2022年碳纤维市场分析 市场空间广阔，航空航天领域将成为新的增长极

1. 与众不同的观点

目前市场中碳纤维复合材料领域的相关研究报告多注重于讨论碳纤维 下游的民用领域，例如：体育休闲领域、风电叶片领域。诚然这两大领 域占据着目前碳纤维国内应用市场中约 73.46%的市场份额，也是支撑着 碳纤维上游企业扩产的核心动力来源。但是市场中对于碳纤维未来在航 空航天大制造领域的应用存在着明显低估，目前市场中普遍的观点认为： 碳纤维材料未来在航空航天领域的应用放量存在不确定性。市场的普遍 预期是：未来航空航天级碳纤维复合材料的年需求量在 1000 吨左右， 但是我们的观点是碳纤维材料未来在航空航天领域的应用存在巨大的 确定性，保守估计将在 2025 年之前达到万吨级的需求规模。将会成为 继风电叶片、体育休闲领域之后撑起碳纤维市场需求量的第三极。

我们与市场不同的观点在于，通过参考美国、日本、英国在碳纤维材料 发展路径上的不同，我们可以分析得出：美国碳纤维材料应用领域凭借 着波音飞机对于轻质量高强度飞机结构材料的需求打开了下游的应用 市场。日本的发展经验则是通过军民用制品市场率先实现了碳纤维商业 化。而英国的碳纤维发展模式由于缺乏大航空工业的下游应用需求作为 支撑，同时又没能在民用制品领域进行突破，所以时至今日英国在碳纤 维领域存在的意义更多地体现在出售专利、转让技术方面。 通过分析比较，我们认为虽然目前国内碳纤维材料的下游应用需求依然 要靠风电设备、体育休闲等民用制品领域撑起，但是以 5-10 年的历史维 度来看，受益于中国商飞的快速发展以及国产民航大飞机的逐步交付使 用后带来的民航工业对于碳纤维复合材料需求的规模效应，未来中国的 碳纤维材料应用领域将会是民用制品工业与航空航天大工业“双线并举， 两翼齐飞”的发展模式。

2. 研究和下游应用相结合形成完整的碳纤维复合材料产业链闭环

2.1. 国外的技术封锁促使中国自主研究突破碳纤维技术壁垒

碳纤维复合材料是以碳纤维为增强体与树脂、陶瓷以及金属等基体复合 而成的结构材料。碳纤维是纤维状的碳素材料，含碳量在 90%以上。它 是利用各种有机纤维在惰性气体中、高温状态下碳化而制得。碳纤维除 了具有十分优异的力学性能外，还具有低密度、耐高温、耐腐蚀、抗疲 劳、震动衰减性高、电及热传导性高、热膨胀系数低、穿透性高等优良 性能。基于此，到目前为止，用碳纤维与其他基体复合而成的先进基复 合材料是目前用的最多，也是最重要的一种构造复合材料。 中国碳纤维复合材料行业的发展正处于技术攻克阶段。在生产技术方面， 碳纤维复合材料主要是以碳纤维为增强材料，因此上游碳纤维材料的技 术发展情况将直接影响碳纤维复合材料的发展进程。上世纪 70 年代， 我国开始碳纤维材料的研究，但由于碳纤维生产技术长期被美日两国所垄断，中国难以突破美日两国对先进生产制备技术的封锁，致使中国碳 纤维材料至今仍处于缓慢发展期，核心技术尚未攻克，难以实现规模化 生产。现阶段，中国大部分企业已经能够规模化生产 T300 级别的碳纤 维产品。对于 T700 级别的碳纤维，中国仅有少数企业可以进行少量生 产。

