碳纤维产业链深度解析「碳纤维行业前景」

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（报告出品方/作者：东北证券，濮阳、陶昕媛）

1. 碳纤维性能优异，下游应用增势较强

碳纤维是以经过特殊处理的高质量聚丙烯腈(PAN)为原料。PAN 基碳纤维拥有 1000 至 48000 条碳丝，每条碳丝直径为 5-7μm，都是微晶石墨结构。碳纤维通常与树脂 一起固化成复合材料。由聚丙烯腈纤维原丝制得的高性能碳纤维，其生产工艺较 其他方法简单，产量约占全球碳纤维总产量的90%以上，其生产过程一般可分为聚 合、纺丝和碳化等部分。

碳纤维除了具有一般碳素材料耐高温，耐磨擦，导电，导热及耐腐蚀等特性，还 可以表现出稳定的化学性能以及物理性能。在化学性能方面，碳纤维可加工成各 种织物，在要求高温、化学稳定性高的场合，碳纤维复合材料具有不可替代的优 势；在物理性能方面，其具有很强的抗拉力和纤维柔软可加工性，因此很多材料 都是应用了它的物理性质进行应用的。碳纤维由于具备以上良好属性，可以称为 新材料之王。

按照原材料种类，碳纤维可分为 PAN 基碳纤维、沥青基碳纤维和粘胶基碳纤维。 其中，PAN 基碳纤维由于生产工艺相对简单，产品力学性能优异，用途广泛，自 20 世纪 60 年代问世以来，迅速占据主流地位，占碳纤维总量的 90%以上；沥青基、粘胶基的产量规模较小。因此，目前碳纤维一般指 PAN 基碳纤维。

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。早期小 丝束碳纤维以 1K、3K、6K 为主，逐渐发展出 12K 和 24K。小丝束碳纤维性能优 异但价格较高，一般用于航天军工等高科技领域，以及体育用品中产品附加值较 高的产品类别，主要下游产品包括飞机、导弹、火箭、卫星和钓鱼杆、高尔夫球 杆、网球拍等。一般认为 40K 以上的型号为大丝束，包括 48K、50K、60K 等。大 丝束产品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。随着目前碳纤维制作工艺的提升及产品价格的下 降，小丝束在工业领域的运用已逐步拓宽。 按照力学性能，碳纤维可以分为通用型和高性能型。通用型碳纤维强度为 1000MPa、模量为 100GPa 左右。高性能型碳纤维又分为高强型（强度 2000MPa、 模量 250GPa）和高模型（模量 300GPa 以上）。强度大于 4000MPa 的又称为超高 强型；模量大于 450GPa 的称为超高模型。

纺丝、碳化、复合三段工艺，原丝制作为技术核心。原丝制备是碳纤维制备中技 术壁垒最高的环节，直接决定碳纤维产品的质量和成本。原丝制备包括聚合和纺 丝两个环节，聚合是将丙烯腈单体聚合成纺丝液，纺丝决定了原丝的性能。丙烯 腈聚合按工艺不同可分为一步法和二步法，一步法的聚合转化率高，工艺流程短，是小丝束主要采用的工艺，二步法适合生产大丝束。得到原丝后，将卷绕好的聚 丙烯腈原丝进行退丝，预氧化，转化为耐热梯形结构的预氧丝（PANOF），再经 低温和高温碳化转化为具有乱层石墨结构的碳纤维（CF），上浆，经烘干得到碳 纤维产品。

2. 供给创造需求，行业蓝海激荡

2.1. 全球碳纤维规模稳步增长，下游应用广泛

2.1.1. 全球碳纤维规模稳步增长 ，产能首超美国

2016 至 2019 年，全球碳纤维市场规模持续增长，2020 年全球碳纤维市场规模有所 下降，主要源于碳纤维价值量占比较高的航空航天领域受到新冠疫情影响，航空 复材领域需求大幅度降低，2021 年回升至 34.01 亿美元，同比增长 30.06%。

在产能方面，2021 年，中国大陆地区首次超过美国，成为全球最大产能国，运行 产能占比达 30.5%；美国以 23.5%的运行产能排在第二；日本第三，占比 12%。

碳纤维是目前世界上所有高性能纤维中比强度和比模量最高的纤维。据统计， 2015-2021 年，全球碳纤维需求量稳中有升，从 5.3 万吨增长至 11.8 万吨，期间年 均复合增长率为 14.27%。

从国际碳纤维需求区域的总体分布情况来看，近年来世界碳纤维需求最多的地区 为北美，该地区需求量约占全球总需求量的 35.69%；其次是欧洲，需求量约占 26.64%；日本和亚洲其他国家分别占 19.74%和 17.93%。

2.1.2. 国际碳纤维下游应用领域前景可观

全球风电叶片对碳纤维需求量最大，航空航天用碳纤维市场规模第一。碳纤维下 游应用领域广阔，主要有风电叶片、航天航空、体育休闲等领域。 航空航天需求略有下降，预计未来平稳复苏。2021 年全球航空航天领域中，商用 飞机对碳纤维的需求量最大，为 5800 吨，占比为 35.3%，其次是无人机以及军用 飞机。受疫情影响，全球民用航空市场萎缩，对航空航天领域用碳纤维的需求端 造成不利影响。根据国际航空运输协会（IATA）,全球航空客运量有望在 2023 年恢 复至疫情前水平，预计 2024 年以后将迎来明显恢复。基于疫情恢复的节奏以及航 空航天认证周期较长本身提渗透率难度较大，因此航空航天需求复苏以平稳为主。

