)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(wú)機(jī)纖維。

碳纖維具有出色的力學(xué)性能和化學(xué)穩(wěn)定性，密度是鋼的1/4，比強(qiáng)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(qiáng)度和最高比模量的纖維，同時(shí)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。

目前已經(jīng)應(yīng)用于航空航天、風(fēng)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(guó)防軍工和國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展不可或缺的重要戰(zhàn)略物資。

數(shù)據(jù)來(lái)源：中國(guó)碳纖維網(wǎng)

世界碳纖維產(chǎn)業(yè)已形成了黏膠基、瀝青基和聚丙烯腈基三大原料體系，其中黏膠基和瀝青基碳纖維用途較單一，產(chǎn)量也較為有限，而聚丙烯腈基碳纖維兼具良好的結(jié)構(gòu)和功能特性，是碳纖維發(fā)展和應(yīng)用的主要品種，2020年其產(chǎn)量占碳纖維總量的90%左右。

資料來(lái)源：中國(guó)化學(xué)纖維工業(yè)協(xié)會(huì)

PAN基碳基碳纖維強(qiáng)度絲束分類。根據(jù)力學(xué)性能分類，碳纖維可分為高強(qiáng)型（GQ）、高強(qiáng)中模型（QZ）、高模型（GM）、高強(qiáng)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(jī)、導(dǎo)彈、火箭、衛(wèi)星和釣魚(yú)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(fēng)電葉片和民用包括土木建筑、交通運(yùn)輸和能源等行業(yè)，主要下游產(chǎn)品包括風(fēng)電葉片、建筑補(bǔ)強(qiáng)產(chǎn)品、抽油桿、壓力容器等。

02

為何這個(gè)時(shí)點(diǎn)談起碳纖維？

多應(yīng)用領(lǐng)域齊發(fā)力，碳纖維當(dāng)下需求增長(zhǎng)空間十分可觀。

根據(jù)賽奧碳纖維，2021年全球碳纖維需求量占比前三的領(lǐng)域依次是風(fēng)電葉片28%、體育休閑16%、航空航天14%，國(guó)內(nèi)碳纖維需求量占比前三的領(lǐng)域依次是風(fēng)電葉片36%、體育休閑28%、碳碳復(fù)材11%。

首先在需求最大的風(fēng)電領(lǐng)域，碳纖維應(yīng)用于風(fēng)電葉片中關(guān)鍵結(jié)構(gòu)如梁帽、主梁等。碳纖維主梁的工藝主要有三種，分別為預(yù)浸料工藝、碳布灌注工藝和拉擠碳板工藝。

由于風(fēng)機(jī)大型化是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，葉片長(zhǎng)度的增加，也對(duì)增強(qiáng)材料的強(qiáng)度和剛度等性能提出了新的要求，玻璃纖維在大型復(fù)合材料葉片制造中逐漸顯現(xiàn)出性能方面的不足。為了保證在極端風(fēng)載下葉尖不碰塔架，葉片必須具有足夠的剛度。在葉片產(chǎn)品升級(jí)過(guò)程中，既要減輕葉片的重量，又要滿足強(qiáng)度與剛度要求，碳纖維的替代作用愈發(fā)凸顯。

雖然碳纖葉片成本上升，但其帶來(lái)的傳動(dòng)鏈上相關(guān)部件以及塔筒的優(yōu)化減重，使得風(fēng)電機(jī)組的整體成本降低10%以上。例如120m的碳纖維風(fēng)輪葉片可以減少總體自重達(dá)38%，使得風(fēng)電機(jī)組的整體成本下降14%。

根據(jù)WoodMackenzie，預(yù)計(jì)到2030年陸上風(fēng)電將有超80%應(yīng)用碳纖維拉擠板，而海上風(fēng)電則100%應(yīng)用碳纖維拉擠板。

