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最新消息| 碳纖維行業深度報告:高成長、廣空間的新材料優質賽道 | 2021-08-04 |
| 文章来源：由「百度新聞」平台非商業用途取用"https://baijiahao.baidu.com/s?id=1704790599466183497&wfr=spider&for=pc" 未來智庫發布時間: 07-0915:32優質財經領域創作者（報告出品方作者：信達證券，張潤毅）1.碳纖維——材料“黑金”，行業壁壘高、產品附加值大1.1 碳纖維剛柔并濟，下游應用廣泛材料發展史與人類發展史緊密相連，而新材料更是推動人類從“自然王國”走向“自由王國”的強大動力。材料 通常被定義為用來制作有用物件的物質，人類對材料的認知和利用能力直接決定了社會形態與人類生活水平。在 當代，材料、能源和信息已經成為構成社會文明和國民經濟的三大支柱，而其中材料更是科學技術發展的物質基 礎和技術先導。縱觀整個材料發展史，以時間為維度可將其歸納為石器青銅器鐵器鋼鐵硅新材料這六個發展時期。其中，隨 著 20 世紀下半葉新技術革命的開啟，新材料已然成為各高新技術領域發展的助推器，例如計算機技術依賴于半 導體材料的工業化生產，宇航工業則需要大量高溫高強度結構材料與之配套，而現代光纖通信更是以低消耗的光 導纖維為基石。碳纖維被譽為 21 世紀新材料之王，是材料皇冠上的一顆璀璨明珠。碳纖維（Carbon Fiber，簡稱 CF）是一種含 碳量高于 90%的無機纖維。由有機纖維（粘膠基、瀝青基、聚丙烯腈基纖維等）在高溫環境下裂解碳化形成碳主 鏈機構而制得。作為新一代增強纖維，碳纖維具有出色的力學性能和化學性能，既具有碳材料固有的本性特征， 又兼備紡織纖維的柔軟可加工性，因此被廣泛應用于航空航天、能源裝備、交通運輸、體育休閑等領域：質量輕：作為一種性能優異的戰略性新材料，碳纖維密度與鎂和鈹基本相當，不到鋼的 14，采用碳纖維復 合材料作為結構件材料可使結構質量減輕 30%-40%。高強度、高模量：碳纖維的比強度比鋼高 5 倍，比鋁合金高 4 倍；比模量則是其他結構材料的 1.3-12.3 倍。膨脹系數小：大多數碳纖維在室溫下的熱膨脹系數為負數，在 200-400℃時為 0，在小于 1000℃時僅為 1.5 ×10-6 K，不易因工作溫度高而膨脹變形。耐化學腐蝕性好：碳纖維純碳含量高，而碳又是最穩定的化學元素之一，導致其在酸、堿環境中表現均十分穩定，可制成各類化學防腐制品。抗疲勞能力強：碳纖維結構穩定，據高分子網統計，其復合材料經應力疲勞數百萬次循環試驗后，強度保留 率仍有 60%，而鋼材為 40%，鋁材為 30%，玻璃鋼則只有 20%-25%。碳纖維復合材料是碳纖維基礎上的再次強化。雖然碳纖維可單獨使用并發揮特定功能，然而其終究屬于脆性材 料，只有與基體材料結合形成碳纖維復合材料，才能更好地發揮力學性能，承載更多負荷。碳纖維可按照原絲類型、制造方法、性能等不同維度分類：按原絲類型分類：聚丙烯腈（PAN）基、瀝青基（各向同性、中間相）；粘膠基（纖維素基、人造絲基）。其 中，聚丙烯腈（PAN）基碳纖維占據主流地位，產量占碳纖維總量的 90%以上，粘膠基碳纖維還不足 1%。按照制造條件和方法分類：碳纖維（800-1600℃）、石墨纖維（2000-3000℃）、活性碳纖維、氣相生長碳纖 維。按力學性能可分為通用型和高性能型：通用型碳纖維強度在 1000MPa、模量在 100GPa 左右；高性能型又 分為高強型（強度 2000MPa、模量 250GPa）和高模型（模量 300GPa 以上），其中強度大于 4000MPa 的 又稱為超高強型，模量大于 450GPa 的稱為超高模型。按絲束大小可分為小絲束和大絲束：小絲束碳纖維初期以 1K、3K、6K 為主，逐漸發展為 12K 和 24K，主 要應用于航空航天、體育休閑等領域。通常將 48K 以上碳纖維稱為大絲束碳纖維，包括 48K、60K、80K 等， 主要應用于工業領域。拉伸強度和拉伸模量是衡量碳纖維性能最主要的兩大指標。以此為依據，我國 2011 年頒布了《聚丙烯腈（PAN） 基碳纖維國家標準（GBT26752-2011）》。同時，由于日本東麗在全球碳纖維行業具有絕對領先優勢，國內廠商 大多也同步采用日本東麗的分類標準作為參考。1.2 高壁壘帶來高附加值，提升工藝、實現批量化生產可顯著降本增效1.2.1 行業技術壁壘高，原絲生產是核心，碳化氧化是關鍵碳纖維生產流程復雜，對設備和技術要求極高。各環節精度、溫度和時間的控制都將極大影響最終成品質量。聚 丙烯腈碳纖維因制備流程相對簡單、生產成本低、三廢處便捷等特點成為現階段應用領域最廣、產量最高的碳纖 維。其主要原料丙烷可從原油中制得，聚丙烯腈碳纖維產業鏈包含從一次能源到終端應用的完整制造過程。從原油中制得丙烷后，丙烷經選擇性催化脫氫(PDH)可得到丙烯；丙烯經氨氧化后得到丙烯腈，丙烯腈聚合和紡絲之后得到聚丙烯腈（PAN）原絲;聚丙烯腈經過預氧化、低溫和高溫碳化后得到碳纖維，并可制成碳纖維織物和碳纖維預浸料，用于生產碳纖 維復合材料；碳纖維經與樹脂、陶瓷等材料結合，形成碳纖維復合材料，最后由各種成型工藝得到下游應用需要的最終產 品；原絲質量、性能水平直接決定了碳纖維的最終性能。因此，提高紡絲液的質量，優化原絲成型的各項因素成為制 備高品質碳纖維的關鍵節點。據《聚丙烯腈基碳纖維原絲生產工藝研究》描述，紡絲工藝主要包括三大類：濕法紡絲、干法紡絲和干濕法紡絲。 目前，國內外生產聚丙烯腈原絲的工藝主要采用濕法紡絲和干濕法紡絲，其中濕法紡絲的應用最為廣泛。濕法紡絲首先將紡絲液從噴絲孔擠出，紡絲液以細流的形態進入到凝固浴中。聚丙烯腈紡絲液的成絲機理是：紡 絲液中與凝固浴中 DMSO（二甲基亞砜）的濃度存在較大差距，而凝固浴和聚丙烯腈溶液中水的濃度也存在巨 大差距。在以上兩種濃度差的相互作用下，液體之間開始雙向擴散，通過傳質、傳熱、相平衡移動等過程最終凝 結成原絲。原絲生產中 DMSO 殘余量、纖度、單絲強度，模量，伸長率、含油率、沸水收縮率成為影響原絲質量的關鍵因素。