风电市场发展迅速，未来需求前景可观。风力作为一种清洁能源，先于光伏发电 受到全球各国的青睐，近十几年以来经历了全球化的高速增长。当前，随着风力 发电机率增大，特别是在海上风机的需求刺激下，全球风机大型化的趋势日益明 显。根据全球风能理事会预测，未来五年全球风电新增装机将超过 300GW。其中， 随着全球化的推进，海上风电正进入加速发展阶段，预计在未来五年会有 40GW的 新增装机。风力发电行业及风电叶片用碳纤维的需求前景可观。

体育休闲领域需求略有下滑，预计未来回归正常水平。2021 年全球体育休闲领域 碳纤维需求 1.85 万吨，其中钓鱼竿对碳纤维需求量最高，占比 35.14%，其次是高 尔夫和自行车，分别占比 22.16%和 19.46%。运动健康理念的普及，以及人均消费 能力的提升，将驱动体育休闲市场长期平稳增长。得益于欧洲体育产品特别是自 行车补贴政策的推动，以及其他体育用品制造国的生产能力原因，2021 年我国体 育休闲领域碳纤维的需求火爆。2022 年，随着需求增长逐渐回归正常，上半年的 体育休闲领域碳纤维需求有所下降，且下半年有继续下滑的态势，但整体用量预 计将回归到 2020 年水平或略有下滑。

2.1.3. 全球碳纤维未来发展态势

碳纤维下游应用领域广阔，近年来市场需求保持稳定增长。2020 年全球碳纤维需求继续突破 10 万吨级，达到 10.69 万吨，预计 2025 年碳纤维市场需求 量将达到 20 万吨，年复合增速超过 10%。航空航天、体育休闲等传统领域的需求稳步发展同 时，风电叶片、压力容器、碳/碳复合材料等新兴领域成为驱动市场的重要引擎。 从国内市场来看，2020 年，国内碳纤维需求达 4.88 万吨，同比增长达 29%，高于 全球平均水平，且进口产品依存度较高，主要源自日本、美国等国家的碳纤维龙 头企业。未来随着航空航天、风电叶片、碳/碳复合材料等。新兴产业的需求带动， 预计 2025 年国内碳纤维总需求将接近 14.95 万吨，国产碳纤维的市场占比也将逐 渐提高。

2.2. 国内需求强势增长，未来增量可期

需求高增速态势维持，应用方向广泛发展。中国碳纤维需求量自 16 年起进入快速 增长阶段，2016-2021 年复合增长率约 26.06%，占全球碳纤维需求比重逐年提升。 国内碳纤维以风电叶片，体育休闲为主要下游应用方向，21 年需求占比分别为 36.1%，28.1%。碳纤维下游应用领域广泛，碳碳复材，航空航天，压力容器领域 需求量等均有快速增长。

国产自用占比提升显著，海外进口多点分散。需求来源方面国产碳纤维市场份额 不断攀升，2019-2021 国产需求占比分别为 31.7%，38%，46.9%，市场份额增速显 著，但同时需求端进口依存度仍存在。21 年进口需求略超 50%，日本，中国台湾 进口占比超 10%，美国，韩国市场份额超 5%，呈现海外多地区进口的态势。其中 从日本，韩国进口以小丝束为主，欧洲及北美地区以大丝束为主。

2.2.1. 风电需求持续增长，成本降低成为核心关键

新能源政策利好频频，风电领域装机步入平价年后仍有十足动力。近年我国双碳 计划相关政策频繁出台，强调风电领域发展在双碳计划实施中的重要性。在“十 四五”规划指出应保证每年新增装机量 5000 万千瓦以上，到 2030 年总装机容量至 少达到 8 亿千瓦，2060 年达到 30 亿千瓦。

我国近年来风力发电装机容量随着风力发电补贴的深入高速增长。2021 年是风电 退补的第一年，装机增量略有放缓后但依然超预期，2020/2021 年风电新增装机量 分别为 7167/4757 万千瓦。预计后续随着我国机械制造水平不断提升，电价体系不 断优化风电装机仍将持续制造惊喜。

碳纤维作为优质的轻量化材料，在风电叶片中有广泛应用。大丝束碳纤维增强的 复合材料与玻璃纤维材料相比有着密度较小，耐腐蚀，强度高等优势，主要用于 主梁帽，叶片根部及蒙皮等部位，可有效提升叶片刚度及疲劳强度。对某国产风 电叶片对检测显示：采用纤维灌注工艺的玻璃纤维 0°拉伸与压缩模量分别为 54GPa、52GPa;碳纤维则为 120GPa、115GPa，强度提升近 1 倍，可有效提高风电 叶片使用年限。碳纤维的轻量优势在叶片制备中得到体现，采用高模玻璃纤维灌 注主梁的重量为 3.6 吨而采用碳纤维拉挤主梁的重量仅为 1.4 吨，整支叶片重量从 13.5 吨降低至 11.8 吨，减重比例达 12.59%，有望降低后续发电成本。

成本 上网电价制约使得碳纤维在风电领域的应用有一定局限。碳纤维虽在性能上 具有显著优势，但其在风电领域的应用受到高成本的制约，尤其是在目前上网电 价走低的大背景下风电叶片碳纤维渗透率不确定性进一步增加。小型发电机组 （叶片长度小于 100m）采用玻纤材料更具性价比，而大型风电机组（叶片长度大 于 100m）使用碳纤维可在保持叶片强度大前提下减轻重量约 20%，但成本上升约 80%。目前我国风电处于高速发展阶段，总装机量以小型机组为主碳纤维应用较少， 2020 年陆上风电主流机型单机容量 2.0MW-2.9MW (最大为 5MW); 海上风电主流机 型单机容量达 5.0MW (最大为 10MW)， 21 年风电叶片碳纤维渗透率约 4.7%。