在应用领域方面，“十二五”时期，中国碳纤维复合材料主要应用于体 育设施、工业和航空航天领域，其中体育设施类大宗商品占据下游应用 市场近 50%的份额。在新能源和新材料行业的大力推进下，中国碳纤维 复合材料在下游应用领域的推广逐步扩大。“十三五”时期到现在，碳 纤维复合材料下游应用领域增长较快的有风电和汽车领域，分别占据了 下游应用总需求的 15%和 5%。在新能源汽车的推行下，碳纤维复合材 料将加大在汽车领域的布局，从而推动行业的发展。

2.2. 应用端难产导致英国在碳纤维材料发展过程中的失败

1963 年瓦特的研究团队通过近藤昭男博士用 PAN 制备碳纤维获得了实 验灵感，在制备工艺上进行了创新，获得了强度两倍于近藤昭男的碳纤 维并于同年申请技术专利，这也意味着真正意义上的高模高强碳纤维诞 生。1966 年皇家飞机研究中心和英国原子能研究中心将高性能碳纤维技 术转让给了摩根坩埚公司、考陶尔兹公司和罗尔斯罗伊斯公司（简称“罗 罗公司 ”）等三家英国企业。这三家公司分别建设了碳纤维生产线。1967 年罗罗公司开始研制 CFRP 进气风扇叶片，准备用于当时正在设计试制 的最先进的涡扇飞机发动机。但是 1969 年罗罗公司的发动机遭遇了撞 鸟而崩溃。罗罗公司将碳纤维业务进行了剥离，英国在碳纤维应用方面 的探索进程随即被打断。1980 年代，英国由于缺乏下游应用的支撑，已 经开始以转让技术、变卖专利为生，其中包括对北京化工学院及吉林化 学公司的技术转让。

2.3. 日本-依靠下游民用领域破局，铸就碳纤维龙头地位

1959 年，日本大阪工业试验所的近藤昭男博士发现 PAN 基可作为碳纤 维的前驱体，该材料具有热稳定性好，碳转化率达 50%-60%等优异性能， 从而奠定了碳纤维产业化的基础。日本东海碳素公司和日本碳素公司最 早从近藤昭男博士处获得专利授权。东丽公司起步较晚，在研究突破单 体、聚合和纺丝等一系列前驱体 PAN 纤维技术的难题后，1960 年代东 丽绕开欧美企业主导的航空航天市场凭借高尔夫球杆上的应用，一举打 开下游民用休闲制品市场，领导全球实现碳纤维材料的商业化。随后的 1970 年代中，东丽公司通过与美国联合碳化物公司技术互换将 T300 级 的碳纤维材料带进美国市场，1975 年，东丽生产的碳纤维材料首次应用 于波音 737 的次承力部件上，自此东丽公司开始了与美国波音公司的长 期合作。

2.4. 美国-依靠航空航天大制造塑造碳纤维应用格局

尽管美国是碳纤维材料的发源地，杜邦公司于 1940 年代就已经发明了 丙烯腈纤维技术并开始商业化生产，但是美国对碳纤维早期研究上专注于人造丝基，由此在 PAN 基的发展上有所忽略。1970 年代，美国联合 碳化物公司与日本东丽签订技术互换，自此两家公司同时拥有了高性能 碳纤维生产的全套技术。碳纤维材料得以在美国获得广泛应用的契机来 源于 1970 年代爆发的中东石油危机，高企的航空燃油价格使得各航司 不得不寻求质量更加轻便的民航客机。波音公司也是在这时提出在商用 飞机上应用碳纤维材料的研发要求。在商用飞机这样一个大下游的强有 力需求带动下，美国后发制人形成了碳纤维材料全产业化的链条。而碳 纤维材料得以在美国获得推广应用的核心动力从一开始就来自于美国 航空航天大制造的刚性需求。

2.5. 多领域发力奠定碳纤维复合材料产业链结构

碳纤维复合材料行业产业链结构

中国碳纤维复合材料行业产业链的上游是碳纤维增强材料行业、树脂等 基体材料行业；中游为碳纤维复合材料生产行业；行业下游为碳纤维复 合材料主要应用行业，包括航空航天、体育设施、汽车制造、风力发电 等领域。