以 DMSO 殘余量為例，其對原絲表觀性狀、截面狀態、最終碳纖維產品的 CV 值等均有影響，DMSO 殘余 量越低，產品的性能越高。生產中主要通過水洗的方式去除 DMSO，因而如何控制水洗溫度、時間、脫鹽水用量 和水洗循量等因素就成為重要的環節。高質量的聚丙烯腈原絲應具有以下特征：高密度、高結晶度、適當的強度、圓形截面、較少的物理缺陷，同時具 有光滑的表面和均勻致密的皮芯結構。碳化、氧化環節溫度控制是關鍵。碳化氧化是原絲制作成碳纖維最終產品的必備環節，該環節需對溫度的精度、 范圍進行準確控制，否則將顯著影響碳纖維產品的拉伸強度，甚至造成斷絲現象：預氧化(200-300℃)：預氧化環節通過在氧化性氣氛中施加一定張力，對 PAN 原絲進行緩慢溫和的氧化，在 PAN 直鏈的基礎上形成大量環裝結構，從而達到可以耐受更高溫度處理的目的。碳化(最高溫度不低于 1000℃)：碳化過程需在惰性氣氛中進行。碳化初期 PAN 直鏈斷裂，開始進行交聯反 應；隨著溫度逐漸上升，熱分解反應開始，釋放出大量小分子氣體，石墨結構開始形成；溫度進一步上升后， 碳元素含量迅速提高，碳纖維開始成型。石墨化(處理溫度 2000℃以上)：石墨化并非碳纖維制作必備過程，為可選環節。若期望碳纖維擁有高彈性模 量，則需進行石墨化；若期望碳纖維獲得高強度，則無需進行石墨化。石墨化環節中，高溫使纖維內部形成 發達的石墨網面結構，通過牽伸對結構進行整化從而得到最終產品。高技術壁壘賦予下游產品高附加值，航空復材價格較原絲翻 200 倍。由于碳纖維制備難度高，工藝復雜，因此 其產品越往下游附加值越高，尤其是應用于航空航天領域的高端碳纖維復材，因下游客戶對其可靠性、穩定性要 求十分嚴苛，產品價格也較普通碳纖維呈幾何倍數增長。據江蘇恒神公開轉讓說明書（2015 年）統計，同一品種原絲、碳纖維、預浸料、民用復材、汽車復材和航空復 材每公斤價格分別約為 40 元、180 元、600 元、不到 1000 元、3000 元和 8000 元，每經一級深加工產品價格 都將實現飛躍，航空復材價格較原絲更是翻了 200 倍。1.2.2 碳纖維生產成本高，提高工藝、批量化生產均為降本良策碳纖維生產成本較高，是新興材料，更是“貴族”材料。可設計性較強的碳纖維屬于新興材料，但較高的原絲生 產成本、環保投入及生產運輸費用為其貼上了“貴族材料”的標簽。據《碳纖維產業化發展及成本分析》論述， 較高質量的 PAN 原絲投入與碳纖維產出比約 2.2:1，較低質量的原絲與碳纖維產出比約 2.5:1，疊加聚合、噴絲、 碳化氧化等過程對環境、綜合技術等要求較高，進一步導致碳纖維生產成本居高不下。制造費用通常占碳纖維生產總成本的 70%以上。根據中簡科技、光威復材公司年報，其碳纖維生產成本主要由 材料、人工、制造費用等構成，2016-2019 年上述兩公司碳纖維產品制造費用占其成本均在 70%以上，成為生 產過程中的主要開支。以生產流程為維度，聚合、紡絲和碳化氧化是其生產成本的主要構成：聚合：該階段主要包括由原料和生產物資消耗構成的直接生產成本、由純化與輸送原料、聚合、過濾／輸送原液、回收單體／溶劑等成本構成的生產過程成本，以及由蒸汽、電力、水、配套設施運維等成本構成的綜 合生產成本。紡絲：生產成本集中在過濾／ 輸送聚合液、紡絲、凈化等。產業鏈中，原絲一般在碳纖維成本中占比 51%。碳化氧化過程：成本主要集中在處理所需原材料（包括上漿劑、電、氮氣、循環水）、配套設施運維、車間 潔凈化，及炭化廢氣處理等成本。提高紡絲、碳化氧化等環節工藝可顯著降低成本。具體方法包括：1）采用干噴濕法代替傳統濕法紡絲：干噴濕紡為紡絲液從噴絲孔出來后先經過干段空氣層或氮氣層后才進入凝 固液中進行凝固的工藝技術。對比傳統濕法紡絲，該方法可將紡絲速度從每分鐘 100 米提高至 300 米，并使固 含量提高至 22%以上。據《PAN 基碳纖維生產成本分析及控制措施》表述，新紡絲工藝的使用可在降低碳纖維 原絲成本（降低 75%）的同時提高產量(2-8 倍左右)。2）采用新技術縮短預氧化時間：美國能源部橡樹嶺國家實驗室（ORNL）研發的等離子體預氧化法可使預氧化 時間縮短至 25-35 分鐘（一般需要 80~120 分鐘），該方法可使能耗下降 75%，生產成本降低 20%，并適用于所 有規格的碳纖維生產。此外，采用流態化加熱、熱輥接觸式干燥等新技術均可有效降低生產成本。3）更換炭化爐材料、提高碳化環節熱利用率：美國哈泊公司生產的炭化爐使用絕緣或耐火材料替代傳統水冷卻 操作，持續降低設備的熱量損失；此外，據《PAN 基碳纖維制備成本構成分析及其控制探討》表述，采取余熱多 級利用等新技術可有效降低設備能耗，使碳纖維每噸成本降低 9500 元。提升產量可帶來規模效應，有效降低碳纖維生產成本。據《碳纖維產業化發展及成本分析》統計，原絲和碳纖維 的產能和生產成本呈反比關系。隨著產能的擴大，原絲和碳纖維產線直接生產成本的增幅顯著小于單耗成本、固 定資產折舊和流動費用等成本的降幅，千噸級碳纖維產線每年成本較百噸級產線下降 18%。1.3 我國碳纖維產業方興未艾，潛力巨大技術創新助推碳纖維性能提升，國產化替代是行業不變“旋律”。我國自 20 世紀 60 年代后期便開始 PAN 基碳 纖維研究，歷經半個世紀發展，現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封鎖，成績斐然。縱觀國內碳纖維發展史，我們將其歸納為以下五個階段：舉國體制，從無到有（1962-1982）：該階段我國碳纖維研究剛起步，國家高度重視碳纖維研發工作，PAN 基 碳纖維研制課題組、高分子復合材料物理研究室相繼成立，建成 PAN 原絲試制能力約 50 噸年，碳纖維長 絲試制能力 1.5-2.0 噸年，解決了碳纖維從無到有的問題。嘗試引進，于困難中摸索（1983-1990）：該時期國家科委鼓勵引進國外先進技術并承諾將給予資金支持，但 由于碳纖維技術涉及國防等領域，疊加“巴黎統籌條約”的限制，引進過程舉步維艱，經多次談判考察，我 國最終以 450 萬美元從英國 RK 公司購入生產能力 100 噸（12K） 年的碳化設備，但運行效率較低。“停滯”的十年（1990-2000）：由于碳纖維生產的復雜性和國外對我國的技術封鎖，國家雖積極組織各研究 單位合力攻關但關鍵技術依舊難以突破，該時期只有吉化公司、吉林碳素廠和北京化工學院在維持小批量供 貨，其他研發單位陸續退出該領域。