新材料行業深度：碳纖維長期需求看好國內有效供給有待持續釋放-220331（26頁）.pdf

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1、 敬請閱讀末頁之重要聲明 碳纖維長期需求看好，國內有效供給有待持續釋放碳纖維長期需求看好，國內有效供給有待持續釋放 相關研究：相關研究： 稀土永磁材料行業2022年投資策略： 政策改善增長邊際空間， 新能源及節能推動需求釋放 20211231 行業評級：行業評級：增持增持 近十二個月行業表現近十二個月行業表現 % 1 個月 3 個月 12 個月 相對收益 -4 -8 14 絕對收益 -13 -23 -1 注：相對收益與滬深 300 相比 分析師：分析師：王攀王攀 證書編號：證書編號：S0500520120001 Tel：(8621) 50293524 Email： 地址：地址：上海市浦東新區銀

2、城路88號中國人壽金融中心10樓湘財證券研究所 核心要點：核心要點： 碳纖維是重要戰略物資，下游應用領域廣泛。碳纖維產業鏈價值逐環增碳纖維是重要戰略物資，下游應用領域廣泛。碳纖維產業鏈價值逐環增大，碳纖維制備工藝流程復雜大，碳纖維制備工藝流程復雜 碳纖維是由聚丙烯腈等有機母體纖維采用高溫分解法在 1,000 攝氏度以上高溫的惰性氣體下裂解碳化形成碳主鏈機構制成的無機纖維。下游廣泛應用于國防工業以及高性能民用領域，涉及軍工、航空航天、海洋工程、體育用品、汽車工業、新能源裝備、醫療器械、工程機械、交通運輸、建筑及其結構補強等領域。聚丙烯腈（PAN）基碳纖維由于生產工藝相對簡單，產品力學性能優異，占

3、碳纖維總量的 90%以上。完整的碳纖維產業鏈包含從一次能源到終端應用的完整制造過程，產業鏈下游價值逐環放大。碳纖維制備環節工藝流程復雜，原絲質量決定碳纖維性能高低，氧化碳化工藝決定碳纖維最終力學性能。 我國碳纖維技術水平逐漸縮短與國際差距，但在應用技術開發及產業鏈我國碳纖維技術水平逐漸縮短與國際差距，但在應用技術開發及產業鏈生態上仍較為薄弱生態上仍較為薄弱 國際碳纖維產業經過 60 年的發展，經歷了完整的技術發明-實驗技術研發-工程技術研發-規模工業化-產業鏈整合及應用拓展的歷程。我國通過自主研發掌握高性能碳纖維制備技術，與國際差距逐步縮窄。在不同發展階段，正是由于應用領域的發展材支撐了碳纖維

4、技術的不斷進步，我國目前應用技術薄弱，產業鏈生態尚未成熟。 全球碳纖維需求保持增長全球碳纖維需求保持增長，航空航天為碳纖維需求提供長期支撐，風電，航空航天為碳纖維需求提供長期支撐，風電快速發展將帶動相關領域碳纖維繼續快速增快速發展將帶動相關領域碳纖維繼續快速增長長 2020 年受新冠疫情的影響全球碳纖維需求較 2019 年僅增長 3%，近五年全球碳纖維需求年均復合增速為9.3%。 我國碳纖維需求長期依賴于進口供給，2020 年碳纖維國產化率得以明顯提升。全球碳纖維需求結構較為分散，風電、航空航天、體育休閑和汽車是主要的應用領域。而我國碳纖維需求主要集中在風電和體育休閑領域，未來隨著碳纖維行業供

5、應能力增強及國產化率提升，我國碳纖維需求結構有望向高端應用領域滲透。受益于我國軍用航空十四五有望持續增長及全球商用航空需求復蘇，疊加碳纖維應用比例提升，全球航空航天市場將為碳纖維提供長期需求支撐。受益雙碳戰略下風電中長期增長前景，全球及我國風電領域碳纖維需求將保持長期快速增長。 我國有效供給不足，國內需求對外依賴度高，全球碳纖維格局仍由國際我國有效供給不足，國內需求對外依賴度高，全球碳纖維格局仍由國際巨頭壟斷，我國碳纖維企業同時面臨較大的需求提升空間的機遇和在不巨頭壟斷，我國碳纖維企業同時面臨較大的需求提升空間的機遇和在不同需求市場持續提升競爭優勢的壓力同需求市場持續提升競爭優勢的壓力 全球產

6、能仍集中于日美企業，我國需求長期依賴進口，自給率不高。我國碳纖維企業正逐步跨越低產能利用率階段，逐步釋放實際供給。短期進口供給受限沖擊疊加有效需求不足，國內碳纖維呈現供需緊張格局。全球碳纖維市場格局仍由國際巨頭壟斷，小絲束產品主要集中在日本企業，大絲束產能則主要在歐美，我國碳纖維企業發展仍需在小絲束領域提升技術優勢和在大絲束領域降本增效。 -25%-15%-5%5%15%-20%0%20%40%60%80%碳纖維板塊漲跌幅對比基準:滬深300累計漲跌幅-右證券研究報告證券研究報告 2022 年年 03 月月 31 日日 湘財證券研究所湘財證券研究所 行業研究行業研究 新材料新材料行業深度行業深

