長期以來，國內(nèi)碳纖維及復(fù)材都依賴進口，雖然近年來自給率有所提高，但根據(jù)《2020年全球碳纖維復(fù)合材料市場報告》的數(shù)據(jù)，2020年國內(nèi)碳纖維及其復(fù)材的自給率仍不足40%。

自2020年下半年以來，日本、美國加強了對碳纖維出口中國的政策管控，導(dǎo)致國內(nèi)碳纖維境外供應(yīng)難度進一步加大。

撲克財經(jīng)App?根據(jù)《2020全球碳纖維復(fù)合材料市場報告》的數(shù)據(jù)，2020年全球碳纖維的需求量為10.69萬噸，比2019年增長3%，增速有所下滑，主要由于疫情影響。民用航空遭遇重挫，不過其他市場強勁補充，最終實現(xiàn)微增，展示了碳纖維產(chǎn)業(yè)的增長韌性。

當前國內(nèi)碳纖維市場需求強勁，國產(chǎn)替代空間巨大。

隨著技術(shù)的逐步成熟，下一個10萬噸的增長時間會急劇縮短，預(yù)計2025年國內(nèi)總需求達14.9萬噸，5年復(fù)合增速約為25%，其中進口需求的CAGR約17%，國產(chǎn)需求的CAGR約35%。

01 碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈解析

完整的碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈包含從原油到終端應(yīng)用的完整制造過程。

先從石油、煤炭、天然氣等化石燃料中制得丙烯，并經(jīng)氨氧化后得到丙烯腈；丙烯腈經(jīng)聚合和紡絲之后得到聚丙烯腈（PAN）原絲；再經(jīng)過預(yù)氧化、低溫和高溫碳化后得到碳纖維。

碳纖維可制成碳纖維織物和碳纖維預(yù)浸料；碳纖維與樹脂、陶瓷等材料結(jié)合，可形成碳纖維復(fù)合材料，最后由各種成型工藝得到下游應(yīng)用需要的最終產(chǎn)品。

全產(chǎn)業(yè)鏈看，制造碳纖維產(chǎn)品的上游原絲端與中游復(fù)合材料均是碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈的核心環(huán)節(jié)，整個制造的全環(huán)節(jié)技術(shù)壁壘均高。

原絲-碳纖維-織物-預(yù)浸料-復(fù)合材料等步驟，占據(jù)全產(chǎn)業(yè)鏈成本的超60%，利潤的超90%。

與傳統(tǒng)金屬材料不同，碳纖維的產(chǎn)品研制一體化成型要求較高，碳纖維與后續(xù)樹脂、上漿劑等材料之間工藝參數(shù)必須系統(tǒng)匹配，同時需要滿足下游應(yīng)用場景對產(chǎn)品性能的要求，因此產(chǎn)業(yè)鏈一體化布局的企業(yè)會在生產(chǎn)和研發(fā)上更具優(yōu)勢。??

資料來源：銀河證券

原絲制備

原絲制備是碳纖維制備的核心環(huán)節(jié)，其質(zhì)量和成本很大程度上決定了碳纖維的質(zhì)量和生產(chǎn)成本。

碳纖維依據(jù)原絲不同可分為聚丙烯腈基碳纖維（PAN原絲）、瀝青基碳纖維、粘膠基碳纖維三種；依據(jù)單絲數(shù)量可分為小絲束及大絲束；依據(jù)強度可分為通用級和高性能級。

作為碳纖維的前驅(qū)體，高質(zhì)量的PAN原絲是制備高性能碳纖維的前提條件，但其中的聚合、紡絲、碳化、氧化等工藝并非朝夕能夠達成，其產(chǎn)業(yè)化工藝以及反應(yīng)裝置核心技術(shù)是關(guān)鍵。