风电整机价格走低，成本向上传导。自 2020 年底开始，风电整机领域出现“降价 潮”。目前，陆上风机的价格最低报价已降至 2050 元/千瓦左右，海上风机价格跌 破 4000 元/千瓦，其价格相比抢装时的历史高点均已“腰斩”。在这样背景下，产 业降本压力势必沿着产业链传导至上游叶片环节。

叶片大型化、海风快速发展，为碳纤维替代传统玻纤提供应用市场。我国目前风 机大型化趋势愈发明显。2021 年，中国新增装机的风电机组平均单机容量为 3514 千瓦，同比增长 31.7%，其中，陆上风电机组平均单机容量同比增长 20.7%，海上 风电机组同比增长 13.9%。海上风电机组单机容较陆上更大，所需叶片长度也更长， 碳纤维复合材料优势得到凸显。随着我国风电建设能力的提升，海风发展近年来 步入快车道，碳纤维在我国风电叶片领域的应用有望实现较大增量。

海风新增装机占比维持高位，助力近年风电叶片碳纤维需求增长。2020/2021 年我 国风电叶片碳纤维需求量分别为 20000/22500 吨，21 年同比增长 12.5%，风电叶片 需求占总需求份额同比下降 4.8pct 至 36.1%。2020 年底我国海上风电累计装机达到 1087 万千瓦，占风电装机总量 3.86%，未来有望进一步提升装机比例带动碳纤维需 求走高。

外部限制因素逐步淡化，技术提升 成本降低助力碳纤在风电中的应用拓展。我国 风电领域碳纤维成型方法有预浸料工艺、灌注工艺和拉挤工艺三种。其中拉挤法 将拉挤碳板用到了风电叶片并降低了对于碳纤原料的要求，在生产较长尤其是百 米以上尺寸叶片时具有工艺简化降低成本，成品质量稳定的优势，适合进行大批 量生产。此前拉挤工艺预制条带的设计专利为维斯塔斯公司（Vestas）所有，使得 国内企业在生产成本上处于劣势，制约了中国碳纤维叶片的发展空间。22 年 7 月 19 日该专利 20 年保护期限到期后拉挤工艺将不再有专利限制，有望助力我国叶片 企业在技术层面上进行成本优化，进一步提升碳纤维在风电领域渗透率。

已有众多企业开始使用碳纤维叶片，专利到期后市场需求提升在即。由于碳纤维 叶片具备多方位优势，目前全球已经有众多企业开始在应用碳纤维叶片，包括 Gamesa、LM、Nordex、中材科技等。根据《2020 全球碳纤维复合材料市场报告》， 2020 年全球风电叶片碳纤维用量约 3.1 万吨，维斯塔斯占有的市场份额超过 80%。 后续随着维斯塔斯专利到期，应用碳纤维的企业数量将进一步增加，碳纤维市场 需求将进一步提升。

2.2.2. 体育休闲全球集中度维持高位，需求增量明显

碳纤维替代进程顺利，高端产品需求增加。碳纤维在体育器材领域的应用已经过 半世纪的发展，凭借其轻量，高刚度的优势已成为高端器材的最优选择，渗透率 不断提高。碳纤维具体在高尔夫，自行车，球拍，钓鱼竿等领域有着集中应用， 其中钓鱼竿碳纤维替代时间进程较短在 21 年引来高增量，同比碳纤维需求增长 85%，未来需求值得期待。

代工效应集中，需求放眼世界。中国体育休闲类碳纤维产品的生产以代工形式为 主，即从海外进口大丝束碳纤维进行加工后销往海外的经营模式。近年产业集中 效应维持高位，2021 年全球超 90%体育休闲领域碳纤维需求量集中在中国，在海 外疫情影响削弱的大背景下需求有望形成新增量。

海外疫情影响减弱，2022 年体育休闲领域需求有望突破 2 万吨。2020 年受全球疫 情肆虐影响，户外体育运动受限导致全球范围体育休闲器材需求增量放缓。2021 年伴随海外疫情管控措施放宽，疫情影响进一步减弱，带动全球范围体育器材需 求量上升。我国 2021 年碳纤维需求量 17500 吨，同比增长约 20%，过去五年复核 增长率接近 10%，由于疫情的逐步放松，且民品碳纤维产能释放价格下降，预计 2022 年我国体育休闲领域碳纤维需求量增速为 15%达到 20125 吨，继续冲击需求 新高点。

2.2.3. 航空航天需求稳增，国产大飞机 C919 投产拉动需求

国家层面高度重视，助力航空航天持续高速发展。据《2021 中国的航天》白皮书， 中国始终把发展航天事业作为国家整体发展战略的重要组成部分。民航局于“十 四五”期间陆续出台相关政策规划引导行业健康有序发展，以追求高质量、可靠 性为坚定目标。

碳纤维性能优势明显，替代进程步入快车道。小丝束碳纤维在航空航天端的替代 使用具有天然优势，作为新型复合材料对比铝合金等传统材料有密度低，硬度高， 耐腐蚀，性质稳定等优势。碳纤维复合材料较强的耐蠕变性能和耐高温性能有利 于在太空中维持形状，使其得以广泛应用于航天领域，用以制备载人航天器及绕 地卫星。碳纤维轻量优势在民用飞机制备过程中得到体现，飞机整体减重可有效 降低成本，飞机减重 300 千克每年可增加 1000 万美元净收益，运营成本优势进一 步推动碳纤维替代进程。 全球航空需求回落，把握机遇迎头赶上。伴随疫情对航空业的严重影响，20 年全 球航空航天碳纤维用量回落明显，同比下降约 30%，低于 2016 年需求量，21 年与 20 年需求保持低位未有明显增量。与此同时我国航天航空领域碳纤维用量继续增 长，21 年同比增长 17.65%，2016-2021 复合增长率达 37.97%，虽占全球需求总量 比重仍较低，但碳纤维替代发展趋势持续向好。我国在战机及民用飞机含碳量与 海外成熟机型仍有20%左右的差距，伴随技术进步碳纤维替代用量有望进一步提升。