7、度 2 行業研究 敬請閱讀末頁之重要聲明 投資建議投資建議 建議關注在航空航天等高端領域建立領先優勢，在高端碳纖維具備自主技術體系且實際產能加速釋放的公司，以及開始向碳纖維產業鏈上下游全覆蓋，未來有望通過規模擴張降本增效，拓展產品應用領域的公司。給與行業“增持”評級。 風險提示風險提示 下游需求增長不及預期，供給擴張導致競爭加劇，產能無法有效釋放，成本上漲風險，技術研發風險。 RZiZpXdWlYsW8Z1UeX8OcM6MpNpPtRnPkPmMmQlOrRsQ7NrRzQwMnOmNxNoPzQ 1 行業研究 敬請閱讀末頁之重要聲明 正文目錄 1 碳纖維具備戰略地位，我國仍處于追趕階段 .

8、 3 1.1 碳纖維是重要戰略物資，應用領域廣泛 . 3 1.2 碳纖維的分類 . 4 1.3 碳纖維產業鏈價值逐環增大，碳纖維制備工藝流程復雜 . 5 2 我國碳纖維技術水平逐漸縮短與國際差距，但在應用技術開發及產業鏈生態上仍較為薄弱 . 8 2.1 國際碳纖維企業進入成熟發展階段 . 8 2.2 我國通過自主研發掌握高性能碳纖維制備技術，與國際差距逐步縮窄 . 9 2.3 我國應用技術薄弱，產業鏈生態尚未成熟 . 10 3 航空航天提供長期需求支撐，風電仍是增長驅動力 . 11 3.1 全球碳纖維需求保持增長，我國自給率仍有較大提升空間 . 11 3.2 我國軍用航空碳纖維需求有望提升，商

9、業航空碳纖維需求有望逐步恢復 . 13 3.3 風電將持續驅動碳纖維需求快速增長 . 17 3.4 體育休閑將保持對碳纖維的穩定需求 . 20 4 國內供給對外依賴度高提供空間，全球格局仍為巨頭壟斷仍存壓力 . 21 5 投資建議 . 23 6 風險因素 . 23 圖表目錄 圖 1 不同等級的碳纖維 . 3 圖 2 碳纖維下游主要應用領域 . 4 圖 3 聚丙烯腈（PAN）碳纖維占據主流地位 . 4 圖 4 碳纖維產業鏈 . 6 圖 5 碳纖維產業鏈流程較長，各環節技術復雜 . 7 圖 6 全球碳纖維發展歷程 . 9 圖 7 全球碳纖維需求增長趨勢 . 11 圖 8 全球碳纖維需求增長趨勢 .

10、 12 圖 9 全球碳纖維需求增長趨勢 . 12 圖 10 全球碳纖維需求結構 . 13 圖 11 我國碳纖維需求結構 . 13 圖 12 復合材料在航空產品應用比例 . 14 圖 13 我國軍費向裝備費傾斜 . 14 圖 14 我國軍費占經濟及財政支出比例較低 . 15 圖 15 我國軍機與美國有較大差距. 15 圖 16 我國先進戰機列裝落后于美國. 15 圖 17 復合材料在商用飛機應用比例發展趨勢 . 16 圖 18 風能 LCOE 顯著下降，經濟性明顯 . 17 2 行業研究 敬請閱讀末頁之重要聲明 圖 19 2010-2020 年全球風電累計裝機容量 . 18 圖 20 風電領域碳

11、纖維需求快速增長 . 18 圖 21 全球陸上風電風機尺寸和單機功率不斷增加 . 19 圖 22 全球海上風電項目風機尺寸和單機功率發展趨勢 . 19 圖 23 我國陸上及海上風電機組單機平均容量呈提升趨勢 . 19 圖 24 2020 年我國新增陸上風電裝機機型占比 . 19 圖 25 我國陸上及海上風電機組單機平均容量呈提升趨勢 . 21 圖 26 2020 年我國新增陸上風電裝機機型占比 . 21 圖 27 全球碳纖維運行產能 . 22 圖 28 全球小絲束碳纖維市場份額. 22 圖 29 全球大絲束碳纖維市場份額. 22 表 1 碳纖維主要性能特點 . 3 表 2 不同政策執行 力度下

12、 2021-2030 年風電裝機累計需求及年均裝機量預測 . 20 3 行業研究 敬請閱讀末頁之重要聲明 1 碳纖維碳纖維具備戰略地位，我國仍處于追趕階段具備戰略地位，我國仍處于追趕階段 1.1 碳纖維是重要戰略物資，應用領域廣泛碳纖維是重要戰略物資，應用領域廣泛 碳纖維（Carbon Fiber，簡稱 CF）是由聚丙烯腈（PAN） （或瀝青、粘膠）等有機母體纖維采用高溫分解法在1,000攝氏度以上高溫的惰性氣體下裂解碳化 （其結果是去除除碳以外絕大多數元素） 形成碳主鏈機構制成的無機纖維，是一種含碳量在 90%以上的無機高分子纖維。 圖圖 1 1 不同等級的碳纖維不同等級的碳纖維 資料來源：