未來(lái)隨著維斯塔斯拉擠工藝專利到期、國(guó)內(nèi)碳纖維持續(xù)降本增效、海上風(fēng)電快速滲透及風(fēng)機(jī)大型化趨勢(shì)等多重利好因素疊加，機(jī)構(gòu)預(yù)計(jì)2022年-2025年碳纖維滲透率有望達(dá)到11%/18%/29%/45%，對(duì)應(yīng)碳纖維需求量為0.75/1.70/3.04/5.19萬(wàn)噸，2021-2025年CAGR達(dá)84.3%。遠(yuǎn)期國(guó)內(nèi)年新增風(fēng)電裝機(jī)達(dá)100GW且主梁用碳纖維滲透率達(dá)100%的前提下，碳纖維需求有望達(dá)13.1萬(wàn)噸。

與此同時(shí)，光伏熱場(chǎng)部件對(duì)碳纖維同樣存在明顯拉動(dòng)效應(yīng)。2021年，碳碳復(fù)材的三大市場(chǎng)中，剎車盤市場(chǎng)和航天部件發(fā)展相對(duì)平穩(wěn)，熱場(chǎng)部件單晶硅爐則發(fā)展勢(shì)頭突出。根據(jù)北極星太陽(yáng)能光伏網(wǎng)的數(shù)據(jù)單晶硅爐即將破3萬(wàn)臺(tái)，對(duì)碳?xì)止δ懿牧虾哇釄?、保溫桶、護(hù)盤等碳碳復(fù)材結(jié)構(gòu)材料高速增長(zhǎng)提供有力支撐。

光伏熱場(chǎng)帶動(dòng)下碳碳復(fù)材用碳纖維需求量將達(dá)到1.3萬(wàn)噸，2021-2025年CAGR達(dá)38.4%，再加上氫能、航空航天、國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)、新能源車等各個(gè)領(lǐng)域帶動(dòng)，碳纖維需求將迎來(lái)可觀增長(zhǎng)。

根據(jù)《2021全球碳纖維復(fù)合材料市場(chǎng)報(bào)告》，2021年全球碳纖維需求11.8萬(wàn)噸，預(yù)計(jì)到2025年將達(dá)到24萬(wàn)噸的規(guī)模，到2030年可能達(dá)到40萬(wàn)噸，2021-2025年CAGR為19.5%，2021-2030年為14.5%。

其中中國(guó)碳纖維需求將實(shí)現(xiàn)更快的需求增速，彈性更大。根據(jù)《2021全球碳纖維復(fù)合材料市場(chǎng)報(bào)告》，2021年國(guó)內(nèi)碳纖維總需求為6.24萬(wàn)噸，預(yù)計(jì)到2025年將達(dá)到15.92萬(wàn)噸，CAGR達(dá)26.4%，市場(chǎng)空間接近250億元。

資料來(lái)源：賽奧碳纖維

03

國(guó)產(chǎn)替代機(jī)遇 還在進(jìn)一步助推

長(zhǎng)時(shí)間技術(shù)追趕之下，國(guó)產(chǎn)碳纖維已經(jīng)拉開(kāi)替代浪潮，但仍有較大空間。

由于日本早期就高度重視高性能PAN基碳纖維，培育出了東麗、三菱等一批碳纖維行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)。1988年，美國(guó)國(guó)會(huì)通過(guò)法令，軍用碳纖維所用聚丙烯腈原絲要逐步實(shí)現(xiàn)自給，由此扶持了赫氏、氰特等本土碳纖維企業(yè)的發(fā)展。

90年代卓爾泰克開(kāi)始研發(fā)并推進(jìn)低成本大絲束在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，形成了高性能小絲束和低成本大絲束兩種技術(shù)路線，2014年，卓爾泰克被東麗收購(gòu)。

目前，世界碳纖維技術(shù)主要掌握在日本公司手中，其生產(chǎn)的碳纖維無(wú)論質(zhì)量還是數(shù)量上均處于世界領(lǐng)先地位，日本東麗更是世界上高性能碳纖維研究與生產(chǎn)的“領(lǐng)頭羊”。

我國(guó)碳纖維工業(yè)總體上與日本碳纖維的研發(fā)同步進(jìn)行，經(jīng)歷了長(zhǎng)期低水平徘徊、技術(shù)轉(zhuǎn)型和快速發(fā)展33個(gè)階段。依靠長(zhǎng)期自主研發(fā)，打破了國(guó)外技術(shù)裝備封鎖，碳纖維產(chǎn)業(yè)化目前取得長(zhǎng)足進(jìn)步。