2.2.4. 多项应用领域综合发力，助力碳纤维需求再上高点

光伏产业迅速发展，热场替代进程顺利。近年我国光伏产业迅速发展，据国家能 源局数据，2020/2021 年我国光伏新装机容量分别为 4820/5493 万千瓦时，2019- 2021 复合增长率 22.38%。碳碳复材在光伏热场制备领域具有较强替代优势，与传 统材料等静压石墨相比，优势集中体现在制备大尺寸热场原材料损耗减少，热性 能更优秀等方面。替代成本较低有力推动了碳纤维在光伏热场中的渗透进程，碳 碳复材需求全球占比同步提升。

氢气产量增加，储氢瓶迎来快速增长阶段。近年我国氢气产量逐年上升，2016- 2021 复合增长率约 14.57%，带动储氢瓶行业快速发展。得益于密度小，力学性质 稳定的特点，小丝束碳纤维广泛应用于储氢瓶的制备，用于改善内衬的受压状态， 降低内衬层的应力，从而提高缠绕纤维的利用效率，提高压力容器的抗疲劳性能。 21 年全国压力容器碳纤维需求量同比增长 50%，占全球需求比重逐年提升发展步 入快车道。

供给创造需求——需求增速有望持续高增。航天、碳碳热场、压力设备相关领域 的碳纤维需求处于高速增长期，同时碳陶刹车盘等领域需求也在快速释放，但是 由于以上领域占比相对较小，我们给予整体增速假设，预计除风电、体育领域 2022 年需求整体增长率为 35%，达到 30240 吨。故 2022 年我国碳纤维需求量为 77494吨，与 2021年同比增长 24.2%。且预计我国碳纤维需求增速有望持续保持高 位。

3. 碳纤维产能扩张，国产替代正当时

3.1. 碳纤维产能扩张，中国贡献主要增量

3.1.1. 全球产能高增，区域分布失衡

追本溯源，工艺研发突破产能从无到有。自 1860 年斯旺制作碳丝灯泡打开碳纤维 的大门，经过一个多世纪的发展，碳纤维行业一路高歌猛进。1950 年，美国 Wright--Patterson 空军基地开始研制粘胶基碳纤维，初代碳纤维工艺基本确立； 1959 年，日本大阪工业试验所发明了用聚丙烯腈纤维制造碳纤维的新方法(PAN 基 碳纤维)，对传统粘胶基碳纤维发起挑战；1963 年，英国航空研究所在预氧化过程 中施加张力，打通了制造高导热 PAN 基碳纤维的技术路线，奠定了现代生产 PAN 基碳纤维的工艺基础；1970 年，日本吴羽化学工业公司生产的通用级沥青基碳纤 维上市，三大不同原丝类碳纤维均已落地实现生产，现代碳纤维雏形基本形成。

精耕细作，技术变革实现产能高速增长。近半个世纪以来，碳纤维技术更新迭代 加快，老牌碳纤维名企不断更新工艺、提高产量；同时全球各国涌现出更多的新 兴企业投身于碳纤维事业，不断向着具有高模量、高强度、高导热、耐腐蚀等特 点的产品进发，并应用至各个领域。时至今日，碳纤维行业发展欣欣向荣。2021 年全球碳纤维行业有效产能 20.76万吨，同比 2020年 17.17万吨上升 20.91%，相比 2015 年 11.75 万吨上升 76.68%。近年来，全球碳纤维产能快速扩张、企业高速发 展，碳纤维行业充满活力。

三足鼎立，全球产能分布严重不均。受碳纤维行业发展历史与技术沿革创新的问 题，目前全球范围内碳纤维产能分布严重失衡。2021 年全球前三大碳纤维产能国 分别中国、美国、日本，合计运行产能达到 13.71 万吨，占全球运行产能的 66.04%， 几乎垄断全球碳纤维接近三分之二的供应。全球剩余产能零星散落在匈牙利、墨 西哥、法国、韩国等世界各地，占比均为 5%左右。在碳纤维生产企业中，全球前 五大碳纤维生产企业均来自中美日。其中，日本东丽为全球碳纤维产能龙头公司， 2021 年运行产能达 5.75 万吨。产能分布不均衡的局面已持续多年，在技术等硬性 要求下短期内难以发生较大改变。

3.1.2. 中国快速放量，产能利用率仍需提升

产能产量实现双增。中国碳纤维行业发展起步于 1962 年，与日本等碳纤维大国起 步时间相差无几。但由于技术研发等重重阻碍，中国碳纤维生产长时间没有实质 性进展。2010 年之后，新资本与企业涌入，行业加速出清，碳纤维企业数量由 40 多家锐减至 10 家左右。在淘汰战中存活下来的优质企业迎来发展春天，辅以政策 支持与技术驱动，中国碳纤维行业迅速崛起。2021 年中国碳纤维产能为 6.34 万吨， 去除折算产能 1 万吨，仍有 5.34 万吨扎实产能。相较 2020 年 3.62 万吨运行产能， 同比增长 47.72%。产量方面，根据赛奥碳纤维，2021 年中国碳纤维产量达到 2.43 万吨，较 2017 年 0.74 万吨有显著增长，年复合增长率达到 26.85%。