13、中復神鷹招股書，湘財證券研究所 碳纖維具有出色的力學性能和化學穩定性，密度比鋁低，強度比鋼高，是目前已大量生產的高性能纖維中具有最高的比強度和最高的比模量的纖維，并具有低密度、耐腐蝕、耐高溫、耐摩擦、抗疲勞、震動衰減性高、電及熱導性高、熱及濕膨脹系數低、X 光穿透性高、非磁體但有電磁屏蔽效應等特點，是發展國防軍工與國民經濟的重要戰略物資，應用于國防工業以及高性能民用領域，涉及軍工、航空航天、海洋工程、體育用品、汽車工業、新能源裝備、醫療器械、工程機械、交通運輸、建筑及其結構補強等領域。 表表 1 碳纖維主碳纖維主要性能特點要性能特點 性能特點性能特點 簡介簡介 強度高 抗拉強度在 3,500M

14、Pa 以上 模量高 彈性模量在 230GPa 以上 密度小，比強度高 密度是鋼的 1/4，是鋁合金的 1/2；比強度比鋼大 16 倍，比鋁合金大 12 倍 耐超高溫 在非氧化氣氛條件下，可在 2,000時使用，在 3,000的高溫下部熔融軟化 耐低溫 在-180低溫下，鋼鐵變得比玻璃脆，而碳纖維依舊具有彈性 耐酸、耐油、耐腐蝕 能耐濃鹽酸、 磷酸等介質侵蝕， 其耐腐蝕性能超過黃金和鉑金， 同時擁有較好的耐油、耐腐蝕性能 熱膨脹系數小，導熱系數大 可以耐急冷急熱，即使從 3,000的高溫突然降到室溫也不會炸裂 數據來源： 高科技纖維與應用 ，湘財證券研究所 4 行業研究 敬請閱讀末頁之重要聲明

15、圖圖 2 2 碳纖維碳纖維下游主要應用領域下游主要應用領域 資料來源：中簡科技招股書，湘財證券研究所 1.2 碳纖維的分類碳纖維的分類 碳纖維可以按照原絲種類、力學性能、絲束規格、原絲制備工藝等不同維度分為不同種類。 按照原絲種類， 目前已實現工業化的碳纖維原絲主要有聚丙烯腈 （PAN）原絲、瀝青纖維和粘膠絲，由這三大類原絲生產出的碳纖維分別稱為聚丙烯腈（PAN）基碳纖維、瀝青基碳纖維和粘膠基碳纖維。其中，粘膠基碳纖維因制造工藝復雜、碳化得率低僅有 20-30%，成本高、產量小。瀝青基碳纖維盡管原料來源豐富，碳化得率高達 80-90%、成本低，但強度較低致使其應用領域受限。PAN 基碳纖維由于

16、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， 迅速占據主流地位， 占碳纖維總量的 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。 圖圖 3 3 聚丙烯腈（聚丙烯腈（PANPAN）碳纖維占據主流地位）碳纖維占據主流地位 資料來源：中簡科技招股書，湘財證券研究所 91%8%1%PAN基碳纖維瀝青基碳纖維粘膠基碳纖維 5 行業研究 敬請閱讀末頁之重要聲明 按力學性能分，碳纖維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（強度大于2000MPa、模量大于 25

17、0GPa）和高模型（模量 300GPa 以上） 。強度大于 4000MPa 的又稱為超高強型； 模量大于 450GPa 的稱為超高模型。 碳纖維因其優異的力學性能作為增強材料而廣泛應用，因此業內主要采用力學性能進行分類。業內產品分類主要參考日本東麗的牌號，并以此為基礎確定自身產品的牌號及級別。按照現行聚丙烯腈基碳纖維國家標準的力學性能分類，PAN 碳纖維分為高強型、高強中模型、高模型、高強高模型四類。 按照絲束規格，亦即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， 一般按照碳纖維中單絲根數與 1,000 的比值命名。 早期小絲束碳纖維以 1K、3K、6K 為主，逐漸發展出 12

18、K 和 24K。小絲束碳纖維性能優異但價格較高，一般用于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，主要下游產品包括飛機、導彈、火箭、衛星和釣魚桿、 高爾夫球桿、 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制備成本亦較低，因此往往運用于基礎工業領域，包括土木建筑、交通運輸和能源等。隨著目前碳纖維制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。 PAN 基碳纖維原絲是生產高品質碳纖維的技術關鍵，原絲品質缺陷，如表面孔洞、沉積、刮傷以及單絲間黏結等，在后續加工中很難消除，從而造成碳纖維力學性能的

19、下降。PAN 基碳纖維原絲的生產過程為將丙烯腈單體聚合制成紡絲原液，然后紡絲成型。按紡絲溶劑區分，包括 DMSO（二甲基亞砜） 、DMAC（N,N-二甲基乙酰胺） 、NaSCN（硫氰酸鈉）等不同類別；按照聚合工藝的連續性，可以分為一步法、兩步法；按照紡絲工藝，可以分為濕法和干噴濕紡法。 1.3 碳纖維碳纖維產業鏈產業鏈價值逐環增大，碳纖維制備價值逐環增大，碳纖維制備工藝流程工藝流程復復雜雜 完整的碳纖維產業鏈包含從一次能源到終端應用的完整制造過程。從石油、煤炭、天然氣均可以得到丙烯，丙烯經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，再經過預氧化、低溫和高溫碳化后得到碳纖

