碳纤维设备行业专题研究：拐点可期兼具确定性与爆发力

碳纤维设备行业专题研究：拐点可期，兼具确定性与爆发力一、碳纤维：高性能纤维，多元化应用场景（一）碳纤维产业链：高性能纤维，产品类型多样复合材料（Compositematerial）是对应于单一材料（金属、无机非金属和有机高分子材料）的概念，通过将单一材料复合制造，以弥补单一材料的缺陷。典型的复合材料为纤维增强树脂基体复合材料，高性能纤维增强体很大程度上决定了这类复合材料的力学性能，是复合材料制造的核心。碳纤维（CarbonFiber）是高性能纤维的一种，是由有机纤维经碳化以及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。整个碳纤维产业链包括原料提取、原丝制造、碳纤维制造、碳纤维复材等。首先，产业链上游企业先从石油、煤炭、天然气等化石燃料中制得丙烯，并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；然后，产业链中下游企业再经过预氧化、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；碳纤维或织物与树脂、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。碳纤维复合材料中最主要的类型为碳纤维树脂增强复合材料（CFRP），其产值占所有CFRP的80%左右。CFRP和其他树脂基复合材料的成型工艺差别不大，主要分为两类：一类为预浸料铺放成型，即生产预浸料后通过压力罐或其他摸具，在一定温度和压力下压挤成型；另一类不需要生产预浸料，直接将碳钎维（或织物）和树脂混杂在一定模具内成型，包括RTM、拉挤板和缠绕成型工艺。各种工艺成本、用途不同，但总体来看对设备投资要求较高，且与下游应用联系深入。碳纤维产品众多，主要通过三类标准进行分类：（1）原料标准：分为聚丙烯腈（PAN）基碳纤维、沥青基、粘胶基碳纤维，后两者生产困难，因此目前主流为PAN基碳纤维；（2）丝数（束）标准：一束碳纤维有多条纤维丝绕合而成，包括1K、3K、6K、12K、24K、48K等，不同丝束制造难度和成本不同；（3）性能标准：力学稳定性是评价承力材料的首要标准，常采用抗拉强度（可理解为承载能力）和抗拉模量（可理解为刚性）衡量，可以认为强度和模量越高则性能更高。据此可将碳纤维分为高强型、高强中模型、高模型（应用较少）、高强高模型四类。不同类型的碳纤维有不同的应用，按照应用可将碳纤维分为三类：（1）航空航天用小丝束：精细化要求下，目前航空航天几乎仅应用3K、12K小丝束产品，性能跨度大，但相比于民用质量要求高；（2）民用/工业用小丝束：一般丝束越大成本越低但性能也越低（后续有解释），该品类兼顾成本与性能，应用范围涵盖工业各领域、规模最大；（3）民用/工业用大丝束：48K以上丝束的碳纤维，成本最低，性能仅覆盖T300-T700级别，主要用于对成本要求高的风电、汽车等工业领域。此外，由于东丽公司在行业内的领先地位，尽管不同公司对其不同性能的产品有不同命名方式，业内多将之对应为东丽公司的产品命名方式，即T系列对应高强型及高强中模产品、MXXJ系列对应高强高模产品，本文亦默认采用此方式进行阐述。（二）历史复盘：新兴应用不断涌现，成本优化是当前矛盾性能优异，增长源于渗透率提高和下游产业规模扩张。CFRP本质是新兴事物，增长代表着对旧有材料的替代。从性能上看，碳纤维及CFRP性能最为优异，这是驱动其增长的直接动力。具体而言，除耐腐蚀耐高温等等优点外，高强度、高模量、小密度是碳纤维及其复合材料的突出特点。采用比强度、比模量（即强度、模量除以密度）衡量衡量不同材料力学性能并对比发现，碳纤维及其复合材料性能明显优于其他增强纤维及材料。例如，T800级碳纤维比强度为和比模量分别为S玻纤的1.5倍和11倍，T700/环氧树脂单向复合材料比强度和比模量分别为S玻纤/环氧树脂单向复合的1.5和3.5倍，是各类合金的8倍和4倍左右。需求牵引下，碳纤维始终保持高增长态势。