“大干快上”，碳纖維迎來建設浪潮（2000-2010）：在師昌緒院士的動員和國家大力支持下，科技部決定設 立碳纖維專項，并成立專家組，將碳纖維列入 863 計劃新材料領域。此外，大量民間資本的涌入也催生出一 批碳纖維生產企業，據《2019 全球碳纖維復合材料市場報告》統計，2000-2010 年，擁有碳纖維項目的科 研院所和生產單位達 40 家以上，投資規模超過 300 億元，全世界碳纖維設備制造廠也迎來了中國盛宴。大浪淘沙，優勝劣汰（2010 年至今）：前期雖有眾多碳纖維生產企業但大多未掌握核心技術，疊加碳纖維生 產制造投入大、建設周期久等特點，部分企業難以存活，行業開始經歷“洗牌”，企業數量縮減至 10 余家。此外，該時期優質企業迎來春天：光威集團與中簡科技成功上市，中復神鷹扭虧為盈，吉林化纖成為國內原絲龍頭，行業實現了 T700 級碳纖維批量化生產和 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，具備開展下一代纖維研發的基礎。政策扶持加快研發與產業化進程，產品競爭力不斷提高，碳纖維行業進入發展快車道。我國政府從 70 年代即開 始大力支持國產碳纖維的發展，由張愛萍將軍組織召開的“7511”會議奠定了國家扶持國產碳纖維發展的基礎， 而 “863”計劃更是在政策層面為碳纖維國產化替代指明了前進方向；通過“十五”、“十一五”、“十二五”三個五年 計劃，國家強力支持了國產碳纖維的技術攻關、工程產業化和應用牽引，使國產碳纖維的發展取得長足進步。我們認為，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，行業環境有望不斷改善， 為技術突破、產品性能升級的注入源源不斷的強大動力。2、師夷長技，詳解美、日碳纖維崛起之路2.1 正視與國外差距，是短板亦是上升空間技術創新、政策扶持、應用升級是驅動碳纖維產業發展的三大動力。通過歸納梳理碳纖維生產流程與產業鏈我們 將產業發展邏輯總結為四點：1）大量研發投入促進核心技術突破，迅速提高碳纖維性能與競爭力，加快產品升級換代；2）高端產品滿足并進一步培育下游需求，應用端不斷向高端領域延展，實現需求的“質”“量”齊升；3）旺盛且持久的訂單顯著提升企業業績，改善其現金流，并吸引優質資本持續注入；4）政策傾斜疊加現金流充沛，企業將投入更多研發資源并擴大生產規模，有效降低生產成本。以上述產業發展邏輯作為框架，現階段我國碳纖維產業在核心技術裝備、產品性能、生產成本與規模等方面較美、 日仍有較大差距，具體表現為以下三點：1）碳纖維研制、應用等基礎科學問題尚未探明，高端碳纖維及其復材較國外仍有代差。我國碳纖維研究雖起步 早，但由于早期缺乏腈綸等纖維制品的工業生產基礎，疊加國外嚴格的技術封鎖，導致我國在碳纖維工藝、成分、 結構、性能等技術領域仍有認知盲點。據《中國高性能碳纖維產業的創新發展》論述，國外航空航天等領域已經大規模應用以 T800 級碳纖維為主要增 強體的第 2 代先進復合材料，而中國總體上仍處在第 1 代先進復合材料擴大應用階段，T800 級碳纖維的工程化 應用尚處研制階段。中國高性能纖維及其復合材料與國外先進水平存在代差。2）產業化工藝與裝備核心技術仍未有本質突破，導致企業有產能無銷量，進口依賴嚴重。現階段國產碳纖維仍 以小絲束產品為主，高質量、大絲束、低成本、大規模碳纖維工業化生產技術尚未突破，而國外已開始將大絲束 低成本與小絲束高質量碳纖維工業化生產技術融合，提升碳纖維品質的同時進一步降低成本。據《2019 全球碳纖維復合材料市場報告》統計，2019 年我國碳纖維需求約 3.8 萬噸，其中進口量占 68%；此 外，2019 年我國碳纖維運行產能為 2.6 萬噸而銷量僅為 1.2 萬噸，銷量產能比僅為 34%（國際通常在 65%-85%）。我們認為，碳纖維產業化程度不高一方面歸因于前述基礎科學未完全探明，另一方面則由于企業與科研院所尚未 建立有效合作機制導致“產”與“研”相分離。此外，因裝備國產化不足、對引進裝備二次改造能力弱，只能使 工藝去迎合裝備條件，從而失去以工藝為核心的產業化準則，進一步導致產品質量穩定性差、產能釋放率低。3）性能不足、產業化程度低等問題導致下游“不會用”、“用不好”問題突出，未對需求升級形成有效牽引。據 《2019 全球碳纖維復合材料市場報告》統計，2019 年國內來自體育休閑領域的碳纖維需求占比達 37%，而航 空航天高端需求占比僅為 4%，反觀全球航空航天領域高端碳纖維需求占比則高達 23%。我們認為，我國碳纖維下游需求結構失衡的主要原因在于國內大多數企業未形成碳纖維生產的全流程覆蓋，產業 鏈各環節較為分散，導致企業缺乏對碳纖維從設計到制造再到下游應用的集成能力，最終使得下游應用難以升級， 未對需求產生持續的拉動作用。2.2 他山之石：技術創先機、政策育土壤、應用拓市場碳纖維始于美國，興于日本，產業整合、應用場景不斷擴大是現階段行業發展主題：碳纖維始于白熾燈發光體，日本、英國率先開始 PAN 基碳纖維研發。1879 年愛迪生發明了以碳纖維為發光 體的白熾燈并于美國取得初步成功，但隨后因被鎢絲取代而陷入沉寂。20 世紀 50 年代，美蘇爭霸期間，美國為研發大型火箭和人造衛星以及全面提升飛機性能，急需新型結構材 料和耐燒蝕材料，碳纖維又重新出現在材料科學舞臺。1959 年，日本大阪工業試驗所近藤昭男博士發明 PAN 基碳纖維制備技術，隨后 60 年代日、英率先開始 PAN 基碳纖維技術攻關，而同時期美國還在攻克粘膠基技術，導致其 PAN 基碳纖維研究起步較晚。1970-1990 年，碳纖維工程化、工業化技術先后被攻克，產品逐漸系列化，應用場景取得重大突破。20 世 紀 70 年代，日、美、英開始頻繁技術合作，美國從英國獲得碳化技術并與日本東麗、東邦和三菱展開技術 轉讓，隨后美國與日本于 1972 年制得碳纖維高爾夫球桿和魚竿，風靡全球。同時期，碳纖維復材實現了于 航空航天（軍、民用）結構件上的工程化應用，并率先在軍機上實現批量化生產，成為碳纖維騰飛的基石。