碳纤维性能、分类、成本构成及国产替代趋势分析

碳纤维性能优异，行业壁垒高筑。

碳纤维具备出色的力学性能和化学稳定性，应用领域广泛。碳纤维（Carbon Fiber）是由聚丙烯腈（PAN）（或沥青、粘胶）等有机母体纤维采用高温分解法 在 1,000 摄氏度以上高温的惰性气体下碳化（其结果是去除除碳以外绝大多数元 素）制成的无机高分子纤维材料。碳纤维含碳量在 90%以上，密度比铝低、强度 比钢高，是目前已大量生产的高性能纤维中具有最高的比强度和最高的比模量的 纤维，具备碳材料的固有本征特性的同时兼备纺织纤维的柔软可加工性，是新一 代增强纤维，具有质轻、高强度、高模量、导电、导热、耐腐蚀、耐疲劳、耐高 温、膨胀系数小等一系列其他材料所不可替代的优良性能。碳纤维在国防军工和 民用领域应用广泛，广泛应用于航空航天、风电叶片、体育休闲、压力容器、碳 /碳复合材料、交通建设等领域，是国民经济发展不可或缺的重要战略物资。

分类标准较多，按照大小丝束分类易区分下游应用领域。不同级别碳纤维应 用场景有所区别，根据光威复材招股说明书，主流分类方法可按照原丝类型、制 造条件和方法、力学性能、丝束大小进行分类。按照每束碳纤维中单丝根数，碳 纤维可以分为小丝束和大丝束两大类别（丝束中 1K 表示一根碳纤维丝束中有 1 千根单丝）：1）24K 以下为小丝束，一般用于国防军工等高科技，以及体育用品 中产品附加值较高的产品类别，如钓鱼杆、高尔夫球杆、网球拍，小丝束碳纤维 性能优异但价格较高；2）48K 以上为大丝束，性能相对较低但制备成本亦较低， 因此往往运用于基础工业领域，包括土木建筑、交通运输和能源等。

国内碳纤维产品分类主要参考国际龙头日本东丽的牌号，并以此为基础确定 自身产品的牌号及级别。日本东丽主要产品牌号的力学性能主要分为 T 系列及 M 系列，而国内按照现行聚丙烯腈基碳纤维国家标准 GB/T26752-2020 的力学性能 分类，PAN 碳纤维分为高强型、高强中模型、高模型、高强高模型四类。

碳纤维通过复合材料形式广泛应用于下游市场。根据光威复材招股说明书， 复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观 上组成具有新性能的材料。各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使 复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。复合材料由基体材 料和增强纤维材料组成，碳纤维主要作为增强纤维材料，与其他材料形成复合材 料后方能应用于下游领域。目前碳纤维复合材料以树脂基复合材料（CFRP）为 主，占全部碳纤维复合材料市场份额的 90%。

碳纤维工艺难度大，行业进入壁垒高。碳纤维属于技术密集型和资金密集型 行业，面临着配方、工艺、工程等进入壁垒，产线研发/试验/调试周期长，设备 设计制造十分昂贵，大量复杂工艺需要摸索积累，投资强度及时间成本较大。从 目前的行业头部企业的发展历程来看，从进入碳纤维行业到稳定供应产品或者开 始盈利，都经过了 10 年左右的探索。

碳纤维主要成本构成为原材料和能源，包括丙烯腈、天然气、电力、蒸汽等。 从头部公司营业成本拆分来看，碳纤维成本主要来自于原材料和制造费用，原材 料占比约 20-30%，制造费用占比普遍超 5 成。其中，制造费用主要由碳纤维生 产设备折旧以及能耗（电费、天然气、蒸汽和煤）构成。原材料和能源是成本主 要构成，以中复神鹰为例，2021H1 原材料和能耗占比达 60.3%。

原材料丙烯腈价格跟随原油走势，天然气、电力、蒸汽价格较稳定。公司生 产碳纤维的主要原材料为丙烯腈，原料消耗主要发生在原丝生产阶段。丙烯腈为 石油化工产品，价格走势与原油价格走势类似，近一年有所分化，原油价格在受 到俄乌冲突影响下迅速走高，之后有所回落；而电力、天然气、蒸汽采购价格为 政府统一定价，供应充足、价格基本保持稳定。

地位上升至国家战略材料，政策支持下实现打破技术封锁。“十三五”期间碳 纤维被列为关系国计民生的战略性新兴材料，产能的实现和技术的突破是“十三 五”期间行业的主要发展方向。“十四五”明确提出要加强碳纤维等高性能纤维及 其复合材料的研发应用，甘肃、山东、浙江、江苏等各地在“十四五”也提出了 实现碳纤维技术突破、扩大碳纤维产能、壮大碳纤维产业的明确发展目标。

疫情及海外技术封锁下国内供应占比逐步提升，国产替代加速。2015 年之后， 国内碳纤维需求保持快速增长，虽然国内企业供给逐步增加，但海外进口比重依 旧较大，2019 年国产化率提升至 31.7%，国产替代陷入瓶颈。2020 年美日加强 了碳纤维等高端材料出口中国的管控：1）2020 年 12 月，国际碳纤维巨头日本东 丽碳纤维出口至未获日本《外汇及外国贸易法》许可的中国企业，日本经济产业 省对该公司实施了行政指导警告，要求东丽子公司防止再次发生此类事件，并彻 底做好出口管理；2）2021 年 2 月 24 日，美国总统拜登签署了行政命令，在联邦 机构间展开为期 100 天的审查，以解决四个关键产品供应链中的漏洞，其中包括 碳纤维。海外管控叠加疫情影响全球经济贸易活动，2020 年以来碳纤维国产替代 提速，2021 年国产碳纤维需求占比快速提升至 46.9%。但国产碳纤维在高端产品 性能、稳定性以及产线运行效率等与海外龙头企业仍有差距，未来碳纤维市场国 产替代空间仍然较大。

国内碳纤维产能快速扩张。随着国内碳纤维的需求快速增长，国内碳纤维企 业加快产能扩张步伐，近三年国内头部碳纤维企业均抛出了扩产计划。由于碳纤 维属于资金密集型行业，产能扩张主要受制于企业的资金实力，根据光威复材公 告其包头万吨级生产线投资额超 20 亿元。前期资金投入较大，而前期国产碳纤维 企业生产效率不足导致投资回报率较低，共同构筑行业较高的资金壁垒。随着核 心工艺的突破以及生产效率的不断提升，国内碳纤维产能有望快速崛起。