过去因渗透率提高和下游产业稳步增长，全球碳纤维需求量从2005年的3.3万吨快速增长到2020年的10.7万吨，CAGR为8%且未见放缓态势。我们可以人为将需求结构划分为几个阶段：1960S-1980S主要需求源于航空航天领域，1980S-2010新需求源于体育、建筑等民用市场，2010S高速增长动力源于工业市场。细分下来，汽车领域的稳定渗透、风电和压力容器的快速发展和碳碳复材领域的新需求涌现是工业领域主要动力。性能优化带动渗透率提高难以期待，成本将是未来限制增长的主要瓶颈。渗透率提高的驱动力之一为性能优化，但是仅仅是入门级性能的T300-T800高强型碳纤维及复合材料仅在性能方面就足以应用于大多数场景，该类产品在1980S就研发成功并已实现稳定生产，更高性能的产品也基本在2010年左右研发成功，目前碳纤维产品在性能上优化空间有限，高性能产品带动的新需求也较为有限。二、下游需求：多应用驱动，短中长期需求确定性强中国碳纤维需求更高速增长，需求结构与全球差异大。2015-2020年之间中国碳纤维需求量的CAGR达到24%，而全球增速约8%。2020年中国碳纤维需求量达4.88万吨，全球占比约46%。但同时中国需求结构和全球表现出较大差异，在体育休闲、建筑等领域需求较大，而在航空航天领域需求较理论值小。中国民用（体育、建筑）领域碳纤维应用成熟，未来需求随下游规模产业稳步扩大而稳步增长，但工业领域在短期、中期、长期中分别有光伏、风电、氢燃料汽车的需求支撑，航空航天领域单位价值大，且国产大飞机也有望在长期视角下对需求起到有力支撑。（一）短期：近刚性需求，光伏扩产+渗透率提升与碳纤维增强树脂材料（CFRP）相比，碳碳复材（CFRC）除了具备高模高强低密度优点外，还具备耐高温的突出特点，在2000℃下仍能维持性能稳定，但同时制备复杂导致价格昂贵。最初CFRC主要应用于航空航天与国防领域，场景涵盖喷管、烧蚀放热器件、刹车装置等，单价高但用量少；后来拓展到民用领域，主要应用到单晶拉制炉、多晶铸锭炉热场系统部件中，包括坩埚，导流筒等。光伏硅棒制备热场材料是CFRC最大的应用场景，碳纤维对传统石墨材料的替代性强。在性能上，碳碳复材相比石墨材料具备耐压和抗弯刚度高、导热率低、耐热冲击性强、可设计性高等优点。据《碳纤维技术发展趋势及应用》，CFRC使用寿命为石墨材料的10倍左右，而价格仅为6-8倍（2018年数据），性价比较高，替代石墨确定性强。因此，CFRC在各领域综合渗透率从2010年的不到10%快速提高到60%左右。渗透率仍将稳步提升，下游产能快速扩张，短期光伏领域碳纤维需求有望翻倍：（1）渗透率稳步提升：在硅片降本的背景下，硅片生长设备大型化已成趋势，单晶硅拉制炉容量从2011年左右的16-20英寸热场快速发展到现在的32英寸热场。等静压石墨作为由石墨颗粒压制成型的脆性材料，已经在安全性方面不能适应大热场的使用要求，因此光伏单晶硅热场尺寸越大，替代率越高；（2）下游扩产持续进行，预计2021和2022年硅片新建产能规模将达到300GW，较2020年的66GW有扩产数倍。CFRC制品生产商金博股份及碳纤维供应商中复神鹰近两年平均营收增速均在100%以上，印证了宏观逻辑。此外，据《碳纤维技术发展趋势及应用》，热场材料是耗材性质，需求量随设备保有量及产量增加而增加，单台单晶炉年消耗量达到130kg，多晶铸锭炉年消耗量达270kg，因此预计需求爆发后将维持稳定。（二）中期：风电有望迎来拐点，需求跃迁式增长可期传统的风电叶片中，玻纤得到了广泛的应用，其占成本和重量的比重均达到50-70%。玻纤增强树脂基体复合材料（GFRP）在叶片中的存在形式主要包括两类：（1）充当梁帽材料，主要形式是单轴向（UD）纤维复合材料；（2）在抗剪腹板和壳板中，以多向轴向复合材料的形式充当外侧蒙皮材料。碳纤维在性能方面可实现对玻纤的完全替代，优势随大型化而递增。（1）性能：T300级纤维/环氧树脂复合材料和S玻纤/环氧树脂复合材料相比较，两者抗拉强度接近，但前者抗拉模量是后者的3-4倍，且密度低约30%。（2）大型化影响：随大型化风机出现共振、主梁帽层间失效、叶根疲劳失效、扭转变形严重等问题的概率也大增，CFRP高模量、高强度优势在此背景下尤为突出，碳纤维的优势更加突出。