跨入 80 年代，世界碳纖維單產線產能突破千噸年，東麗產品譜系日益豐富（T300、T800、T1000、M60J），以 波音、空客為代表的民用航空對碳纖維需求萌芽，1982 年 T300 率先于 B757、B767 及航天飛機上得到應用。 然而，英國由于缺乏應用支撐開始以轉讓技術為主，將技術分別轉讓給中國、印度、俄羅斯和巴西。1990-2000 年，碳纖維迎并購浪潮，美、日地位進一步穩固，寡頭局面初步形成。該時期各大碳纖維廠商開 始搶占市場份額，美國赫氏并購了美國赫拉克勒斯的碳纖維產業；美國石油巨頭阿莫科整合了大部分美國的 碳纖維資源，不僅包括美國聯碳公司還有東邦與美國塞蘭尼斯公司合作的碳纖維資產(2001 年變更為氰特 CYTEC）。德國石墨巨頭西格里收購了英國考陶爾茲留下的 RK carbon，至此碳纖維拓荒者——英國考陶爾 茲退出歷史舞臺。進入 21 世紀，碳纖維產業整合仍在繼續，下游應用向風電、汽車等新興領域加速延展。進入 21 世紀，行 業整合仍在延續，SGL 從阿爾笛處拉收購了合資碳纖維的股份、日本東邦收購了美國福塔菲爾碳纖維、日本東麗收購了卓爾泰克；與此同時航空航天、汽車、風力發電等領域碳纖維應用急劇擴大，號稱碳纖維飛機 的 B787 和 A350 于 2011 年和 2014 年完成首架交付，2010 年寶馬與西格里合資建碳纖維廠試圖徹底實現 電動汽車輕量化，由于拉擠板成功應用于葉片梁帽，風電巨頭維斯塔斯對碳纖維需求空前增長。以史為鏡，我們認為技術革新、政策護航與應用拓展是世界碳纖維發展的最核心變量：技術驅動產品性能升級，是碳纖維發展的第一動力。美、日在碳纖維發展初期便已意識到核心技術工藝是實 現性能提升的基礎，隨后便紛紛進行戰略布局，直到現階段依然在大力推動碳纖維材料的研發。以日本為例， 自 20 世紀 60 年代開始 PAN 基碳纖維技術攻關后，其每間隔 5-10 年便會推陳出新，實現技術與產品性能 的全面升級。與此同時，日本國內較早實現了產業聯盟，成員覆蓋了完整的碳纖維產業鏈，如新構造材料技術研究聯盟 （ISMA），其共有 39 個成員，37 家為企業，1 家為國立研究所，剩余 1 家為國立大學。通過產、學、研的 深度結合，日本在碳纖維中間材料技術、成型技術、連接技術與回收技術領域均實現了重大突破，成為世界 碳纖維強國。政策為研發單位、企業保駕護航，為碳纖維發展提供優質土壤。20 世紀以來，美、日均在政策層面推波助 瀾，促進碳纖維產業的發展。如日本在包括“能源基本計劃”、“經濟成長戰略大綱”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，日本碳纖維行業得以更有效集中各方資源，推 動產業共性問題的解決。此外，美國國防部高級研究計劃局在 2006 年啟動了先進結構纖維項目，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。企業層面，美、日亦提供政策“方便”以不斷優化行業環境。例如 20 世紀 80 年代，美國碳纖維公司大多采 用外部治理模式，但由于碳纖維材料的特殊性其發展往往受到別國技術的制約，美國國內公司一度瀕臨倒閉。 1988 年美國國防部推出了以碳纖維等關鍵材料本土化為核心的國家戰略，指出碳纖維等國防工業關鍵材料 必須自給自足，從而幫助國內碳纖維企業走出了困境。應用領域持續拓寬是行業發展的“永動機”。碳纖維最初被用于白熾燈燈絲，而后由于美、蘇軍事爭霸，碳 纖維開始在軍用航空航天領域發光發熱，成為武器裝備的減重利器。此后，隨著 PAN 基碳纖維技術的突破、 疊加產能提升帶來的規模效應，碳纖維生產成本大幅降低，碳纖維開始在民用航空、體育休閑等領域大放異 彩。現階段，以風力發電、壓力容器、新能源汽車等新為代表的新興產業輕量化需求旺盛，成為碳纖維行業 發展的新驅動。我們認為，應用領域的持續拓寬一方面將倒逼碳纖維產業化、工程化技術進步，另一方面也 將吸引更多優質企業的涌入，為行業發展提供不竭動力。2.3 航空為先——東麗與赫氏的騰飛之路2.3.1 日本東麗：積淀 50 余年，航空布局終迎開花結果15 年增長 5 倍，東麗碳纖維業務規模突破 2300 億日元。2019 年東麗碳纖維業務收入 2369 億日元，同比增長 9.7%，實現營業利潤 210 億日元，營業利潤率為 8.9%。2004-2019 年，東麗碳纖維業務收入 CAGR 達 12%。洞悉材料價值，“超長期”戰略成就全球碳纖維龍頭：日本東麗公司 1926 年創立之初僅是一家人造絲制造公司， 隨后根據市場需求不斷豐富自身產品體系，在深諳各類材發展價值的前提下陸續研發了合成纖維，樹脂、薄膜等 尖端材料，并將產品推廣至全球，成為世界材料領域無可爭議的“領頭羊”。縱觀東麗碳纖維業務發展史，我們將其成功因素總結為三點：1）提前洞悉碳纖維潛在應用價值，并維持高研發 投入，為公司未來厚積薄發奠定基礎；2）乘航空發展之風，率先實現高端碳纖維批量化、規模化生產，同時在 全球范圍內積極擴充產能，不斷提升公司市場占有率；3）以航空為基，橫向布局風力發電、汽車等高端民用領 域，真正實現多點開花。從體育休閑領域切入碳纖維市場，實現工業化生產。東麗 1961 年啟動碳纖維研發，1971 年開始生產。公 司早期試圖進軍航空碳纖維領域，但彼時歐美主要公司都聚焦該市場，訂單競爭激烈，尚屬小公司的東麗無 法進入。于是公司另辟蹊徑，通過開發魚竿、球桿等體育用品，實現碳纖維的商業化應用和工業化生產。乘航空之風，鑄行業巨頭：20 世紀 70 年代后期，石油價格飆升，民航公司急需輕量化增強材料以減少機身 重量，1975 年和 1987 年，東麗碳纖維分別應用于波音 737 的輔助承重結構和空客 A320 的主承力部件中。 據波音公司“高拉伸強度和彈性條件下較鋁輕 30%”的需求，東麗開發出 T800 等高端碳纖維并于上世紀 90 年代起陸續用于波音 767、777、787 及空客 A350 上。航空需求的爆發加速東麗千噸產線的構建和萬噸產 量的釋放，公司實現由前期虧損至穩定盈利的轉變。產能擴張疊加橫向布局，碳纖維生產體系持續完善：1）為應對航空等領域碳纖維需求的攀升，東麗一直致力于全球布局以實現產需匹配。