碳纖維發(fā)展歷史 資料來(lái)源：賽奧碳纖維，《美國(guó)卓爾泰克公司炭纖維的發(fā)展》

2021年，中國(guó)首次超越美國(guó)成為全球碳纖維最大產(chǎn)能國(guó)。

根據(jù)賽奧碳纖維，2021年國(guó)內(nèi)碳纖維產(chǎn)能6.34萬(wàn)噸，占全球總產(chǎn)能20.76萬(wàn)噸的31%。國(guó)內(nèi)企業(yè)已克服低達(dá)產(chǎn)率瓶頸。產(chǎn)能利用率從2015年的10.5%達(dá)到了2020年的51.2%，已趨近國(guó)際水平。

據(jù)中國(guó)能源報(bào)數(shù)據(jù)，我國(guó)碳纖維國(guó)產(chǎn)化率已從2016年的18.4%提升至2021年的46.9%，國(guó)產(chǎn)替代趨勢(shì)明顯，不過(guò)仍有超50%依賴進(jìn)口。進(jìn)口來(lái)源主要包括日本、中國(guó)臺(tái)灣、美國(guó)、韓國(guó)等，國(guó)產(chǎn)替代空間巨大。

隨著國(guó)產(chǎn)碳纖維不斷縮小技術(shù)和性能差距，尤其是吉林化纖、中復(fù)神鷹等主要碳纖維廠商大量擴(kuò)產(chǎn)，碳纖維國(guó)產(chǎn)化率持續(xù)提升，未來(lái)對(duì)外依存度有望持續(xù)下降，加速國(guó)產(chǎn)化。機(jī)構(gòu)預(yù)計(jì)國(guó)內(nèi)碳纖維產(chǎn)能將從2021年6.3萬(wàn)噸增長(zhǎng)至2025年29.9萬(wàn)噸，2021-2025年CAGR47.4%。

04

產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)企業(yè)有哪些？

碳纖維行業(yè)目前產(chǎn)能集中度較高，根據(jù)賽奧碳纖維，2021年CR5為57.1%。國(guó)產(chǎn)碳纖維廠商擴(kuò)產(chǎn)持續(xù)推進(jìn)，將改變?nèi)蛱祭w維供應(yīng)格局。

碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈及相關(guān)公司 資料來(lái)源：各企業(yè)招股書(shū)

其中上游有碳纖維碳化設(shè)備龍頭精功科技，公司在碳纖維及復(fù)合材料裝備、機(jī)器人智能裝備、太陽(yáng)能光伏專用裝備、建筑建材專用設(shè)備、輕紡專用設(shè)備等制造領(lǐng)域具有深厚產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)。

當(dāng)前公司與吉林化纖、新疆隆炬、吉林國(guó)興、浙江寶旌正在履行的4個(gè)合同總計(jì)金額18.28億元；同時(shí)吉林化纖在建6萬(wàn)噸碳纖維項(xiàng)目、新疆隆炬在建5萬(wàn)噸項(xiàng)目、浙江寶旌規(guī)劃1.8萬(wàn)噸項(xiàng)目等。

光威復(fù)材則是碳纖維全產(chǎn)業(yè)龍頭，業(yè)務(wù)覆蓋碳纖維原絲、碳纖維、復(fù)合材料等全產(chǎn)業(yè)鏈，是國(guó)內(nèi)碳纖維行業(yè)第一家A股上市公司。公司具備碳纖維生產(chǎn)線及關(guān)鍵設(shè)備、預(yù)浸料生產(chǎn)線以及復(fù)合材料成型設(shè)備等自主設(shè)計(jì)與制造能力，主要產(chǎn)品包括碳纖維及織物、預(yù)浸料、碳梁等。

公司碳纖維在建產(chǎn)能5030噸，是現(xiàn)有產(chǎn)能近2倍，根據(jù)公司公告，預(yù)計(jì)將于短期內(nèi)建成投產(chǎn)；此外，公司170萬(wàn)米碳梁原計(jì)劃2022年內(nèi)建成投產(chǎn)，近期有望落地，85萬(wàn)平方米預(yù)浸料已建設(shè)完成。此外，內(nèi)蒙古光威項(xiàng)目規(guī)劃年產(chǎn)一萬(wàn)噸碳纖維，遠(yuǎn)期可擴(kuò)展至兩萬(wàn)噸。