产能利用率仍有待提高。高产能、低产量的背后，部分是由于一些产线于 2021 下 半年建成，计入产能远大于实际产量。如常州新创碳谷新建产能 6000 吨；吉林化 纤集团增长近 16000 吨；中复神鹰增加 8000 吨等大部分产线于 2021 年下半年建成 投产。此外，在产能统计口径上也会出现偏差。例如生产 12K 的小丝束产线，在 实际生产中可能只生产 1K、3K 等小丝束碳丝，由此导致了产能产量间的差距。产 能利用率的问题也同样不可忽视。按照此口径我国 2021/2020 碳纤维产能利用率为 45.51/51.10%，虽较之前有所提高，但与日本美国等发达国家 65-85%的水平仍有差 距。因此，要实现碳纤维行业质的提升，还需加速淘汰落后产能，提高产能利用 率，向美国、日本等高端碳纤维大国看齐。

3.2. 技术 成本双轨齐驱，国产替代正当时

自 2020 年新冠疫情爆发以来，全球物流紧张，运输效率下降，中国碳纤维进口也 受到很大程度影响；叠加日本等碳纤维大国对我国颁布出口限制条令，碳纤维国 产化已推上日程。2021 年我国碳纤维总需求为 62379 吨，进口量为 33129吨，国产 碳纤维供应量为 29250 吨。总体中国市场的情况仍是供不应求。但国产碳纤维市场 份额从 2019 年的 31.7%，2020 年的 38%，继续攀升到 2021 年的 46.9%，充分表现 了国产碳纤维的巨大进步。然而，我国作为世界碳纤维产能头号大国，在国产市 场份额方面与美日等还存在一定差距，这也深刻反应出我国碳纤维产品核心竞争 力较弱、关键技术仍未突破的现状。面对疫情持续不减与发达国家封锁对中出口 的局面，未来关于碳纤维的布局与改进，应朝着技术迭代驱动产品质量提高的方 向前进，加速推进实现国产替代。

3.2.1. 小丝束：技术突破干喷湿纺

根据新思界产业研究中心发布的《2021－2026 年中国小丝束碳纤维行业市场深度 调研及发展前景预测报告》显示，在全球中，小丝束碳纤维市场主要被日企占据， 日本东丽、东邦、三菱三家企业占据全球 50％左右的市场份额，其中日本东丽占 据全球小丝束碳纤维总产能的 25％以上。我国小丝束碳纤维生产的企业有中复神 鹰、光威复材、中简科技、吉林化纤等，合计运行产能约 2 万吨。小丝束产品主要 应用于国防军工、航空航天等高附加价值领域。相较大丝束而言，高附加值高性 能的小丝束价格也更高，在盈利上更有优势。截止 2022 年 9 月 9 日，国内小丝束平均价格为 208 元/千克，远高于国内大丝束 133 元/千克。其中，t700、12k 的小丝 束价格更是高达 270 元/千克。

小丝束干喷湿纺具备产品强度高、纺丝速度快等优点。和湿法工艺相比，干喷湿 纺丝的分子排列更加整齐，最终可以拉出质地更均匀，表面更光滑，强度更高的 纤维材料。纺丝速度方面，干喷湿纺比湿法要快 3~4 倍。国内企业中，中简科技目 前的湿法纺速是 130 米/分钟；吉林碳谷是经历了一个持续不断提升的过程，目前 100 米/分钟，后续还有提升空间；对于干喷湿纺，中复神鹰目前是 400 米/分钟， 西宁二期产线预计能够提升到 500 米/分钟；光威复材虽然批量更小，但是纺速达 到了 500 米/分钟的级别。相较于日本东丽 700 米/分钟的纺速还存在一定差距，这 也是还需持续不断的去提升工艺的空间。

而干喷湿纺的一个劣势在于工艺极难掌握，技术要求高，目前国内能够规模化生 产的企业并不多；此外，由于粘稠的纺丝液容易在空气段的时候粘在一起，所以 纺丝板本身喷丝的时候，孔径应该会更大一些，相应的孔和孔之间的距离会更远 一点，这样同样面积的纺丝板上干喷湿纺的孔会更少一点，以致于很难形成大通 量大丝束。面对小丝束生产的困难与不完备的地方，我们仍需继续加大研发投入， 不断完成工艺更新迭代，实现技术沉淀与突破。

对还未掌握干喷湿纺技术的企业来说，核心任务是突破干喷湿纺这样的一种“低 成本、高质量”的工艺方法，提高小丝束生产效率和产品性能；对已掌握干喷湿 纺的企业来说，未来需要向更高强度的方向拓展，努力实现 T1100 的超高强度碳纤 维生产，扩大 T700、12K 的高强度高模量的碳纤维规模化生产，并在未来尝试将 干喷湿纺应用在大丝束生产。目前，我国企业持续推进技术升级，已突破多重技 术门槛。例如，中复神鹰首次实现干喷湿纺单线年产 3000 吨高性能碳化生产线， 实现 T700、T800 碳纤维万吨规模化生产。相较于日本东丽世界龙头小丝束碳纤维 生产企业，我们目前还存在一定差距，今后仍需继续努力，提高产品拉伸强度与 拉伸模量。