1972 年東麗在愛媛 工廠新設月產 6 萬噸的生產設備，并通過 UCC 公司構建美國市場的售渠道；1982 年設立 Soficar 公司， 該公司 1985 年于西班牙設立工廠投產；1992 年于西雅圖市郊成立 TCA 公司，1997 年在美國迪凱特成 立 CFA 公司并建設工廠。東麗由此確立了橫跨日本、歐洲和美國 3 大地區的全球運營體制。2012 東麗 決定年產量增加 6000 噸，集團年產量擴大至 2.71 萬噸，2014 和 2015 年也分別實現了增產。2）東麗亦利用自身技術與市場優勢拓展高端民用領域，穩固全球碳纖維龍頭地位。汽車方面，2010 年， 東麗與德國 Daimler 公司簽訂了汽車零部件碳纖維復材共同開發合同；此外，豐田與本田分別于 2014 和 2016 年發布了氫燃料汽車，車身均采用了東麗碳纖維材料；風電方面，東麗 2014 年收購了 Zoltek公司，發力以風電渦輪機葉片為主要用途的大絲束領域。2.3.2 美國赫氏：深耕復材應用，打造美國航空航天碳纖維標桿碳纖維復材為主要收入來源，盈利能力持續增長。赫氏是美國最大的碳纖維生產商和復合材料供應商，2019 年 赫氏總營收 23.6 億美元，其中碳纖維復材收入為 18.6 億美元，占比近 80%；2006-2019 年赫氏碳纖維復材營 業利潤由 1.2 億美元上升至 4.1 億美元，CAGR 達 10%，營業利潤率由 15%上升至 22%，盈利能力不斷增強。航空航天占比超 85%，民用領域強勢崛起。赫氏自身將其整體業務分為商業航空航天、軍用航空航天及工業用 品三類，2005-2019 年其航空航天板塊業務（軍用+民用）占比由 72%上升至 87%，商業航空航天占比由 49% 上升至 68%，增幅顯著。與東麗多元化的材料業務不同，赫氏聚焦復合材料應用 70 余年，公司發展史亦是美國航空航天歷史的縮影：發展初期便致力于復材研發，扎根航空航天。赫氏成立于 1946 年，1953 年其產品便用于復合材料制造的 第一架轟炸機和戰斗機，在 1961 年經歷了軍費削減導致的銷售下滑后，1965 年美越戰爭重新推動公司蜂 窩結構復合材料業務發展。1993 年由于經營問題，公司申請破產保護，多方籌資籌得 5000 萬美元后于 1995 年 2 月擺脫破產保護。通過收購切入碳纖維及其復合材料領域，公司獲得“二次生命”。1996 年赫氏收購 Ciba-Geigy 和 Hercule 的復合材料業務，獲取了關鍵的航空產品生產資格和碳纖維生產能力，為后續承接多項軍民航空、航天業務 打下基礎。洛馬、波音、空客等軍民機項目紛至沓來，赫氏進入穩定盈利期。民品方面，空客 A380、A320、H160 直升機、波音 787 Dreamliner、747-8 等機型均采用了赫氏碳纖維復合材料；軍品方面，赫氏為 F35、V-22（魚 鷹）傾斜旋翼飛機、UH60M 黑影、AH-64 阿帕奇、A400M 軍事運輸機、大黃蜂戰機等軍機提供碳纖維復合 材料；此外，赫氏也參與了多項美國國家空探索計劃如阿波羅登月、哥倫比亞航天飛機制等，如正是航空航 天領域業務的不斷增長，使得赫氏穩坐美國碳纖維及其復材制造商龍頭地位。總結東麗、赫氏的發展可再次得出：1）持續的研發投入、不懈的應用實踐為碳纖維制造企業發展的基石；2）航空航天是碳纖維制造的試金石，批量化生產帶來的規模效應是企業蛻變的關鍵；3）后期高端民用領域的橫向擴張是保持業務常青的良藥。3.全球市場極速擴張，國內航空航天需求潛力巨大3.1 國際市場：航空航天占據主導，風電葉片增速強勁2019 年全球碳纖維需求首次突破 10 萬噸。據《2019 全球碳纖維復合材料市場報告》測算，2019 年全球碳纖維 需求總量達 10.4 萬噸，同比增長 12%，金額達到 28.7 億美元，同比增幅 11.6%。2008-2019 年全球碳纖維需 求量 CAGR 為 10%。這是全球碳纖維發展 60 余年來需求量首次突破 10 萬噸大關，其直接反映了碳纖維下游需求的持續擴張。隨著 各國對碳纖維投入加大，核心技術將不斷突破，當絕大部分核心技術被掌握后，下一個 10 萬噸需求增長的用時 間將急劇縮短，據《2019 全球碳纖維復合材料市場報告》預測，2025 年全球碳纖維需求量將達到 20 萬噸，2030 年將達到 40-50 萬噸。航空航天依舊穩占碳纖維需求主體地位。2019 年航空航天領域碳纖維需求量 2.35 萬噸，同比增長 12%，占總 需求量的 23%。由于航空航天高端碳纖維單價較高，因此該領域 2019 年需求金額達到 14.1 億美元，占需求總 金額的 49%。據《2019 全球碳纖維復合材料市場報告》披露，2019 年航空航天領域碳纖維需求的增加主要來源 于波音 787 和空客 A350 產能的擴張。5 年翻 4 倍，風電葉片需求增速強勁。據賽奧碳纖維技術統計，2014-2019 年全球來自風電葉片領域的碳纖維需 求由 0.6 萬噸上升至 2.55 萬噸，CAGR 達 33.6%，增速強勁。2019 年來自風電葉片領域的碳纖維需求占總量的 25%，然而由于該領域碳纖維單價較低，對總體金額貢獻不顯著，僅占總需求價值量的 12%。其他領域碳纖維需求增速穩定。據《2019 全球碳纖維復合材料市場報告》統計，2019 年汽車、壓力容器、混配 模成型、建筑補強、電子電氣等領域碳纖維需求與總需求量協同增長，同比增速維持在 12%左右。其中，體育休 閑領域需求增速較慢，每年維持 4-5%左右的增幅。3.2 國內市場：航空航天占比不足，體育休閑、風電葉片為需求主要來源我國碳纖維需求 12 年增長近 5 倍。據賽奧碳纖維技術統計，2008-2019 年我國碳纖維需求量已經由 0.8 萬噸上 升至 3.8 萬噸，占全球總需求量的 36%，CAGR 達 15%，超過全球平均增速。預計到 2025 年，我國碳纖維需 求總量將達到 11.9 萬噸。風電葉片、體育休閑領域為主要需求來源，航空航天需求嚴重不足：2019 年風電葉片高增長拉動行業整體需求。2019 年我國風電葉片碳纖維需求量為 1.38 萬噸，同比增長達 72.5%，占總需求量的 36.5%。其中，國產碳纖維約 1000 噸，相較 2018 年的完全進口，邁出了國產替代 的第一步。