2022年碳纤维复合材料行业市场现状研究分析 碳纤维复材产业链附加值高

1. 碳纤维复合材料性能优异，产业链附加值极高

1.1. 碳纤维—“21 世纪新材料之王”

碳纤维被誉为“21 世纪新材料之王”、“黑色黄金”，是由聚丙烯腈(PAN)（或沥青、 粘胶）通过预氧化/碳化等一系列工艺制成的高强度高模量纤维制品。其应用形式主要有 碳纤维、碳纤维织物、碳纤维预浸料和短切纤维四种。

碳纤维具备其他材料无可比拟的高比强度和高比刚度，综合力学性能出色。此外还 具备耐腐蚀/耐高温/耐摩擦/抗疲劳等有点，广泛应用于航空航天/海洋工程/新能源装备/工 程机械/高性能体育器材等高端制造领域。

碳纤维按照力学性能，可分为通用型/高强型（GQ）/高强中模型（QZ）/高模型（GM） 和高强高模型（QM）。业界一般采用日本东丽公司产品代号作为性能指标，包括高强“T” 和高模“M”系列。数字越大对应的性能等级越高，尾号带字母的性能等级高于不带字母 的（如 T300B 性能大于 T300）。

按照丝束大小可分为小丝束和大丝束碳纤维。小丝束主要应用于航空航天和国防军 工等高技术领域，又被称为“宇航级碳纤维”；大丝束成本相对较低，主要应用于纺织、 医药卫生、机电、土木建筑、交通运输和能源等工业领域，因此又被称为“工业级碳纤维”。

碳纤维由原丝经预氧化、碳化等环节生产而来。原丝则由丙烯晴等原材料经过复杂 工艺过程生产而来。原丝的生产按照聚合和纺丝的连续性可分为一步法和两步法，按照纺 丝方法可分为湿法纺丝和干湿法纺丝。日本东丽生产的 T700/T800/T1000 碳纤维均通过 干湿法纺丝工艺制备。干湿法纺丝纺出的纤维体密度较高，表面平滑没有沟槽，可制得高 性能碳纤维。

图：碳纤维制备工艺主要分为一步法和两步法

1.2. 碳纤维复合材料产业链附加值极高

复合材料是运用先进材料制备技术将不同性质材料组分优化组合而成的新材料。可 以简单的将组成复合材料的原始材料分为基体材料和增强材料。

基体材料的作用为：①粘结：基体把增强材料粘结在一起，把载荷传递给增强材料， 同时为材料提供刚性和形状；②隔离：将增强材料隔离使之分别发挥作用，进而可以停止 或减缓裂纹扩展；③保护：保护增强材料不受化学侵蚀和机械损坏。

增强材料的作用为：①承担载荷：材料 70%~90%的载荷由纤维来承担；②提供力学 性能：包括材料的硬度、强度、热稳定性等；③提供电学性能：如导电性与绝缘性。 碳纤维复合材料即以碳纤维作为增强材料的复合材料，常用基体材料为树脂。

复合材料的制备方式有两种：一是先由纤维与基体复合，制备预浸料，再通过成型工 艺制备复合材料；二是由纤维与基体直接成型产生复合材料结构件。

预浸料形式的碳纤维复合材料在航空航天领域的实际使用中占据绝对优势。主要是 由于 1、层合板与蜂窝夹层等结构已成为航空复材的主流，而层合结构本身就是由预浸料 按照铺层角度堆叠而成的；2、直接采购预浸料生产复材结构，可减轻下游主机厂工艺研 究负担，使其专注于飞机结构设计制造。

由于工艺复杂、技术壁垒高，碳纤维产业链叠加了极高的附加值。从聚丙烯腈粉末， 到原丝、碳纤维、预浸料、复合材料，每经过一级价格都实现突跃。

2. 美、日长期垄断全球碳纤维复材市场，中国企业突破封锁迎头赶上

2.1. 碳纤维复材技术发源于美日，当前美中日三国碳纤维产能居世界前三

1959 年，日本发明了基于聚丙烯腈的碳纤维制备技术。此后经过：60 年代实验室技 术研发、70 年代工程化技术研发及应用开拓、80 年代工业化/系列化发展、90 年代并购 抢占市场份额，进入 21 世纪后，开始在在航空航天/风电/汽车上大规模应用。