PAN原絲制備流程較長，主要包括聚合、紡絲、蒸汽牽伸、上油、卷繞等工序，其中，聚合和紡絲是原絲制備的重要工序。

據(jù)《碳纖維產(chǎn)業(yè)化發(fā)展及成本分析》論述，較高質(zhì)量的PAN原絲投入與碳纖維產(chǎn)出比約2.2:1，較低質(zhì)量的原絲與碳纖維產(chǎn)出比約2.5:1，疊加聚合、噴絲、碳化氧化等過程對環(huán)境、綜合技術(shù)等要求較高，進一步導(dǎo)致碳纖維生產(chǎn)成本居高不下。

PAN基碳纖維的原料來源豐富，且其抗拉強度其他二者優(yōu)越，因此PAN基碳纖維應(yīng)用領(lǐng)域最廣，比如航空航天、體育休閑、風(fēng)電葉片、汽車工業(yè)、建筑補強等領(lǐng)域，市場份額占90%以上。瀝青基碳纖維和粘膠基碳纖維的用途較為窄、產(chǎn)量小。

大多數(shù)PAN基碳纖維生產(chǎn)企業(yè)具備由原絲生產(chǎn)開始到制作碳纖維到最終完成碳纖維產(chǎn)品的完整生產(chǎn)線。目前全球生產(chǎn)PAN碳纖維的企主要分布在日本和美國，其中日本東麗是全球PAN基碳纖維最主要的生產(chǎn)企業(yè)之一。

資料來源：民生證券

我國自20世紀60年代后期便開始PAN基碳纖維研究，歷經(jīng)半個世紀發(fā)展，現(xiàn)階段雖仍與國外有顯著差距但已可自主制備以T700、T800、M55J等為代表的一系列高端碳纖維，成功打破國外的技術(shù)封鎖，成績斐然。

干噴濕紡也是當前國際碳纖維巨頭的主要紡絲方法，日本東麗的主流型號T700、T800、T1000碳纖維都是采用干噴濕紡制備而成。國內(nèi)企業(yè)的碳纖維大部分仍采用濕法紡絲制備，頂尖龍頭已成功掌握干噴濕紡工藝。

目前，國際上的干噴濕法的速度已經(jīng)高達600-700米/分鐘，國內(nèi)也達到了500米/分鐘，速度地提升會帶來成本的降低，但并不影響纖維的高性能。

同理，對于濕紡工藝，東麗公司對卓爾泰克的原絲生產(chǎn)線提速一倍，國內(nèi)的一些企業(yè)也可以實現(xiàn)250-300米/分鐘的速度，對碳纖維的性能無不良影響，反而促進了性能的提升。

資料來源：方正證券

根據(jù)中簡科技、光威復(fù)材公司年報，其碳纖維生產(chǎn)成本主要由材料、人工、制造費用等構(gòu)成，碳纖維產(chǎn)品制造費用占其成本均在70%以上，成為生產(chǎn)過程中的主要開支。

碳纖維復(fù)合材料?撲克財經(jīng)App?碳纖維一般不是單獨使用，而是以復(fù)合材料的形式被使用。

復(fù)合材料指的是兩種或兩種以上材料復(fù)合而成具有一定的特殊功能和結(jié)構(gòu)的新型材料，材料成分可以通俗化理解為基體材料+增強材料，其中基體材料多為樹脂，陶瓷，金屬，橡膠等材料，增強材料常為玻璃纖維或碳纖維。

碳纖維原絲即PAN原絲質(zhì)量固然重要，但若在中游復(fù)材環(huán)節(jié)，沒有質(zhì)量與性能突出、產(chǎn)業(yè)化規(guī)模的樹脂基材，以及沒有用于配套生產(chǎn)復(fù)材的核心設(shè)備，碳纖維仍然無法得到大規(guī)模的應(yīng)用。