产业上游分析

中国碳纤维复合材料行业上游由碳纤维增强材料行业，树脂等基体材料 行业构成。碳纤维是一种含碳量在90%以上的高强度的无机高分子纤维， 具有高强度、高模量、耐腐蚀、耐摩擦和耐高温等多种性能。根据原丝 不同，碳纤维主要可分为聚丙烯腈基碳纤维、沥青基碳纤维和粘胶基碳 纤维；由于每一根碳纤维都是由数千根碳纤维单丝组成，因此根据碳纤 维单丝数量的不同又可将碳纤维划分为小丝束和大丝束。小丝束指纤维 单丝数量小于 24000 根的碳纤维，大丝束指纤维单丝数量大于 48000 根 的碳纤维。

产业中游分析

碳纤维复合材料行业的中游是碳纤维复合材料的生产行业。根据基体材 料的不同，碳纤维复合材料可划分为以树脂、金属、陶瓷和橡胶为基体 的四类碳纤维复合材料，这些碳纤维复合材料性能各异。树脂基碳纤维复合材料具有较为良好的强度、刚度、耐湿性和成型加工性。可应用于 宇宙飞行器外表面放热层和航空航天结构材料等方面；金属基复合材料 具有高比强度、高比模量，可应用于宇航结构材料、汽车和铁道等方面； 陶瓷基复合材料有助于改善用于复合的两类材料的韧性并提高机械的 冲击性，可应用于发动机的高温部件方面；橡胶基复合材料有助于提高 器件使用寿命，并改善热疲劳性，可应用于管材和耐磨衬轮等方面。

中国碳纤维复合材料的生产中，以碳纤维增强树脂基复合材料为主，其 市场份额占据碳纤维复合材料市场的 85%，金属基、陶瓷基和橡胶基则 总共占据 15%的市场份额。中国碳纤维复合材料行业发展较为缓慢，一 方面是由于受上游原料供应的影响，中国当前碳纤维原丝生产技术相对 较为落后，致使中国原丝产量有限且品质较低，碳纤维复合材料的发展 长期受到制约；另一方面，中国碳纤维复合材料目前在关键技术领域尚 未取得突破，技术仍有较大的提升空间。因此，碳纤维复合材料行业中 游的发展对上游行业依赖性较高，中游产业的议价能力较弱。碳纤维复 合材料生产企业的产能普遍偏小，生产中的规模化效应较弱，在整个碳 纤维复合材料产业中话语权较轻。

产业下游分析

碳纤维复合材料下游的应用主要包括航空航天、体育设施、工业和风电 行业等其他领域，在绿色能源和新型材料发展的带动下，中国碳纤维复 合材料的下游应用领域逐步扩大，开始在汽车和石化领域布局，并进一 步加大了在风电领域的产业应用。

“十三五”时期，中国碳纤维复合材料在体育设施、工业和航空航天的 应用占比分别达到 45%、25%和 10%，此外风电和汽车两大应用领域占 比也得到增加，分别为 15%和 5%。从下游需求来看，体育设施属于大 宗产品类，对碳纤维复合材料的需求量长期保持在稳定水平。除体育设 施领域，下游风电领域对碳纤维复合材料的需求也将呈现明显的增幅。 中国不断加大在低速风机和海上风机的生产研发，叶片长度不断增长， 由于树脂基碳纤维复合材料是制造大型叶片的关键材料，风机建设的加 强将直接推动碳纤维复合材料在风电领域的应用。下游应用领域的增加， 一方面对碳纤维复合材料的生产制备提出了更高的要求。在整体产业链 中，下游需求将直接影响产业中游的生产，因此下游在产业链中较为重 要，也具有相对较强的议价能力；另一方面，应用领域的增强将直接带 动需求的提升，对整个行业的发展起到推动作用。