3.2.2. 大丝束：成本先行实现规模效应

受下游风电与汽车等需求的牵引，大丝束的生产应用日益火爆。据赛奥碳纤维， 2021 年全球碳纤维需求中大丝束为 5.14 万吨，占比 43.6%。大丝束碳纤维制备属 于低成本生产技术，其售价只有小丝束碳纤维的 50-60%。大丝束的制备难度较高， 国内外生产差距较大。日本东丽在收购卓尔泰克后，成为世界最大的大丝束生产 企业，大丝束产能达到 2.84 万吨；同时还有德国 SGL、日本三菱等知名大丝束生 产企业。国内方面，大丝束供应主要以吉林化纤为主，目前产能约为 2.2 万吨；此外，上海石化、新创碳谷等也逐步实现大丝束碳纤维的达产，大丝束碳纤维产能 紧张的情况得到缓解。 大丝束碳纤维的制备也面临多种挑战。大丝束的生产并没有明确的标准。在凝固 成型、牵伸、预氧化、碳化、上浆等的均匀性难度极大。主要存在丝束均匀度不 稳定、毛丝占比高和碳化环节毛丝凸显等问题。因此，大丝束碳纤维的离散系数 一般较大。此外，在大丝束碳纤维应用方面也存在诸多技术问题，其中亟待解决 的主要是展纱的工艺和浸润的效果。由于丝束较大、易于集聚，因此展纱效果不 好，进而造成树脂对大丝束纤维束内部浸润性较差，丝束间容易产生孔隙且容易 造成树脂相的富集与分离等缺陷。另外，在大丝束碳纤维展纱过程中会出现毛丝 甚至断纱，导致纤维破损和混乱，影响预浸料的制备工艺性，材料性能得不到有 效转换，从而导致产品性能不稳定，进一步增加了大丝束碳纤维应用难度。

规模效应与持续降本成为大丝束未来发展方向。面对大丝束生产的难点，我国企 业研究最佳碳化温度与时间并改进大丝束碳纤维浸润与扩展设备，积极谋求降本 增效新通路。第一条通路是降低原丝成本。在碳纤维生产过程中，原丝成本占比 较高，约占总生产成本的50%。原丝生产过程是将丙烯腈单体聚合制成纺丝原液， 然后纺丝成型。丙烯腈价格受原油与供需关系影响，未来随着原油价格下降与供 需关系调整，原丝价格有下降趋势。此外，随着聚合、原液、纺丝三大生产环节 技术提升，丙烯腈及油剂等原材料消耗量将减少，原丝生产效率提高。

第二条通路是提高碳化效率。目前，我国大多数碳纤维企业原丝与碳丝的转化比 约为 2.2：1，少数优质企业 2：1。公司大量投入研发打磨技术，未来朝着更低的 转化比前进。原丝与碳丝转化比的极限值约为 1.35：1，各企业深耕技术升级，最 终有望实现 1.5：1 的超高转化效率。转化效率微小的提升带来的是大幅减少原丝 的高额采购成本。此外，碳化过程中需要通过高温烧到 3000℃，需要消耗大量能源。由于转化效率提高，单位能耗也相应下降。目前生产 1 吨碳丝大约需花费 2 吨 电，随着技术升级，能源耗费的成本也有望下降。

第三条通路是实现生产设备国产化。目前，我国碳化设备基本依靠国外进口，而 国外进口设备价格昂贵，国产设备普遍比进口设备价格低 30%-50%。未来伴随技 术升级我们将实现设备国产化，从而降低资本性支出并摊薄折旧费用。大丝束性 能通常会弱于小丝束，但是由于其大通量，可以提高碳纤维的单线产能来降低单 位成本。随着众多企业大丝束碳纤维产能落地投产，远期有望可加速规模效应。

3.2.3. 国产替代加速进行中

国企扩产计划明确，未来碳纤维产量将高位增长。大丝束方面，吉林国兴碳纤维 目前产能 1.5 万吨，预计明年项目投产可达 2.5 万吨，2025 年达 6 万吨；吉林宝旌 目前产能 8000 吨，预计 2025 年可达 1.2 万吨；上海石化目前产能 1500 吨，1.2 万 吨大丝束项目正抓紧建设中，预计今年投产 6000 吨，2024 年底产能全部释放。小 丝束方面，吉林凯美克于 2022 年 6 月完成 1K、3K 碳纤维第二条生产线开车，目 前产能 600 吨；中复神鹰西宁一期项目 1.1 万吨产能已投产，加连云港原有产能 3500 吨以及 200 吨航空航天高性能碳纤维项目于 7 月开车，今年合计产能约为 14700 吨；光威复材当前产能 2655 吨，预计今年有一条 T700/T800 的产线可投产， 预计产能可达 3585 吨；此外，预计包头项目一期 4000 吨产能将于 2023 年年初建 成；二期 6000 吨产能会在一期投产后启动建设，由于一期很多附属设施已经建好， 预估二期建设周期会比一期快一些，2023/2024 预期产能分别为 7585/13585 吨。原 丝方面，吉林碳谷目前产能 4.5万吨，十四五期间完成 20 万吨原丝的计划正稳步推 进，预计今年产能可达 8.5 万吨以上。

3.3. 优质赛道，碳纤维长期向好

3.3.1. 政策加码助力碳纤维成长

拥有高强度高模量等一系列优势、被誉为“新材料之王”的碳纤维备受国家重视。 近年来，国家出台了众多政策，支持碳纤维生产制备，推动碳纤维行业发展。在 十四五规划和 2035 年远景目标纲要中，国家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。此外，工业和信息化部、国家发展改革委联合印发《关于 化纤工业高质量发展的指导意见》，到 2025 年，规模以上化纤企业工业增加值年 均增长 5%，化纤产量在全球占比基本稳定。形成一批具备较强竞争力的龙头企业， 构建高端化、智能化、绿色化现代产业体系，全面建设化纤强国。政策大力扶持 为我国碳纤维行业的发展添砖加瓦。

3.3.2. 布局打造一体化产业链

碳纤维全产业链可分为原丝制造、碳纤维生产、复合材料产出等三大阶段。在原 丝制造中，首先要从石油等原燃料中提取丙烯，经氨氧化后得到丙烯腈；丙烯腈 经聚合和纺丝之后得到聚丙烯腈（PAN）原丝；再经过预氧化、低温和高温碳化后 得到碳纤维；碳纤维可制成碳纤维织物和碳纤维预浸料；碳纤维与树脂、陶瓷等 材料结合，可形成碳纤维复合材料，最后由各种成型工艺得到下游应用需要的最 终产品。