吉林化纖正積極向碳纖維產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型，打造原絲—碳纖維—復(fù)材的碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈。公司大股東吉林化纖集團(tuán)已形成年產(chǎn)6萬(wàn)噸碳纖維原絲、3萬(wàn)噸碳絲生產(chǎn)能力，成為國(guó)內(nèi)最大的碳纖維生產(chǎn)企業(yè)。

公司15萬(wàn)噸原絲項(xiàng)目、6000噸碳化項(xiàng)目、1.2萬(wàn)噸復(fù)材項(xiàng)目正在建設(shè)，2022年下半年將陸續(xù)投產(chǎn)，未來(lái)有望具備16萬(wàn)噸原絲、4.9萬(wàn)噸碳絲、1.5萬(wàn)噸復(fù)材生產(chǎn)能力；2022年7月，集團(tuán)子公司國(guó)興碳纖維年產(chǎn)6萬(wàn)噸碳纖維項(xiàng)目正式啟動(dòng)，計(jì)劃建設(shè)18條自主研發(fā)的智能化碳絲生產(chǎn)線，同時(shí)配套建設(shè)12萬(wàn)噸原絲和6萬(wàn)噸復(fù)材。

中復(fù)神鷹是民用小絲束碳纖維龍頭，建成了國(guó)內(nèi)首條具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的千噸級(jí)干噴濕紡碳纖維產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)線。在國(guó)內(nèi)率先實(shí)現(xiàn)了干噴濕紡碳纖維的關(guān)鍵技術(shù)突破，基本實(shí)現(xiàn)對(duì)日本東麗主要碳纖維型號(hào)的對(duì)標(biāo)。

截至2022年6月底，公司產(chǎn)能為14500噸/年，包括連云港基地的3500噸/年產(chǎn)能，以及西寧萬(wàn)噸碳纖維項(xiàng)目于2022年5月建成并投產(chǎn)的11000噸/年產(chǎn)能，產(chǎn)能及產(chǎn)量均處于國(guó)內(nèi)碳纖維生產(chǎn)企業(yè)前列。西寧二期碳纖維項(xiàng)目正處于建設(shè)階段，截至目前各廠房已封頂，預(yù)計(jì)2022年底至2023年期間各生產(chǎn)線開(kāi)始陸續(xù)建成并投產(chǎn)。

作為高度綜合性石油化工企業(yè)的上海石化，也在進(jìn)軍碳纖維，公司年產(chǎn)1500噸PAN基碳纖維項(xiàng)目已投產(chǎn)，目前擁有3000噸原絲、1500噸碳纖維產(chǎn)能；同時(shí)，2.4萬(wàn)噸/年原絲、1.2萬(wàn)噸/年48K大絲束碳纖維項(xiàng)目建設(shè)中，并于2022年8月15日實(shí)現(xiàn)首套大絲束碳纖維生產(chǎn)線中交，預(yù)計(jì)短期內(nèi)將完成6000噸產(chǎn)能建設(shè)，打破了國(guó)外對(duì)48K大絲束碳纖維的壟斷，至2024年全部完成1.2萬(wàn)噸的建設(shè)。

軍用碳纖維龍頭中簡(jiǎn)科技，也在逐步釋放產(chǎn)能。公司專注于航空航天領(lǐng)域碳纖維研發(fā)生產(chǎn)，能實(shí)現(xiàn)批量供應(yīng)，產(chǎn)品性能達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先巨頭水平，已成為國(guó)內(nèi)航空航天領(lǐng)域ZT7系列（高于T700級(jí)）碳纖維產(chǎn)品的批量穩(wěn)定供應(yīng)商。公司現(xiàn)有400噸（3K）的碳纖維產(chǎn)能，IPO募投項(xiàng)目的300噸（3K）產(chǎn)能建成投產(chǎn)，產(chǎn)能逐步釋放。

隨著碳纖維需求逐步放量，以上企業(yè)有望享受一波較為可觀的市場(chǎng)紅利。

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