20、維，并可制成碳纖維織物和碳纖維預浸料，作為生產碳纖維復合材料的原材料；碳纖維經與樹脂、陶瓷等材料結合，形成碳纖維復合材料，最后由各種成型工藝得到下游應用需要的最終產品。 6 行業研究 敬請閱讀末頁之重要聲明 圖圖 4 4 碳纖維產業鏈碳纖維產業鏈 資料來源：新材料在線，賽瑞研究，湘財證券研究所 碳纖維產業鏈下游價值逐環放大。根據中國碳纖維行業現狀及發展趨勢 （俞勝華，2016） ，在碳纖維整體產業鏈中，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 1,000 元以下/公斤， 汽車復合材料約 3,0

21、00 元/公斤，航空復合材料約 8,000 元/公斤，每一級的深加工都有大幅度的增值。 碳纖維制備環節工藝流碳纖維制備環節工藝流程復雜，程復雜，原絲質量決定碳纖維性能高低，氧化碳原絲質量決定碳纖維性能高低，氧化碳化工藝決定碳纖維化工藝決定碳纖維最終最終力學性能力學性能。進入 21 世紀，碳纖維生產工藝技術己經成熟， 其中 PAN 基碳纖維產能最大、 應用最為廣泛， 工藝技術也相對更加成熟，其生產關鍵包括單體聚合、紡絲、預氧化、碳化、表面處理等環節。丙烯腈自由基共聚制備紡絲原液，原液通過紡絲工藝得到 PAN 原絲，原絲再經過預氧化、碳化、石墨化及后處理等一系列工序得到具有亂層石墨結構的高性能碳纖

22、維。其中 PAN 原絲的質量控制是生產高性能碳纖維的基礎，而預氧化和碳化工藝則決定碳纖維最終的力學性能。 單體聚合階段，制備紡絲原液有一步法和二步法，一步法是采用均相溶液聚合的方法，直接獲得均一的 PAN 溶液，再經洗滌、脫單、脫泡一系列處理后得到紡絲原液，優點是黏度低、可直接紡絲，而缺點是產物收率低，溶劑不易再回收，需要有洗滌、精制等工序。二步法是通過非均相聚合工藝，制得 PAN 固體粒子，粉料再經清洗、干燥、粉碎和溶解后制得均勻的 PAN溶液，再經后續的脫單、脫泡處理，獲得紡絲原液，相對于溶液聚合，這種方法的優點是可以獲得分子量較高、分子量分布比較均勻的聚合物，并且聚合速率較快、轉化率較高

23、。缺點是紡絲前需要重新溶解，相較于一步法增加 7 行業研究 敬請閱讀末頁之重要聲明 一道程序，同時固體粒子的分離和干燥耗能較大。 圖圖 5 5 碳纖維產業鏈碳纖維產業鏈流程較長，各環節技術復雜流程較長，各環節技術復雜 資料來源：上市公司招股書，湘財證券研究所 紡絲：在制備 PAN 原絲過程中，紡絲工藝主要有濕法紡絲和干噴濕紡。濕法紡絲是紡絲原液從噴絲頭出來后直接浸入凝固液中，這種方法工藝簡單，容易控制，典型代表是東麗 T300、T800，通過這種方法制備的碳纖維表面有沿纖維軸向排布的溝槽，這種溝槽增大了碳纖維表面積有利于碳纖維與樹脂的物理嚙合，提高復合材料界面結合性能，但同時溝槽也是碳纖維表面

24、的缺陷，容易產生應力集中，影響碳纖維的拉伸強度。干噴濕紡是原液從噴絲頭流出后先經過空氣再浸入凝液中，紡絲速度快，纖維致密，表面光滑，PAN分子鏈段沿纖維方向排列取向優化，拉伸強度更高，但缺點是紡絲原液細流斷裂后原液容易沿噴絲頭漫流，嚴重影響紡絲過程的連續性，同時容易殘留的有機溶劑。 預氧化：原絲碳化前，為防止 PAN 纖維在高溫中熔融，要對原絲進行預氧化處理，即將原絲置于 200-300預氧化爐的氧化氣氛中，分子鏈延纖維軸向取向，形成熱穩定性能好的梯形結構。預氧化工藝的關鍵在于溫度控制及設備排風，要及時排除爐內反應熱防止局部過熱導致纖維斷裂。 碳化：經過預氧化處理后，預氧絲要在高純度氮氣的保護

25、下進行兩次碳化處理，分別是低溫碳化，溫度一般為 300-900；高溫碳化，溫度一般為1200-1800。預氧化過程中產生的熱穩定性梯形大分子發生交聯，氫、氮、氧等元素隨著碳化溫度升高逐漸裂解排出，纖維中碳元素含量從 60%提高到 8 行業研究 敬請閱讀末頁之重要聲明 90%以上，最終得到亂層石墨片狀結構的 PAN 基碳纖維。 石墨化：如果進一步制備高模量石墨碳纖維。則對碳化處理后的碳纖維進行石墨化處理， 溫度一般控制在為 2600-3000， 高純度氬氣作為介質氣氛，碳纖維內部結晶在一定張力下進一步發生取向，最終產生有序的二維網面層狀石墨結構纖維，碳元素含量也進一步提升到 99%。 表面處理及