碳纖維主要以樹脂基復(fù)合材料（CFRP）為主，占全部碳纖維復(fù)合材料市場份額的90%以上。

相比傳統(tǒng)金屬材料的減材制造，復(fù)材行業(yè)是較為典型的增材制造，其最大特點是材料與結(jié)構(gòu)件同步成型。

碳纖維的復(fù)合與應(yīng)用存在多種路徑，“纖維-（復(fù)合）-預(yù)浸料-（成型）-制品”與“纖維-（成型）-預(yù)制體-（復(fù)合）-制品”是目前比較主流的兩種工藝流程，前者作為結(jié)構(gòu)材料多用于飛機結(jié)構(gòu)、體育用品領(lǐng)域，基體材料以樹脂為主；后者作為功能性結(jié)構(gòu)材料多用于剎車副、熱場材料、火箭發(fā)動機等領(lǐng)域，基體材料以碳為主。

碳纖維終端應(yīng)用

從全球碳纖維的應(yīng)用端來看，碳纖維材料總量一半以上應(yīng)用在工業(yè)領(lǐng)域，風(fēng)電葉片領(lǐng)域應(yīng)用占比28.6%，航空航天領(lǐng)域應(yīng)用占比15.4%，體育休閑領(lǐng)域占比14.4%，汽車工業(yè)領(lǐng)域占比11.7%，四個領(lǐng)域總計占比70.1%。

風(fēng)電占比較高，這主要來自于全球?qū)η鍧嵞茉吹闹匾暢潭壬仙?，而國?nèi)2020年風(fēng)電碳纖維需求中國內(nèi)碳纖維供應(yīng)占比僅7%左右，其他均依賴進口，考慮到未來風(fēng)電發(fā)展趨勢，國內(nèi)風(fēng)電市場進口替代空間巨大。

高端市場對碳纖維及其復(fù)合材料有高性能要求，尤其在軍用航空航天領(lǐng)域，對于國內(nèi)而言體現(xiàn)為較大程度的“剛需”。

隨著軍機和國內(nèi)民用市場需求的放量，國內(nèi)碳纖維產(chǎn)業(yè)有望乘風(fēng)而起，進入發(fā)展快車道。

資料來源：方正證券

02 碳纖維行業(yè)格局

高端碳纖維行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈格局同軍工產(chǎn)業(yè)一樣，在具有較高的技術(shù)門檻的同時，準入牌照和下游渠道進一步構(gòu)筑了行業(yè)壁壘。

全球碳纖維市占率方面，國際碳纖維市場依然為日、美企業(yè)所壟斷。

國際巨頭幾乎都擁有從原材料到復(fù)合材料全產(chǎn)業(yè)鏈生產(chǎn)能力，并且充分利用自身產(chǎn)能降低成本、匹配產(chǎn)品，如赫氏的PAN前驅(qū)體100%內(nèi)部銷售，赫氏、東麗的碳纖維材料完全利用自產(chǎn)。而國內(nèi)企業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈的各個環(huán)節(jié)較為分散。

根據(jù)中國化學(xué)纖維工業(yè)協(xié)會數(shù)據(jù)，在小絲束碳纖維市場上，日本企業(yè)所占有的市場份額占到全球產(chǎn)能的49%；在大絲束碳纖維市場上，美國企業(yè)所擁有市場份額占到全球產(chǎn)能的89%，，處于明顯的主導(dǎo)地位。

日本是全球最大的碳纖維生產(chǎn)國，世界碳纖維技術(shù)主要掌握在日本公司手中，其生產(chǎn)的碳纖維無論質(zhì)量還是數(shù)量上均處于世界領(lǐng)先地位，日本東麗更是世界上高性能碳纖維研究與生產(chǎn)的“領(lǐng)頭羊”。

20世紀以來，美、日均在政策層面推波助瀾，促進碳纖維產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。如日本在包括“能源基本計劃”、“經(jīng)濟成長戰(zhàn)略大綱”和“京都議定書”等多項基本政策中都將碳纖維作為重點推進項目。

在政策支持下，日本碳纖維行業(yè)得以更有效集中各方資源，推動產(chǎn)業(yè)共性問題的解決。此外，美國國防部高級研究計劃局在2006年啟動了先進結(jié)構(gòu)纖維項目，美國能源部2014年也為多個碳纖維項目提供了高達1130萬美元的資助。