美、日作为碳纤维复合材料主要的技术发源地，得益于强大的工业基础和长期积累， 在高性能纤维及其复合材料领域具备先发优势。

中国碳纤维产业在技术封锁中艰难起步，经过几十年的发展，现已初步形成了产业 化的碳纤维研发与生产平台，完成了碳纤维等原材料国产化生产及装机应用。国产 T300 级/T700 级碳纤维复合材料已完成了应用验证，实现了航空复材全生命周期的国产化。

目前，全球碳纤维复材产业链中，美、日、中三国占据碳纤维产能前三。

从应用领域来看：新冠疫情影响前，2019 年全球碳纤维销售额为 28.7 亿美元，航空 航天占比接近 5 成。中国碳纤维销售额为 7.7 亿美元，但价值占比最高的为体育休闲和风 电叶片。后续随着国防装备大放量以及新能源汽车的普及，预计中国碳纤维的使用在航空 航天和汽车两个领域将快速增长。

图：2019 年航空航天在全球碳纤维价值量中占比约为 5 成

2.2. 我国已基本形成较为完备的航空航天复合材料产业链

进入 21 世纪以来，中国对碳纤维的需求量持续提升。但世纪之初，我国碳纤维产业 技术水平不高，产能利用率长期不到 5%，“有产能无产量”的问题十分严峻。近年来，随 着我国碳纤维技术水平的持续提升，国内产品已经可以覆盖高强/高强中模/高模/高强高模 型碳纤维，与国外先进水平的差距快速缩小，国产化率也显著提升。

当前，国内碳纤维复材企业主要包括上游的中简科技（300777.SZ）、中复神鹰 （A21179.SH），中游的中航高科（中航复材），下游的航空工业、商飞、商发、航天、中 电等国有军工央企。其中光威复材（300699.SZ）与恒神股份（832397.NQ）产品可覆盖整 条产业链。总体而言，我国已经形成了较为完整的碳纤维复合材料产业链。

3. 公司掌握预浸料核心技术，预浸料营收占国内制造商的接近 9 成

制备高性能碳纤维复合材料预浸料的核心有两点，一：合理的树脂基体；二：相关制 造工艺参数。

一、树脂体系：针对不同需求形成多品系的树脂体系是保证预浸料适用性和实用化 的关键因素之一，树脂体系的形成及相应制备技术具有很高的技术壁垒。飞机不同结构 部位对树脂的性能要求差别大。如：环氧、双马树脂力学性能好，耐热性能差，广泛应用 于飞机机体；聚酰亚胺类树脂耐热性能优异，广泛应用于发动机。

二、工艺参数：上浆剂匹配性及低成本制造成型技术涉及的相关工艺参数研发周期 长、研发成本高。

上浆剂在碳纤维之间、碳纤维与树脂之间起到了粘合作用，须与不同树脂良好相容匹 配，才能充分发挥碳纤维和树脂的优异性能。国内外极少数企业能够做到根据不同树脂开 发与之配套的上浆剂。此外，为提升竞争优势，需要掌握低成本制造成型工艺。其中部件 连接、整体成型、连续化成型、高效率成型等研发周期长、试错成本高，公司建立的制造 工艺数据库，在行业内也具有很高的技术壁垒。

公司基于以上两方面积累及优势，牢牢占据着碳纤维复材领域中游预浸料核心环节。

根据《国内外预浸料应用市场概述》，我国每年从赫氏、氰特等公司进口约 200~300 吨高端预浸料主要用于民用市场。军用领域，由于国外技术封锁、供应链安全性可靠性等 原因，主要由国内自主供应。根据各公司年报，2020 年中航高科预浸料营收占国内三家 主要预浸料公司合计预浸料营收的接近 9 成，在特别是军用领域具有绝对的龙头地位。

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