26、上漿：表面處理是為了提高碳纖維表面與樹脂基體的界面結合強度，未經表面處理的碳纖維表面具有石墨材料的天然化學惰性，反應活性低與樹脂浸潤性差，不能形成穩定的結合界面，當復合材料受到比較大的力的作用時，作為增強相的碳纖維不能有效傳遞來自樹脂基體的載荷，阻止破壞發展，使得復合材料性能降低使用壽命減少。目前碳纖維表面處理的方法主要有兩大類，分別是氧化處理和化學接枝。上漿是在碳纖維表面形成一層有效保護膜， 隔絕環境中的雜質及水分， 從而提高纖維的集束性和耐磨性，改善使用中的工藝性能。上漿劑成分和含量對碳纖維表面活性和纖維與樹脂基體之間的界面性能有很大的影響，是目前碳纖維生產商的核心技術之一。 2 我國碳纖

27、維技術水平逐漸縮短與國際差距，但在應我國碳纖維技術水平逐漸縮短與國際差距，但在應用技術開發及用技術開發及產業鏈生態上仍較為薄弱產業鏈生態上仍較為薄弱 2.1 國國際際碳纖維碳纖維企業進入成熟發展階段企業進入成熟發展階段 國際碳纖維產業經過 60 年的發展， 經歷了完整的技術發明-實驗技術研發-工程技術研發-規模工業化-產業鏈整合及應用拓展的歷程。 19 世紀八十年代，英國人 Joseph Swan 和美國人 Thomas Edison 首先發現了最原始的碳纖維碳絲，并且申請了發明專利，20 世紀 50 年代美國聚焦于粘膠基碳纖維，而日本大阪工業試驗所的近藤昭男于 1959 年發明了 PAN 基

28、碳纖維制備技術。 20 世紀 60 年代是由日本與英國為主導的實驗技術研發時期， 日本主要有大阪工業試驗所、 東海碳素公司和日本碳素公司 （最早獲得近藤的專利授權） 、東麗、三菱、東邦等；英國主要有皇家航空研究所（RAE） 、皇家原子能公司(AERA)、考陶爾茲(Courtaulds)，羅爾斯-羅伊斯(Rolls-Royce)等。1964 年，英國皇家航空研究所（RAE）的瓦特等人打通了生產高性能聚丙烯腈（PAN）基碳纖維的工藝流程， 使聚丙烯腈 （PAN）基碳纖維成為主流產品。1967 年，日本東麗公司舍棄了質量較差的民用腈綸，采用共聚原絲作為生產 PAN 基碳纖維的前驅體，并突破了預氧化工

29、藝和碳化工藝的關鍵技術。20 世紀 70 年代英國、美國、日本技術合作頻繁，實現了 150 噸/年的工程化產能，美國赫拉克勒斯（Hercules）在英國碳纖維技術轉移時獲得英國皇家航空研究所碳化技 9 行業研究 敬請閱讀末頁之重要聲明 術，日本東麗、東邦、三菱也紛紛與美國相互轉讓技術，同時碳纖維在體育器材等民用領域開始應用。20 世紀 80 年代碳纖維單線產能達到千噸/年，東麗公司基本完成了現有絕大部分產品系列，碳纖維應用突破至航空航天領域，英國由于缺乏應用支撐開始向新興國家轉讓技術，同樣地技術轉讓也促使美國工業碳纖維開拓者卓爾泰克的誕生。 圖圖 6 6 全球碳纖維發展歷程全球碳纖維發展歷程

30、資料來源：廣東奧賽，湘財證券研究所 20 世紀 90 年代國際碳纖維行業興起并購大潮。美國航空材料廠赫氏（Hexcel）并購了美國赫拉克勒斯；美國石油巨頭阿莫科（AMOCO）整合了大部分美國的碳纖維資源， 最后這些碳纖維資產在2001年成了氰特 （CYTEC） ；德國石墨巨頭西格里 （SGL） 在 1997 年收購了英國考陶爾茲留下的 RK carbon。2000 年前后除了延續并購外，碳纖維工業應用開始起步，碳纖維產品開始進入壓力容器、工業機器、船艇、土木工程和建筑、修復和補強等領域。2007年卓爾泰克與風電巨頭維斯塔斯（VESTAS）建立合作，碳纖維應用拓展至風電領域。2010 年以后碳纖

31、維航空航天、風電需求迅猛增長，并試圖進入汽車輕量化領域。 同時碳纖維產業內部整合更加深入， 2014 年東麗收購卓爾泰克。 2.2 我國通過自主研發掌握高性能碳纖維制備技術，與國我國通過自主研發掌握高性能碳纖維制備技術，與國際差距逐步縮窄際差距逐步縮窄 我國從 20 世紀 60 年代初期與日本基本上同步開展了 PAN 原絲及碳纖維研究工作，最早從事碳纖維研發的機構主要為中科院山西煤化所、長春應用 10 行業研究 敬請閱讀末頁之重要聲明 化學研究所、化學研究所（北京） 。1975 年 11 月張愛萍將軍主持的“7511”會議上確定 PAN 碳纖維為戰略核武器的關鍵材料，組織了全國力量進行科技攻關