體育休閑領域為國內碳纖維需求最大來源。2019 年中國大陸與中國臺灣體育休閑領域碳纖維需求合計 1.4 萬 噸，同比增幅 4%，占總需求量高達 37%，2014-2019 年體育休閑領域一直是我國碳纖維需求最大來源。航空航天占比僅為 3.7%，較世界平均水平差距顯著。2019 年我國航空航天碳纖維需求 1400 噸，較 2018 年上升 400 噸。2014-2019 年我國航空航天領域碳纖維需求占比維持在 2%-4%，較世界平均的 22%-24% （2014 年為 29%）差距顯著。3.3 碳纖維為航空航天必備新材料，未來增量需求有望破萬噸3.3.1 碳纖維正推動航空航天邁入輕量化時代當前，由于碳纖維性能的不斷提高和基體樹脂增韌性技術的突破，碳纖維復合材料正逐步取代傳統金屬材料被廣 泛應用于航空制造業中，特別是高強中模、大伸長碳纖維，能夠顯著提高沖擊后的壓縮強度和耐熱濕性，成為飛 機結構材料的不二之選。碳纖維復合材料在航空領域的應用大致可分為三個部分：1）應用在受力不大或非承力構件階段(如舵面、口蓋等)；2）應用在次承力或承力較大構件階段(如機翼等)；3）應用在主承力構件或復雜受力構件階段 (如機身、中央翼 盒)等；世界范圍內各類型軍用飛機均大量使用碳纖維復合材料：戰斗機：先進機型碳纖維復材占比正逐步提升，據《碳纖維及石墨纖維》統計，美國 F-14A 的復合材料僅占 1%，到英國生產的戰機“臺風”EP2000 時復合材料含量已達 40%。直升機：理論上 1kg 碳纖維復合材料可代替 3kg 的鋁合金，對于直升機而言，碳纖維不僅具有高比強度和 比模量，且具有優異的阻尼特性，即不易起振，起振后能迅速吸收動能并停止下來，這可降低飛行載荷在直 升機懸翼上產生的交變動值。此外，碳纖維復合材料具有突出的耐疲勞性，靜強度與疲勞強度比為 0.6-0.7， 而玻璃纖維僅為 0.3，芳綸纖維為 0.5。以 MBB 公司研制的 BK117 直升機為例，該機型碳纖維復合材料占比高達 75%，于使用復合材料的構件， 平均減重 33%，平均零件數目減少 79%。同時，我國由哈爾濱飛機制造公司生產的直-9 型直升機復合材料 用量也超過了 60%，該機不僅武裝了駐港部隊，而且參加了上海合作組織在俄羅斯舉行的反恐演練。耐熱+減重，碳纖維助力火箭、導彈飛得更高，打得更遠。在 2000℃以上高溫環境中碳材料是唯一強度不降的物 質，且軍用碳纖維可在 3 000℃以上環境保持穩定，耐溫性遠超鈦金屬及其合金，因而被廣泛應用于火箭的助推 器、防護罩、發動機罩和導彈殼體、發射筒等結構。此外，碳纖維復合材料亦可減輕火箭和導彈的質量，加大其 射程，提高落點精度。以導彈為例，據《碳纖維及石墨纖維》表述，美國、日本、法國的固體發動機殼體主要采用碳纖維復合材料。美 國 MK 型、SICBM 型、三叉戟Ⅰ型機動洲際彈道導彈鼻錐和發動機噴管喉襯都采用了 3D C-CFRP（以碳纖維 3 向編織物為胚體的碳纖維復合材料），衛兵型、SPI 型反彈道導彈鼻錐采用了 3D C-CFRP，民兵Ⅲ鼻錐也采用了 細編穿刺 C-C 復合材料。MX 彈道導彈第三級發動機噴管及三叉戟 II 型(D-5)的第一、二級發動機噴管都采用了 C-CFRP。美國“北極星”、“戰斧”、三叉戟 II 型(Trident-II，D-5)導彈的固體發動機殼體采用了 CFRP。法國 M51 導彈的一級發動機外殼由碳纖維復合材料編織而成。碳纖維可為民用航空帶來顯著經濟效益。據《碳纖維及石墨纖維》描述，利用碳纖維及其復合材料替代鋼或者鋁 減重效率可達 20%-40%，對客機而言，減重可有效節省燃油、 提高航程和凈載能力，具有顯著的經濟效益。在早期 A310、B757 和 B767 上，碳纖維復合材料占比僅為 4%-7%，隨著技術的不斷進步，碳纖維復合材料逐 漸作為次承力構件和主承力構件應用在客機上，其質量占比也開始逐步提升。至 A380 時，復合材料占比達到 25%，具體應用于客機主承力結構部件如主翼、尾翼、機體、中央翼盒、壓力隔壁等和次承力結構部件如輔助翼、 方向舵及客機內飾材料等，開創了先進復合材料在大型客機上大規模應用的先河。在最新的 B787 和 A350 機身上，復合材料的用量達到 50%以上，有更多部件使用碳纖維，例如機頭、尾翼、機 翼蒙皮等，使碳纖維需求量極大提升。3.3.2 裝備升級放量、民航需求爬坡，碳纖維新增需求破萬噸我國軍機總數僅為美國四分之一，高端戰機占比不足，軍機迭代迫在眉睫。據《World Airforces 2020》統計， 2019 年我國軍機總量為 3210 架，雖位列世界第三但僅為美國的四分之一。目前我國以殲-7、殲-8 為代表的二 代戰斗機仍是主力，占比達到 58%，四代機占比僅為 1%，而美軍現役已無二代戰斗機，其三、四代機型占比分 別為 87%和 13%。我們認為，未來我國軍機升級換代將是大勢所趨。經我們測算，未來軍機碳纖維復合材料需求規模將超過 300 億元：我國軍機單機重量和碳纖維復合材料含量同步提升，放量后將產生乘數效應。據《復合材料在航空戰機上的 應用》表述，以殲擊機為例，我國殲-7 空重 5.3 噸，碳纖維復材含量約 2%，新一代戰機空重 17 噸，碳纖 維復合材料含量約 25-30%，相比老舊機型，新機型單機重量與碳纖維復材含量均顯著提升，未來將產生乘 數效應支撐碳纖維需求增長。軍機迭代將新增 8210 噸碳纖維需求，市場規模達到 328 億元。主要假設：1）軍機持續迭代，新機型不斷亮相；2）據《先進戰斗機結構選材與制造工藝需求分析》內容，將軍 機結構系數設為 31%-34%。3）軍用碳纖維復合材料成材率大約為 70%。國產 C919、ARJ21 訂單不斷增加，支撐民用碳纖維復材市場未來需求。國產大型客機 C919 于 2008 年啟動研 制，2017 年成功首飛并計劃在 2021 年取得適航證。此外，國產 ARJ21 新支線飛機投入運營后銷量也保持良好。據中國之聲 2020 年 5 月披露，C919 當前累計客戶 28 家，訂單總數已有 815 架；商飛亦收到來自 22 家客戶合 計 596 架 ARJ21-700 飛機訂單。經測算，當前國產客機在手訂單兌現將產生 1383 噸碳纖維復材需求，市場規 模超過 55 億元。