一体化布局优势互补，打造全产业链势在必行。整体来看，各生产步骤相辅相成， 各环节核心技术相通，合理进行一体化布局，有望加深企业对各步骤技术理解、 提高生产效率。同时，在充分了解上游原丝供给与下游产品需求后，企业可根据 不同需求更好完成原丝配备，整体生产节奏更加紧凑。各环节来看，原丝制备中实现公司自产，有效减少采购成本；碳化环节实现原丝自供，大幅降低运输成本， 并且对原丝了解程度更深，预氧化及碳化技术能充分发挥应用；复材环节可根据 不同需求定制化产品，实现精准把控，且下游产品附加值高，可提升盈利能力。 一体化产业链布局需要企业在各个环节攻克核心技术，实现完整全产业链落地投 产，则有望大幅增加企业在各生产制造环节话语权与定价能力；同时提升企业综 合知名度，有望逐步扩大市场份额成为国内业界龙头，并最终“走出去”，扩大 海外出口，增强在全球碳纤维领域的竞争力。

3.3.3. 国资控股多重受益，碳纤维时代难没落

在我国众多碳纤维企业中，大多都是国资控股。吉林化纤实际控制人为吉林市国 有资产监督管理委员会，中复神鹰实际控制人为中国建材集团有限公司，上海石 化实际控制人为国务院国有资产监督管理委员会。国资控股会站在更长远的角度， 以产业长期繁荣兴盛为目标，不会局限于一时的向好而造成短视行为。国企遵循 公司与行业内在发展逻辑，尊重历史发展沿革，设定准确的阶段性目标，稳定扩 产路径节奏，合理控制产能扩张速度，不盲目扩产低端产能，从而有效避免产品 供过于求而价格下降、产能过剩的局面。

未来供需均衡，产能扩张合理。吉林化纤集团主要生产大丝束碳纤维，产品应用 于风电叶片等领域；中复神鹰主要生产小丝束碳纤维产品，应用于体育休闲、碳 碳复材等领域；中简科技与光威复材主要生产高性能小丝束碳纤维产品，应用于 军事领域。未来各企业扩产计划与下游需求增量适度匹配。风电叶片、体育休闲 等潜在需求增量大，高端军品需求增量较小，适合各企业产能扩张计划。在健康 的供需关系下，碳纤维行业不会落入产能过剩的局面。

国资控股企业能较好享受政策倾斜优惠待遇，并享有更多资源与合作的机会。同 时，有国家政府作背书可以较好使企业获得贷款、授信等，融资难度相对较低， 有充足资金投入研发、申请专利。截止2022年上半年，中复神鹰申请专利182个， 获得专利 85 个；上海石化申请专利 55 件，获专利授权 39 件。吉林化纤本体获得 专利 27 项。在碳纤维这样一个技术壁垒较高的赛道内，攻克核心技术难题，实现 技术升级迭代，可有效解决“卡脖子问题”，撬开高端领域的大门，增强企业核 心竞争力，国资控股的碳纤维企业未来发展前景光明。

4. 主要公司介绍

4.1. 吉林碳谷——正在崛起的大丝束碳纤维原丝龙头

吉林碳谷于 2008 年成立，2016 年在新三板挂牌，2021 年上市北交所。公司主要从 事聚丙烯腈基碳纤维原丝的研发、生产和销售。公司在国内是首家采用三元水相 悬浮聚合两步法生产碳纤维聚合物，DMAC 为溶剂湿法生产碳纤维原丝，致力于 成为国内领先、国际知名的聚丙烯腈基碳纤维原丝及相关产品的供应商。公司现 在主要生产有 1K、3K、6K、l2K、24K、48K 等聚丙烯腈基(PAN)碳纤维原丝以及 预氧丝。公司主要客户是碳纤维生产商及碳纤维复合材料生产厂商和贸易商。

公司设立之初，拟打破国际巨头对碳纤维行业技术的垄断，专注于攻关小丝束碳 纤维原丝，并成功实现了军工级别的 1K、3K、6K 等小丝束产品；2016 年至今， 开始研发大丝束碳纤维原丝，目前已经实现了 24K、25K 和 48K 的稳定大规模生 产；未来公司将继续在大丝束领域加大研发投入，力争未来五年实现 35K、50K、 75K、100K、480K 等系列产品稳定大规模生产，使公司成为全球知名的大丝束碳 纤维原丝供应商。公司全部产品碳化后均可以达到 T400 的稳定大规模生产，部分 产品亦实现了碳化后 T700 的稳定规模生产。 公司碳纤维原丝整体规模、研制、生产能力及技术水平在国内均处于行业先进水 平，并且是国内目前少数可对外销售原丝的企业。公司现有原丝产能为 4.5 万吨， 计划“十四五”内完成 20万吨原丝扩产计划，今年产能预计可达 8.5万吨以上。公 司所特有的两步法三元水相悬浮聚合技术聚合反应速率快，克服了溶液聚合后期 体系粘度增大导致换热、脱单困难等难题，具有传热效果好、反应平稳均衡、聚 合釜不易结疤等优点，聚合釜体积放大后质量更趋稳定，解决目前单个聚合釜生 产能力较小问题，易于大规模、低成本、工业化生产。