32、， 對幾乎所有可能的溶劑工藝路線都進行了探索， 但由于當時體制機制、基礎科學、工程技術、工業裝備等諸多原因，我國一直停留在制備少量低性能碳纖維材料的水平，國防軍工用于結構材料的高性能碳纖維幾乎全部依賴國外產品。到 20 世紀末，我國在 PAN 原絲及碳纖維領域與國外先進水平相差甚遠，工程化技術沒有得到有效的突破，面臨著既無法引進技術、又不能進口高性能 PAN 碳纖維、通用碳纖維供應極不穩定的嚴峻局面，甚至連技術發展方向都未能達成基本一致。國防軍工結構材料用的碳纖維無貨可供，國防軍工急需、民口規?；瘧玫奶祭w維全部依賴進口。 2000 年在師昌緒先生牽頭發起了中國碳纖維技術攻關的又一輪戰略構思，

33、在師老的請示受到中央主要領導的高度重視下， 2001 年 10 月國家科技部決定設立碳纖維關鍵技術專項（代號 304 專項） 。在政策支持、機制體制調整和專家組指導下， “十五”結束時我國聚丙烯腈碳纖維國產化研發已經有了根本性的改觀， 國防建設關鍵材料的難題之一， CCF-1 級 （相當于日本東麗 T300 級）碳纖維的工業規模制備關鍵技術，開始向國防工業供貨。后續又經過近十年碳纖維關鍵技術攻關和聚丙烯腈碳纖維的重大基礎科學問題研究， 在 “十五” 、“十一五” 、 “十二五”三個五年計劃重點專項的強力支持下，基本上完成了高性能碳纖維及其復合材料國產化的過程，高性能碳纖維關鍵技術突破和產業規模

34、生產。 國內主要企業碳纖維基本實現了對 T300 級至 T1000 級、 M40 級別的產品覆蓋，產品性能指標與對應的日本東麗產品相當。中復神鷹在國內率先突破 T700 級、T800 級、T1000 級干噴濕紡核心技術，在干噴濕紡碳纖維的技術成熟度方面具有一定優勢；光威復材、恒神股份過往以濕法碳纖維為主，近年來逐漸突破了干噴濕紡工藝技術，開發了 T700、T800 級及 T1000 級干噴濕紡產品并陸續推出市場，目前已形成批量化的干噴濕紡產品市場銷售。 2.3 我國應用技術薄弱，產業鏈生態尚未成熟我國應用技術薄弱，產業鏈生態尚未成熟 通過碳纖維國際發展歷史，我們看到在不同發展階段，正是由于應用

35、領域的發展材支撐了碳纖維技術的不斷進步，而在此過程中工藝、產品無法適應相關應用領域的企業，也最終被淘汰出局。這表明一個先進材料的誕生成長，離不開高端應用支撐的產業鏈與生態。 目前，國外已經形成設計、制造、分析及驗證、應用牽引系統化的碳纖維復合材料體系。 如日本東麗和美國赫克塞爾都有預浸料、 織物、 短切纖維、 11 行業研究 敬請閱讀末頁之重要聲明 夾層材料等中間成型物，同時，直接為客戶提供量身定制的復合材料解決方案和產品，方便了客戶的使用，也解決了碳纖維產品與樹脂匹配性問題。由于國內大部分碳纖維復合材料企業技術尚不成熟，缺乏相應的研發及工藝支持，未能形成體系化、系列化的碳纖維產業鏈發展模式。

36、 3 航空航天提供長期需求支撐，風電仍是增長驅動力航空航天提供長期需求支撐，風電仍是增長驅動力 3.1 全球碳纖維需求保持增長，我國自給率全球碳纖維需求保持增長，我國自給率仍有較大提升仍有較大提升空間空間 2020 年全球碳纖維需求繼 2019 年之后再次突破 10 萬噸級，達到 10.69萬噸。 在全球新冠疫情的影響下， 2020 年全球碳纖維需求較 2019 年增長 3%，與 2019 年的全球需求同比增長率 12%相比已較大幅度放緩，但仍然保持了增長的態勢。拉長來看，近五年全球碳纖維需求年均復合增速為 9.3%。 根據 Composites World 相關估計，2021 全球所有領域對

37、碳纖維的需求為11.38 萬噸，2026 年有望增加到 18.04 萬噸，年均復合增速預計為 9.65%。根據廣州奧賽碳纖維預計，2025 年和 2030 年全球碳纖維需求有望分別達到 20 萬噸和 40 萬噸，年均復合增速分別為 13.3%和 14.9%。 圖圖 7 7 全球碳纖維需求增長趨勢全球碳纖維需求增長趨勢 資料來源：廣州奧賽，湘財證券研究所 2020年中國碳纖維需求規模為4.89萬噸， 同比2019年增長29%， 2015-2020年年均復合增速達到 23.82%,2018-2020 年增速明顯提升。2020 年國內碳纖維需求同比增幅遠高于全球碳纖維需求同比增幅，一方面是受全球風電