據中國航空工業發展研究中心發布的《2020-2039 年民用飛機中國市場預測年報》預測，為滿足運量增長和替換 退役飛機需求，至 2039 年中國客機機隊規模將達 8854 架，其中因運量需求而新增的客機 5208 架，替換退役 客機 2368 架，剩余 1278 架為存量客機，市場價值超萬億美元。我們判斷，未來以 C919、ARJ21 為代表的國 產民用飛機訂單將繼續增長，進一步提振碳纖維下游需求。4.高端民用多點開花，國產替代迎成長風口4.1 風力發電將成碳纖維行業新驅動碳纖維可有效降低風電葉片重量，促進風力發電向大功率方向發展。風力發電系統主要由發電機、葉片、塔架和 控制系統組成。其中，復合材料葉片是發電機的核心部件之一，葉片成本約占發電機系統成本的 18%-22%。由 于風力發電機的電能與葉片長度成正比，故此為提高發電功率需要增加葉片長度，葉片重量也隨之增加，為更好 地平衡葉片重量與長度，碳纖維復合材料成為風電葉片的理想選擇。5 年翻 4 倍，風電葉片碳纖維需求增速強勁。據賽奧碳纖維技術統計，2014-2019 年全球來自風電葉片領域的碳 纖維需求由 0.6 萬噸上升至 2.55 萬噸，CAGR 達 33.6%，增速強勁。2019 年來自風電葉片領域的碳纖維需求占 總量的 25%，然而由于該領域碳纖維單價較低，對總體金額貢獻不顯著，僅占總需求價值量的 12%。風力發電市場規模迅速擴張，中國為全球重要市場。據 GWEC 發布的《全球風電發展報告 2019》統計，2019 年全球風電新增裝機容量達到 60.4GW，同比增長 19%；2019 年全球風電累計裝機容量突破 650GW，同比增 長 10%，2001-2019 年全球風電累計裝機容量由 24GW 上升至 651GW，CAGR 達 20%，規模增速顯著。國家層面，2019 年新增裝機容量排名前五的是中國、美國、英國、印度和西班牙，合計占全球的 70%。就累計 裝機而言，中國、美國、德國、印度和西班牙位列第一至第五，合計占全球的 72%。我國陸上與海上新增裝機規模均位列世界第一：2019 年，全球陸上風電新增裝機容量為 54.2GW， 同比增長 17% ；累計裝機規模邁過 600GW 這一新的 里程碑，達到 621GW。其中，我國陸上風電新增并網容量為 23.8GW，占全球比重 44%，累計并網容量達 到 230GW。2019 年，全球海上風電新增裝機容量超過 6GW，是有史以來表現最好的一年。其中，我國的新增規模達到 創紀錄的 2.3GW，居全球第一。英國的新增規模接近 1.8GW，依然是全球重要的海上風電市場。德國的新 增規模超過 1.1GW，居全球第三。據 GWEC 預測，2020-2024 年，全球有望新增 355GW 風電裝機，年均增長接近 71GW，CAGR 將達到 4%。 海上風電新增裝機規模將從 6GW 增至 15GW，其在全球年度風電新增裝機中的占比相應由 10%提高至 20%。就中國市場而言，由于存量項目需趕在 2020 年 12 月 31 日前并入電網，以拿到核準電價，故此 2020 年有望成 為中國陸上風電市場有史以來表現最好的一年，從 2021 年開始，中國陸上風電市場發展主要受平價上網項目驅 動，繼續引領世界風電市場。我們判斷中國風電行業的蓬發展將成為碳纖維市場有力驅動器，促進民用碳纖維需求走高。4.2 碳纖維，引領新能源汽車材料革命未來已來，碳纖維助力新能源汽車實現輕量化蛻變。據新能源汽車網測算，在同樣續航里程下，電動汽車重量比 傳統汽車重 200-300kg 甚至更多。因此為保證電動汽車有較好續航里程和可承受成本，電動汽車車身須減重 50% 以上。在所有輕量化材料中，碳纖維復合材料是唯一能在鋼質零部件基礎上減重 50-60%卻能夠提供同等強度的 先進材料。碳纖維及其復合材料在新能源汽車輕量化領域的優勢突出表現在以下方面：車身輕量化：碳纖維密度小，較低碳鋼結構減重 50%，較鎂鋁合金結構減重 30%；顛覆生產流程：模壓和粘結工藝代替沖壓和焊接，節約生產線及模、夾具的投入；集成度高，造型自由：可設計性強，可實現流線型曲面成本低，可減少零部件種類和工裝投入；提升汽車安全性：汽車輕量化后中心下降，提升操作穩定性，碰撞吸能能力為鋼的 6-7 倍，鋁的 3-4 倍；提升汽車舒適性：更高的振動阻尼，對汽車整體降噪效果提升顯著，舒適性更加。據中國汽車工程學會發布的《節能與新能源汽車技術路線圖》預測，2026-2030 年，我國將實現整車比 2016 年減重 35%，將重點發展鎂合金和碳纖維復合材料技術，實現碳纖維復合材料混合車身及碳纖維零部件的大范圍 應用。除車身減重外，碳纖維亦可應用于新能源汽車電池箱體。動力電池作為新能源汽車能量供給的核心零部件，其性 能直接影響新能源汽車的性能表現。其對材料有高強度、輕量化和優良的耐腐蝕性要求；碳纖維在這 3 方面具有 極大優勢，其具有較高的比強度和比模量，同時還具有優良的耐蝕性和阻燃性，因此能在滿足上述條件的同時， 做到動力電池箱的輕量化。我國新能源汽車市場增速強勁，未來將成為碳纖維下游市場的中流砥柱。據中汽協和工信部統計，2014-2019 年 我國新能源車年產量由 8.4 萬輛上升至 124.2 萬輛，CAGR 為 71.4%，2019 年產銷量略下滑主要因行業補貼退 坡。我們認為，伴隨著 2020 年汽車減重 10%，2025 年減重 20%，2030 年減重達到 30%目標的臨近，以及新能源 汽車出貨量的持續提升，碳纖維復合材料在新能源汽車行業中的運用范圍與運用比例將會繼續擴大，使中國成為 全球最大的碳纖維輕量化新能源汽車市場，引領全球碳纖維產業的未來。4.3 我國碳纖維進口替代特征初顯，未來可期我國碳纖維國產化率為 32%，進口部分主要依賴日本、中國臺灣。據《碳纖維產業釋放良機 2019》闡述，2019 年我國 3.8 萬噸碳纖維需求中進口量為 2.6 萬噸，同比增長 68%；國產供應量為 1.2 萬噸，同比增長 33%，國 產化率達 31.5%。以傳統大小絲束市場來分，我國小絲束市場容量約 1.8 萬噸，其中國產約 0.7 萬噸；大絲束市場容量約 1.4 萬噸， 其中國產 0.1 萬噸；另有接近 0.5 萬噸左右國產碳纖維橫跨兩個市場。