2.6. 技术壁垒突破加速国内碳纤维材料发展进程

我国碳纤维企业经过近些年的不断技术突破，基本已经摸索出小丝束和 大丝束的碳纤维的生产技术路径。大小丝束的碳纤维技术路径不同，技 术壁垒本身也有不同。小丝束碳纤维因用于军工等高精尖工业制造领域， 因而国产替代的需求更为迫切，在重点投入和需求支撑下，小丝束碳纤 维企业更早实现国产替代。以干喷湿纺为例，我国最早是中复神鹰在 2013 年率先突破了千吨级碳纤维原丝干喷湿纺制造的技术并于 2015 年 实现生产线的稳定运营，随后光威复材、中简科技、恒神股份等企业陆 续实现了干喷湿纺的纺丝工艺。同时企业也进行更高性能碳纤维的研制， 以 T1000 级为例，中简科技 2015 年采用湿法纺丝技术研制成功 T1000 级碳纤维，光威复材 2018 年 T1000 级碳纤维在工程化生产线上实现连 续生产，中复神鹰 2019 年百吨级超高强度 T1000G 级碳纤维生产线实现 连续稳定运行。

大小丝束的碳纤维在性能上存在较大差异。大丝束碳纤维在性能上不如 小丝束碳纤维，但是在相同的生产条件下更易提高碳纤维单线产能，降 低生产成本，从而实现大规模的工业应用。大丝束碳纤维由于高通量， 在原丝、聚合、预氧化、碳化等多个系统环节，存在着很多复杂的技术 与工程问题。包括但不局限于：1）一致性：纤维数量越多则保持每根 纤维的一致性更难；2）毛丝问题：纤维数量越多则毛丝也会越多，需 要把毛丝的占比控制在合理的范围内；3）碳化：在碳化环节，毛丝可 能会发生剧烈的化学反应，进而导致纤维分子结构中的某些键断裂等现 象发生。从日本东丽的发展路径来看，东丽在小丝束上不断突破高强高 模，但是并不具有大丝束碳纤维的产能，二是通过后续并购美国 Zoltek 取得大丝束碳纤维的产能。 腈纶工艺的基础是发展大丝束碳纤维潜力的重要评价指标。海外大丝束 碳纤维的原丝制备技术是源于腈纶工业的。世界腈纶技术路线相对集中 的是以 DMAC 为溶剂和以 NaSCN 为溶剂的两步法湿法纺丝为主生产， 前者为有机溶剂，后者为无机溶剂。目前在大丝束碳纤维领域，已经或 有望突破原丝生产技术的企业均有腈纶生产工艺的基础，且掌握了溶剂 的生产，包括吉林碳谷、上海石化等。

3. 碳纤维复合材料未来市场空间约为 161 亿元，航空航天领域将成为新的增长极

3.1. 四大领域撑起中国碳纤维复合材料行业市场规模

随着碳纤维复合材料在国内各领域的加速推广使用，风电、光伏、体育 休闲、航空航天等四个领域将会在未来 5 年内成为支撑下游行业对于碳 纤维复合材料需求的重要支点，随着氢能源汽车的快速发展，该领域将 有可能成为维持市场对于碳纤维复合材料需求量的又一重要支点。我们 预测到 2025 年，在完全不考虑国产碳纤维复合材料外销的情况下，仅 靠填补国内下游应用领域对于碳纤维复合材料的需求，国内碳纤维复合 材料的年市场规模可达到近 161 亿元。其中风电领域贡献约 68 亿元（见 附录）；光伏领域贡献约 18 亿（见附录）；体育休闲领域贡献约 40 亿元 （见附录）；航空航天领域贡献约 35 亿元，目前市场对于航空航天领域 碳纤维需求量存在明显低估，我们认为该领域将会成为撑起碳纤维复合 材料需求量的第三极。