38、葉片對碳纖維需求大幅增長，同時國際風電葉片代工由歐洲轉向國內帶動，另一方面國內需求結構決定受受疫情負面影響相對于國外較小。 0%2%4%6%8%10%12%14%16%5101520253035402015201620172018201920202025E2030E全球PAN基碳纖維需求量（萬噸）YOY 12 行業研究 敬請閱讀末頁之重要聲明 根據廣州奧賽預測，2023 年和 2025 年中國碳纖維需求有望分別增長至9.41 萬噸和 14.95 萬噸，2021-2025 年年均復合增速有望達到 25.1%。 圖圖 8 8 全球碳纖維需求增長趨勢全球碳纖維需求增長趨勢 資料來源：廣州奧賽，湘財證

39、券研究所 我國碳纖維需求長期依賴于進口供給，2020 年碳纖維國產化率得以明顯提升。2016 年以前我國碳纖維需求 80%以上需要從國外進口，碳纖維供給對外依賴度很大，盡管近幾年有所提高，但國內自給率仍僅為 30%左右。2020年受疫情打斷進口供應鏈和日美等主要碳纖維生產國緊縮對國內的供給影響，國產碳纖維供應量大幅增長至 1.84 萬噸，占需求量的 38%，自給率較 2019年增長 6 個百分點，國產替代趨勢明顯。 圖圖 9 9 全球碳纖維需求增長趨勢全球碳纖維需求增長趨勢 資料來源：廣州奧賽，湘財證券研究所 全球碳纖維需求結構較為分散，下游應用領域眾多，按照需求量統計風電、航空航天、體育休閑

40、和汽車是主要的應用領域，占比分別為 29%、15%、14%和 12%， 各應用領域分布相對均衡。 而我國碳纖維需求主要集中在風電和體育休閑領域，分別占比 41%和 30%。未來隨著碳纖維行業供應能力增強及國產化率提升，我國碳纖維需求結構有望向高端應用領域滲透。 0%5%10%15%20%25%30%35%02468101214162015201620172018201920202023E2025E中國碳纖維需求量（萬噸）YOY0%20%40%60%80%100%2008200920102011201220132014201520162017201820192020進口占比國產占比 13 行業研

41、究 敬請閱讀末頁之重要聲明 圖圖 10 全球碳纖維需求結構全球碳纖維需求結構 圖圖 11 我國碳纖維需求結構我國碳纖維需求結構 資料來源：廣東奧賽，湘財證券研究所 資料來源：廣東奧賽，湘財證券研究所 3.2 我國軍用航空我國軍用航空碳纖維需求有望提升碳纖維需求有望提升，商業航空，商業航空碳纖維碳纖維需求有望逐步恢復需求有望逐步恢復 3.2.1 我國我國軍用軍用航空航空為碳纖維提供長期需求空間為碳纖維提供長期需求空間 航天航空領域，以高性能碳纖維復合材料為典型代表的先進復合材料作為結構、功能或結構/功能一體化構件材料，在導彈、運載火箭和衛星飛行器上也發揮著不可替代的作用。其應用水平和規模已關系到

42、武器裝備的跨越式提升和型號研制的成敗，碳纖維復合材料的發展推動了航天整體技術的發展。碳纖維復合材料主要應用于導彈彈頭、彈體箭體和發動機殼體的結構部件和衛星主體結構承力件上。 碳纖維復合材料是生產武器裝備的重要材料，在戰斗機和直升機上碳纖維復合材料應用于戰機主結構、次結構件和戰機特殊部位的特種功能部件。國外將碳纖維/環氧和碳纖維/雙馬復合材料應用在戰機機身、 主翼、 垂尾翼、平尾翼及蒙皮等部位，起到了明顯的減重作用，大大提高了抗疲勞、耐腐蝕等性能。隨著技術進步碳纖維的產量不斷增大，質量逐漸提高，而生產成本穩步下降，各種性能優異的碳纖維復合材料將會越來越多地出現在航天航空領域中。 由于碳纖維復合材

43、料在結構輕量化中無可替代的材料性能，在軍用航空的應用領域得到了廣泛應用和快速發展，自 20 世紀 70 年代至今，國外軍用飛機從最初將復合材料用于尾翼級的部件制造到用于機翼、口蓋、前機身、中機身、整流罩等。采用復合材料構件不僅可實現輕量化和設計自由度大，而且可以整體成型，減少零件數量，降低生產成本并提高生產效率。從 1969風電葉片, 29%航空航天, 15%體育休閑, 14%汽車, 12%混配模成型, 9%壓力容器, 8%碳碳復材, 5%建筑, 4%電子電氣, 1%船舶, 1%電纜芯, 1%其他, 1%風電葉片, 41%體育休閑, 30%碳碳復材, 6%建筑補強, 5%壓力容器, 4%航空航