日本國內(nèi)較早實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，成員覆蓋了完整的碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈，如新構(gòu)造材料技術(shù)研究聯(lián)盟（ISMA），其共有39個成員，37家為企業(yè)，1家為國立研究所，剩余1家為國立大學(xué)。

通過產(chǎn)、學(xué)、研的深度結(jié)合，日本在碳纖維中間材料技術(shù)、成型技術(shù)、連接技術(shù)與回收技術(shù)領(lǐng)域均實現(xiàn)了重大突破，成為世界碳纖維強國。

從我國碳纖維行業(yè)發(fā)展前期來看，雖有眾多企業(yè)但大多未掌握核心技術(shù)，疊加碳纖維生產(chǎn)制造投入大、建設(shè)周期久等特點，部分企業(yè)難以存活，行業(yè)開始經(jīng)歷“洗牌”，企業(yè)數(shù)量縮減至10余家。

2010年至今，國內(nèi)一批碳纖維行業(yè)優(yōu)質(zhì)企業(yè)迎來春天。光威集團與中簡科技成功上市，中復(fù)神鷹扭虧為盈，吉林化纖成為國內(nèi)原絲龍頭，行業(yè)實現(xiàn)了T700級碳纖維批量化生產(chǎn)和T800級碳纖維、M40J石墨纖維的工程化制備，突破T1000級碳纖維、M50J、M55J、M60J石墨纖維實驗室制備技術(shù)，具備開展下一代纖維研發(fā)的基礎(chǔ)。

國內(nèi)光威復(fù)材等企業(yè)，產(chǎn)業(yè)鏈比較完整，但原材料等部分仍需外購，且主要銷售產(chǎn)品是預(yù)浸料等中游產(chǎn)品。

類似的，中航復(fù)材碳纖維主要從光威、中簡等購買，自身主要進行復(fù)材生產(chǎn)。碳纖維原絲占成本的51%，中下游利潤并不高。

此外國內(nèi)企業(yè)大客戶多為軍工或民航企業(yè)，定制化需求及行業(yè)標準高，對產(chǎn)業(yè)進行整合促使上下游合作，才能提高產(chǎn)品適配性。

據(jù)《合成纖維工業(yè)》2019年第42卷，碳纖維設(shè)備生產(chǎn)技術(shù)幾乎被國外壟斷，且嚴格限制對華出口，如碳化爐、石墨化爐等關(guān)鍵設(shè)備研發(fā)滯后。

碳纖維整體具有顯著的規(guī)模效應(yīng)，產(chǎn)量的增加利于提高碳纖維制造商的盈利能力，綁定大客戶利于借助其市場需求較為穩(wěn)定的增長充分發(fā)揮規(guī)模優(yōu)勢。

我國政府從70年代即開始大力支持國產(chǎn)碳纖維的發(fā)展，由張愛萍將軍組織召開的“7511”會議奠定了國家扶持國產(chǎn)碳纖維發(fā)展的基礎(chǔ)，而“863”計劃更是在政策層面為碳纖維國產(chǎn)化替代指明了前進方向。

國家強力支持國產(chǎn)碳纖維的技術(shù)攻關(guān)、工程產(chǎn)業(yè)化和應(yīng)用牽引，使國產(chǎn)碳纖維的發(fā)展取得長足進步。

未來隨著碳纖維技術(shù)的逐步成熟以及規(guī)?；a(chǎn)對成本的稀釋，國內(nèi)碳纖維產(chǎn)業(yè)必然會在降低成本與提高性能方面同步發(fā)力，產(chǎn)能利用率有望逐步走高，生產(chǎn)企業(yè)的盈利能力也將大幅躍升。

有望依次實現(xiàn)低端領(lǐng)域低成本、高端領(lǐng)域低成本與低端領(lǐng)域高性能低成本的跨越式發(fā)展。

碳纖維作為新材料的“無冕之王”，今后將進一步受到國家政策的長期扶持，行業(yè)環(huán)境有望不斷改善，為技術(shù)突破、產(chǎn)品性能升級的注入源源不斷的強大動力。