目前我國國產碳纖維供應量已連續兩年增幅超過 30%，體現出國有碳纖維企業生產技術和管理水平的巨大提升， 預計在 2025 年左右，我國碳纖維國產量將超越進口量。2019 年大陸從日本進口碳纖維 0.8 萬噸，占總需求的 20.3%；從中國臺灣進口碳纖維 0.6 萬噸，占總需求的 15.0%， 中國臺灣與日本成為除大陸本土以外的碳纖維最大供應地。4.4 國內供給格局：高端聚焦技術創新，低端發力降本增效4.4.1 高端品供應商屈指可數，核心企業強者恒強產品性能決定核心競爭力，先發優勢持續積累最終形成卡位優勢。對于航空航天等高端市場，產品性能是首要因 素，據中簡科技招股書表述，現階段我國從事碳纖維材料研制及生產的單位近百家，但能夠生產符合航空航天標 準的高性能碳纖維企業屈指可數，大量企業集中在體育休閑領域，絕大多數碳纖維廠家仍處在虧損狀態。隨著市 場經濟優勝劣汰，碳纖維行業將面臨洗牌，擁有自主知識產權和持續創新能力的企業必將在未來競爭中占得先機。目前國內能夠生產高端碳纖維的廠商主要有中簡科技、光威復材、江蘇恒神及中復神鷹，其中中簡科技和光威復 材更是高端碳纖維賽道領跑者。我們認為，中簡科技與光威復材的優勢主要集中在以下三個方面：較早切入高端碳纖維領域形成先發優勢：1）中簡科技 2008 年為承擔科技部“863 聚丙烯腈基碳纖維工程 化”重點項目而成立，隨后便扎根高端碳纖維的研發與工程化制備，在國產化替代的理念下產品不斷填補國 內相關領域空白；2）光威復材 2002 年便開始碳纖維研發，承擔兩項 863 碳纖維專項的同時于 2008 年建 成國內首條千噸級碳纖維產線，成為國內首家實現碳纖維工程化的企業。強大的科研能力與持續的研發投入不斷拓寬企業護城河：1）中簡科技實控人均為業內頂尖專家，董事長楊 永崗與總經理溫月芳均來自我國最早從事新型碳材料研發的機構——中科院山西煤炭化學研究所，2013- 2019 年研發投入 6 年增長近 3 倍，授權專利總數超 20 項；2）光威復材深耕碳纖維研發近 20 年，期間作 為行業龍頭主持了兩項碳纖維國家標準的制定，產品覆蓋了 T300T700T800M40J 等一些列高端碳纖維， 且擁有核心設備的研發制造能力，是目前國內生產品種最全、技術最先進、產業鏈最完整的碳纖維行業龍頭 企業之一。與下游客戶形成穩定供求關系，成為特種領域核心供應商：中簡科技 T700 級和光威復材 T300 級碳纖維已 被批量化用于我國航空航天領域，成為特種領域核心供應商；由于特種領域對材料質量及穩定性要求極高， 故此一旦對應型號定型批產，供應關系和材料價格一段時間內將保持平穩。航空航天領域競爭格局趨于穩定，核心供應商強者恒強。當前航空航天領域核心供應商主要為中簡科技、光威復 材和中航高科，其中中航高科主要提供預浸料、蜂窩及航空復合材料，為中簡科技和光威復材下游企業。我們認 為，今后航空航天領域競爭格局將企穩，頭部企業行業地位將進一步穩固：1）航空航天領域國外對我國實行技術與產品封鎖政策，疊加新材料核心技術國產化趨勢的持續演繹，頭部企業 將獲得更多發展空間和機遇；2）航空航天等高端領域對產品性能要求嚴苛，而國內僅有中簡科技、光威復材等少數企業掌握核心技術可生產 出滿足要求的材料，不可替代性不斷增強；3）頭部上市企業相較其競爭對手可從資本市場獲得更多的支持，同時政策資源也必然將向頭部有追趕國際巨頭 潛力的公司傾斜，領跑者將獲得更多卡位優勢。4.4.2 傳統市場直面國際巨頭競爭，降本增效是關鍵美、日幾乎壟斷全球碳纖維市場，國內傳統領域面臨極大競爭壓力。據《碳纖維產業釋放良機 2019》統計，2019 年全球碳纖維運行產能約為 15.5 萬噸，其中日本碳纖維產能約為 2.9 萬噸，占全球產能的 18.8%；美國產能約 為 3.7 萬噸，占全球產能的 24.1%。日本是全球最大的碳纖維生產國，日本東麗、日本東邦和日本三菱麗陽擁有全球丙烯腈基碳纖維 50%以上市場 份額，掌握世界頂尖碳纖維生產技術，產品的質與量均處于世界領先地位，而美國是繼日本之后掌握碳纖維生產 技術的少數國家之一，同時又是世界上最大的丙烯腈基碳纖維消費國，約占世界總消費量的 13。據中國化學纖維工業協會統計，在小絲束碳纖維市場，日本企業所占全球產能的 49%；在大絲束碳纖維市場上， 美國企業所占全球產能的 89%。對于國內企業而言，由于美、日在技術領域處于領先地位，同時日本東麗、美國赫氏這類老牌企業由于產線折舊 等方面壓力較小，成本端亦存在極大優勢，導致國內企業面臨巨頭價格打壓、產品傾銷，生存空間緊張。國內企業主要通過擴充產能提升規模效應以應對激烈的競爭。無論是傳統民用市場（包含航空航天），還是具有 大規模需求潛力的市場，如風電、汽車、軌道交通等，價格和性價比始終是企業考慮的首要因素，由此催生出各具商業價值的碳纖維品種。2019 年來，企業紛紛宣布擴產計劃，我們預計產能將在未來幾年逐步釋放，中國碳 纖維有望真正走進低成本時代。低成本與高性能協調統一是產業未來進步方向，也是國內企業趕超良機。低成本是不同性能碳纖維均需要的基礎 技術：1）對于高端產品而言，當解決了“從無到有”的階段性問題后，降低生產與獲得成本將成為行業下一階 段的主題；2）對于傳統民用市場，低成本技術更是企業在激烈競爭中存活的關鍵。此外，據《碳纖維產業釋放良機 2019》表述，在碳纖維生產過程中低成本、高效率、高質量可以實現并存，目 前，國際上的干噴濕法的速度已經高達 600-700 米分鐘，國內也達到了 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線提速一倍，國內的一 些企業也可以實現 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。我們認為， 未來國內碳纖維產業必然會在降低成本與提高性能方面同步發力，依次實現低端領域低成本、高端領域低成本與低端領域高性能低成本的跨越式發展。（本文僅供參考，不代表我們的任何投資建議。如需使用相關信息，請參閱報告原文。）精選報告來源：【未來智庫官網】。舉報反饋 關鍵字標籤：碳纖維切割加工 |
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