44、天, 4%混配模成型, 3%電子電氣, 2%汽車, 2%電纜芯, 1%船舶, 0%其他, 2% 14 行業研究 敬請閱讀末頁之重要聲明 年起，美國 F14A 戰機碳纖維復合材料用量僅有 1%，到美國 F-22 和 F35 為代表的第四代戰斗機上碳纖維復合材料用量達到 24%和 36%，在美國 B-2 隱身戰略轟炸機上，碳纖維復合材料占比更是超過了 50%，用量與日俱增。 圖圖 1212 復合材料在航空產品應用比例復合材料在航空產品應用比例 資料來源：中簡科技招股書，湘財證券研究所 我國軍費持續增長，軍費向裝備傾斜。自 2016 年以來，我國國防預算增長率維持在 6.6%-8.1%之間，根據 2

45、022 年政府預算草案，2022 年軍費支出增速預計增長 7.1%， 近兩年軍費支出增長有所回升。 據 新時代的中國國防 ，我國國防費由人員生活費、 訓練維持費和裝備費三部分構成 ， 2010-2017 年，我國國防費中裝備費從 1774 億元增至 4288 億元，年均增速 13.44%，在國防費中占比從 33.2%增至 41.1%，軍費支出向裝備傾斜。 圖圖 1313 我國軍費我國軍費向裝備費傾斜向裝備費傾斜 資料來源：新時代的中國國防，湘財證券研究所 據新時代的中國國防 ，2012-2017 年我國國防費占 GDP 的平均比重為 1.3%，我國國防費占財政支出的平均比重為 5.3%，低于美

46、、俄、印等國，我國防投入不足與我國經濟地位不加匹配。 中共中央關于制定國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和二三五年遠景目標的建議提出，要“加快國33.20%34.20%36%36.60%39.10%40.20%41.30%41.10%31.90%31.50%34.80%36.40%32.20%28.80%27.40%28.10%34.90%34.30%29.20%27.00%28.70%31.00%31.30%30.80%0%20%40%60%80%100%20102011201220132014201520162017人員生活費訓練維持費裝備費 15 行業研究 敬請閱讀末頁之重要聲明 防和軍

47、隊現代化，實現富國和強軍相統一” 、 “提高國防和軍隊現代化質量效益” 、 “促進國防實力和經濟實力同步提升” ，因此未來我國軍費支出有望維持穩定增長?？紤]到當前航空航天裝備已成為現代戰爭制勝的關鍵要素，未來我國航天航空投入仍將處于較快增長。 圖圖 1414 我國軍費占經濟及財政支出比例較低我國軍費占經濟及財政支出比例較低 資料來源：新時代的中國國防，湘財證券研究所 我國不僅在航空裝備數量上與其他大國有差距，而且在先進裝備結構上也有較大差距，根據 World Air Forces 2021 數據，美國軍機數量約 1.3 萬架，我國僅 3000 余架。從結構上看，美國戰斗機以三、四代機為主，我國

48、戰斗機中二代機尚占據半壁江山，缺乏戰略轟炸機及重型直升機。隨著近十年武器裝備研制大量軍費投入，重點型號近年來逐步定型列裝將有望為碳纖維需求提供長期增量空間。 圖圖 15 我國軍機與美國有較大差距我國軍機與美國有較大差距 圖圖 16 我國我國先進戰機列裝先進戰機列裝落后于美國落后于美國 資料來源：World Air Forces 2021，湘財證券研究所 資料來源：World Air Forces 2021，湘財證券研究所 根據沈陽所揚州院對國產戰機未來數量的預測，未來 15 年國產戰機的數量將達到美國的七成左右， 2035年將達到6500架左右。 其中戰斗機將達到2100架，大型飛機達到 10

49、00 架，教練機 1000 架，直升機 2400 架。按照各型軍機0%2%4%6%8%10%12%14%中國美國俄羅斯印度英國法國日本德國國防費/GDP國防費/財政支出0100020003000400050006000中國美國51%048%83%1%17%0%20%40%60%80%100%中國美國四代機三代機三代以下 16 行業研究 敬請閱讀末頁之重要聲明 空重和碳纖維復合材料比例， 未來軍機碳纖維需求量將達到 14154 噸， 年均需求 944 噸。 3.2.2 民用航空有望迎來復蘇拐點，民用航空有望迎來復蘇拐點，國產大飛機國產大飛機 C919 訂單釋放有望訂單釋放有望驅動碳纖維需求驅動碳

50、纖維需求 20 世紀 80 年代開始，碳纖維復合材料開始應用在客機上的非承力構件，在早期的 A310、B757 和 B767 上，碳纖維復合材料的占比僅為 5%-6%，隨著技術的不斷進步，碳纖維復合材料逐漸作為次承力構件和主承力構件應用在客機上， 其質量占比也開始逐步提升， 到 A380 時， 復合材料占比達到 23%，具體應用在客機主承力結構部件如主翼、尾翼、機體、中央翼盒、壓力隔壁等，次承力結構部件如輔助翼、方向舵及客機內飾材料等，開創了先進復合材料在大型客機上大規模應用的先河。而最新的 B787 和 A350，復合材料的用量達到了 50%以上，有更多部件使用碳纖維，例如機頭、尾翼、機翼蒙