3.2. 航空航天领域未来放量明确，将撑起需求第三极

碳纤维复合材料在航空航天领域应用广阔，部分机型的使用量上已达到 结构重量的 90%。以战斗机为例，自 20 世纪 70 年代至今，复合材料的 应用范围已从最初的尾翼拓展到机翼、前机身、中机身、整流罩等多个 机身部位。以美军为例，1969 年，F14A 的碳纤维用量仅有 1%，而以 F-22 和 F35 为代表的的第四代战斗机上用量达到 24%和 36%，英国的台 风战斗机碳纤维复合材料的用量达到 40%左右，其中全机表面的 70%采 用碳纤维复材。而碳纤维复合材料在波音公司生产的众多机型中的应用 与日俱增。 通常，先进复合材料首先应用于航天航空等国防工业领域，随着技术的 成熟，慢慢向民用领域拓展。以高性能碳纤维复合材料为代表的先进复 合材料作为构造、功能一体化材料，在民航飞机、导弹等航空航天领域 发挥着不可估量的作用。

民航飞机

碳纤维复合材料与钢材相比其质量能减轻近 75%，而强度却提高 4 倍， 其在航空航天复合材料上的使用，大大改善了大型商用飞机的燃油效率， 空客 A380、和波音 787 梦想客机中碳纤维复合材料的使用量均已超过 50%。其机身、机尾翼采用碳纤维层合结构，升降舵、方向舵保存碳纤 维夹芯结构。大量应用碳纤维复合材料获得低油耗、高巡航速度的民航 客机得以实现更多的点对点不经停长途直飞航线。碳纤维复合材料具有 耐高温、抗磨损、比热容大等特点，是制造飞机制动装置的优异材料。 用其制作的飞机制动盘与金属制动盘相比可节省约 40%的构造重量，使 用寿命也是金属制动盘的 5~7 倍。根据波音公司在 2020 年底发布的 2021-2040 全球民航市场展望蓝皮书，中国在未来 20 年中，将会有 8700 架次的新增民航客机需求量，其中单通道客机约为 7062 架次，双通道 宽体客机约为 1652 架次。我们假设未来国内的新增客机需求量将逐步 由中国商飞所生产的 C919 以及正在研发生产的 CR929 所替代。民航客 机在碳纤维复合材料的需求量约为 8421.4 吨/年。

军用飞机及火箭

在 20 世纪 80 年代，碳纤维复合材料作为主承力结构材料开始在军用飞 机的主翼、机身等部位使用。近几年随着碳纤维工业技术和航空航天事 业的不断开展，碳纤维在这一领域的应用更加广泛，如用于制造人造卫 星支架、卫星天线、航天飞机的机翼、火箭的喷焰口、战略导弹的末级 助推器等。固体火箭发动机是各种导弹武器的主要动力装置，在其壳体 应用碳纤维复合材料可大大减轻火箭和导弹的发射质量、节省发射费用， 使得火箭或者导弹能够携带更重的弹头、增加有效射程或落点精度。由 于战略导弹对自身构造质量的要求非常严格，采用先进碳纤维复合材料 对提高精度、增大射程意义重大。发动机和弹头质量每减少 1kg，可使 得洲际弹道导弹的射程增大 20km，故碳纤维复合材料在导弹上的应用 会极大提升战略导弹的作战性能。

根据我们的测算到 2030 年航空航天领域所使用的碳纤维复合材料市场 规模可达 34.4 亿元。由于中国商飞预计在 2022 年向国内各航司首批交 付 C919 商用飞机，并在今后的几年加速交付。民航飞行器对于航空航 天级别碳纤维复合材料的需求量有望在未来的几年内加速放量。目前国 内头部碳纤维生产商中仅有中复神鹰有针对航空航天级碳纤维材料的 扩产计划，中复神鹰将在未来填补该领域的需求量。