4.2. 吉林化纤——大丝束 民品是重点

公司过去主要从事粘胶长丝、粘胶短纤的生产与销售，产能分别达 8/12 万吨，为 全球最大的粘胶长丝厂商。近年来，公司投身碳纤维生产，尤以大丝束碳纤维为 主。公司控股 49%的吉林宝旌聚焦 25-50K 大丝束制造，目前产能为 8000 吨，折合 权益产能约 4000吨，计划在十四五期间形成 1.2万吨碳纤维产能，以满足下游工业 级应用需求；公司全资子公司吉林凯美克聚焦 1K、3K 小丝束原丝生产，主要以航 空航天、国防军工等特殊应用领域为主，目前产能达 600 吨；吉林国兴碳纤维目前 是吉林系最大的碳丝生产商，现有产能约 1.5 万吨，预计明年达 2.5 万吨，十四五 期间完成 6 万吨扩产计划。同时公司利用非公开发行募集资金到位，紧锣密鼓地建 设年产 1.2 万吨碳纤维复材拉挤板项目，主要应用于风电叶片等民用领域，进一步向碳纤维产业链迈进。

区位优势形成产业集群，打造全产业链一体化布局。公司所处吉林化纤集团位于 吉林市，是国家级碳纤维高新技术产业基地。公司将充分利用好国资平台优势和 产业集群的资源优势，积极进行资源整合，延申下游产业链，提高产品附加值。 同时受益一体化布局降低生产成本，更多资金致力研发投入，加大新材料市场的 开拓力度，提高公司业务辐射区域和服务及时性，加强对市场机会的实时动态跟 踪，提升公司产品的市场占有率，全面有效地抓牢未来新材料发展的市场红利。

4.3. 光威复材——军品小丝束佼佼者，价格波动小，长协有优势

主攻高性能军品，充分享有先发优势。光威复材成立于 1992 年，实际控制人为威 海光威集团陈亮，并于 2017 年上市，是我国 A 股第一家碳纤维上市公司。公司主 攻高性能碳纤维军用领域，T300 级 1K/3K 碳纤维产品自 2005 年就开始航空应用验 证，2008 年开始稳定供货；T700、T800 级产品均已通过下游应用认证，具备批量 生产能力；M40J/M55J级产品已逐步开始应用在卫星等航天领域场景。军品验证周 期较长，基本为 7-8 年及以上，且在确定配套关系后一般不会轻易更换供应商。光 威复材充分把握先发优势，完成军品认证周期，现阶段已实现稳定向军方供货， 锁定未来短期订单。

客户结构优良，营收具有保障。光威长期致力碳纤维产品研发，既确保了我国国 防军工装备发展对关键材料的需求，同时业务不断向下游延伸，积极开发民用碳 纤维及其复合材料产品，积极培育碳纤维应用市场，实行寓军于民、军民共用、 以民养军、军民品互动发展的军、民融合发展战略。军品营收占比约60%，订单量有保证，价格波动较小；民品则可根据供需实现以量换价，总体营收维持健康。 一体化布局，长期协同优势显著。公司以高端装备设计制造技术为支撑，形成了 从原丝开始的碳纤维、织物、树脂、高性能预浸材料、复合材料制品的完整产业 链布局，主要经营范围为高性能纤维、织物、预浸材料、各类复合材料制品及装 备的研发、生产、销售，技术开发与咨询，备案范围内的货物及技术进出口业务 等。公司构建一体化布局，有望发挥长期协同效应，实现降本增效。

4.4. 中复神鹰——高端民品 军品小丝束领军企业

下游热门赛道市占率较高，公司成长前景看好。中复神鹰主要从事高性能小丝束 的生产与销售，产品广泛应用于航空航天、压力容器、碳碳复材、风电叶片、交 通建设、体育休闲等领域，其中下游市场关注度最高的是碳陶复合材料、碳碳热 场以及压力容器。目前中复神鹰在该领域内的供应量占比分别达到 80%、65%、 70%。在有绝对市占率优势的情况下，公司营收潜在增量大，未来发展前景光明。 深耕技术研发打造高端产品。中复神鹰 2006 年成立于江苏连云港，隶属于中国建 材集团，是我国碳纤维行业中龙头央企。经过十几年的技术研发，突破了超大容 量聚合、干喷湿纺纺丝、快速均质预氧化碳化等核心技术工艺，系统掌握了碳纤 维 T300 级、T700 级、T800 级、M30 级、M35 级千吨级技术和 M40 级、T1000 级 百吨级技术，建成了国内首条具有自主知识产权的千吨级干喷湿纺碳纤维产业化 生产线。主要产品型号包括 SYT45S、SYT49S、SYT55S 和 SYM40 等，具有高模 量、高强度等一系列性能优势。

产能优势实现规模效应。中复神鹰西宁一期 1.1 万吨小丝束项目于今年投产，结合 连云港原有产能，目前合计产能为 1.47 万吨，是我国产能最大的小丝束碳纤维企业。未来公司扩产路径清晰明确，西宁二期 1.4 万吨项目于 2021 年 9 月启动，目前 正稳步推进中，预计 2023 年可投产。大规模批量生产可降低单位能耗与折旧，提 高盈利水平。

4.5. 中简科技——军品龙头助力超高盈利能力

中简科技于 2008 年在江苏常州成立，并于 2019 年 5 月上市创业板。公司 ZT7 系列 碳纤维产品已经率先稳定批量在航空、航天领域应用多年，新一代碳纤维也伴随 不同应用领域进行了长达几年的多型号的应用验证，进展顺利，常年积累的技术 优势转化为客户黏性优势，双方合作关系稳定。同时，公司始终在追赶潮头，正 向更高的目标迈进，未来随着国家航空航天事业的高速发展，高端碳纤维市场广 阔，公司 ZT7 系列及以上级碳纤维在航空航天领域的应用有望进一步扩大。得益 于军方高价格采购，公司盈利能力优秀，过去几年毛利率稳定在80%左右，净利率 也基本维持在 50%上下，利润空间显著。

（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。）

精选报告来源：【未来智库】。