4. 龙头有效产能集中，海外原丝断供加速国产化突破

4.1. 行业质变进行时：供给端全面优化叠加需求端爆发使国产

替代全力加速 自从国家出台扶持碳纤维材料产业发展的各项政策以来，国内碳纤维技 术获得巨大突破，叠加国内下游应用领域对于碳纤维材料的巨大需求，国内碳纤维行业迎来优质发展期。首先小丝束和大丝束碳纤维先后实现 重大技术突破，尤其是在生产大丝束碳纤维上具有低成本优势，这使得 碳纤维在工业领域的规模放量成为可能；其次是国内风光氢等新能源需 求正迎来快速增长，企业产能利用率进一步提升，进一步带来成本的下 降，因此促进了碳纤维替代应用的全面加速。过去几年国内头部碳纤维 企业的单位生产成本下降显著，也进一步验证了技术突破和需求旺盛下 供给曲线的下移。

目前国际上碳纤维市场格局是日美企业遥遥领先，但国内企业正在快速 追赶。2020 年全球碳纤维总产能约为 17 万吨，其中仅日本东丽一家就 达到了 5 万吨，无论是大丝束市场还是小丝束市场，均被日美企业瓜分。 但是近几年我国碳纤维企业的有效产能通过快速扩张，改变了行业长期 以来“有产能而无产量”的被动局面，进口碳纤维比例持续下降。2015 年行业产能利用率仅为 15%，而到 2020 年则提升为 51%。

据我们分析，未来碳纤维生产成本仍有继续下降的空间。未来从原材料、 工艺、能源利用、设备、规模化建设等多方面入手叠加规模化的提振效 应，碳纤维降本潜力较大。碳纤维生产制备成本主要包括 PAN 原丝（购 买或企业自己制备）、预氧化、碳化（低温碳化、高温碳化）、表面上浆和卷绕成本，具体的成本构成可表现为：原丝（51%）、预氧化（16%）、 碳化（23%）、表面处理（4%）、包装等其余成本 6%。据测算，随着生 产规模的增加，原丝和碳纤维的生产成本均明显下降，主要是大规模直 接费用被摊薄，非直接生产控制因素对生产总成本的影响逐渐减弱。例 如，产能 3000 吨的原丝生产线单位生产成本为 3.8 万元/吨，相较于 1000 吨产能的原丝生产线单位成本 4.78 万元/吨而言减少 20%。产能 1500 吨 碳纤维单位生产成本约为 11.7 万元/吨，较 500 吨产线的单位成本 15.9 万元/吨而言减少 27%。

4.2. 有效产能多集中于龙头企业，铸就行业准入壁垒

目前碳纤维行业的有效产能高度集中，主要来自吉林碳谷及其下游企业、 中复神鹰、光威复材、中简科技等公司的手中，其中吉林碳谷对应的市 场份额能够占到 50%左右。受益于新能源行业的高景气行情以及全球疫 情影响海外企业生产，国内碳纤维生产企业的收入迎来高速增长，这其 中以率先突破大丝束规模化生产的吉林碳谷、工业应用起家的中复神鹰 和侧重军工发展的光威复材发展最快。

目前我国碳纤维生产企业中大部分产能为无效产能，行业有效产能高度 集中。2020 年国内碳纤维行业理论产能 CR3 位 46%。CR5 位 60%，CR10 位 72%。但这一数据并不代表有效产能，行业部分公司的生产线成本过 高或者无法连续稳定生产，因此行业内的产能开工率整体并不高。

国内碳纤维企业有效产能高度集中，目前行业的竞争格局较优。2020 年国内碳纤维产能约为 3.6 万吨，但国内供应量仅有 1.85 万吨。如果按 照 2.1:1 的折算系数将吉林碳谷的原丝销量折算为碳纤维销量，则目前 国内前四家销量的碳纤维企业（吉林碳谷、中复神鹰、光威复材、中简 科技）的总销量为 1.6 万吨，CR4 约为 86%。同时头部企业之间也有着 各自的优势细分市场，如中简科技主营军品小丝束，光威复材军民并重， 中复神鹰则主营民品小丝束并积极向航空航天级别的高强碳纤维进军， 吉林碳谷主营原丝，目前行业竞争格局仍较优。

（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）