根据Gurit的数据，仅考虑材料成本时，采用碳纤维制作梁帽已经初步具备经济性。（1）纤维成本：CFRP密度为GFRP的30%，相同性能下可以做得更薄，进而使得碳纤维梁帽的重量仅为玻纤梁帽的25%-35%左右；（2）其他部件成本：由于叶片大大减重，机舱轴承等重量也可降重，进一步降低物料成本；（3）总体来看：采用预浸铺放和拉挤成型工艺制作碳纤维梁帽，相比于当前主流的RTM玻纤梁帽，叶片长50m情形下，叶片物料成本将分别增长7.54%和4.57%，整体成本分别增长0.53%和0.13%；叶片长度75m情况下，叶片物料成本将分别增长22.5%和16.86%，整体成本分别增长2.91%和2.05%，已初步具备经济性。目前主流的GFRP梁帽成型工艺为注射（Infusion）,CFRP的成型工艺包括预浸铺放

（Prepreg）和拉挤成型（Pultrusion）。拉挤成型工艺最大的优势在于自动化程度高、固定资产投资小等优势，使碳梁成本相较于预浸铺放工艺可降低50%以上，且能更好发挥碳纤维性能优势。根据STRUCTeam2018年的测算，叶片长80m情况下，相较于当前主流的玻纤注射成型碳梁，采用拉挤成型的碳梁可将叶片成本降低8%以上，加上风机其他部位减重、运输成本等，则碳纤维梁帽成本完全可低于玻纤梁帽。因此可以看到，2015年Vestas突破风机设计并将拉挤成型工艺应用到碳纤维梁帽后，碳纤维的需求量呈快速增长趋势。拉挤成型工艺以及专利问题：Vestas在2000年前后收购NEG/Miconera公司后获得了梁帽的碳纤维拉挤成型工艺专利，直到2010年才正式将之引入风电领域，此前无论碳纤还是玻纤均未采用此工艺。但推广仍然面临挑战，直到2015年Vestas对叶片设计进行了革新，把整体化成型的主梁主体受力部分拆分为高效、低成本、高质量的拉挤梁片标准件，然后把这些标准件一次组装整体成型。这样，采用拉挤成型工艺大规模生产梁帽成为了可能。但是拉挤成型工艺只能生产单轴向复合材料，类似风电蒙皮等多轴向复合材料仍需采用注射或预浸铺放等高成本工艺制作，同时这些部位并非主承力部分，因此这些部位采用碳纤维不具备经济性。其他厂商如GE、金风也少量应用CFRC生产梁帽，但由于专利问题仅能采用预浸铺放或注射工艺，成本高昂而难以大规模推广。20年专利期以及光威复材投资者调研纪要的验证表明，近年Vestas专利将过期，届时碳梁拉挤成型工艺有望被推广到全行业，带动碳纤维在风电领域的渗透。除了金风在碳纤维方面坚持探索外，2020年11月，远景能源与某供应商签订战略合作协议，双方将在风电叶片用低成本大丝束开发、碳纤维拉挤板和售电领域展开深入合作。基于国内外不同情况，我们采取不同的方式测算需求。国外厂商：除Vestas外，国外主要厂商有碳纤维应用经验且部分机型使用碳纤维，因此我们根据GWEC的数据以及历史经验假设每GW用量，预计2025年较当前需求翻倍；国内厂商：（1）需求特征：考虑到国内厂商在叶片设计和供应链重整方面的潜在成本，我们认为碳纤维在国内的渗透将从需求刚性的海上风电开始，技术成熟后渗透到陆上风电。同时，碳纤维的需求增长具备一定的跃迁性，即若某厂商完成相关应用验证，很可能将之大规模应用于产品中，但具体的应用份额和时间点难以确定。（2）测算思路：通过判断未来大型化趋势，判断潜在的完全渗透情况下的需求量，并给予不同的渗透率假设。我们认为，2025年国内厂商风电产品对碳纤维的潜在需求可达10万吨以上，若海风渗透率达到30%、陆风渗透率达到20%，对应风电碳纤维需求量超过4万吨。（三）长期：氢能产业链潜力大，储氢瓶有望带动碳纤维爆发传统及电动汽车对成本要求高，碳纤维缓慢稳步渗透。汽车是碳纤维的另一传统应用领域，相较于传统金属材料，碳纤维在大多数汽车零部件领域性能相对过剩，在目前成本下轻量化远不能带来经济性。以往市场所预期的新能源汽车轻量化需求并未爆发，主要源于更具经济性的铝合金材料的广泛应用。因此，碳纤维在汽车领域的应用总体上呈现出随CFGR成本下降、自高端车向低端车、自零部件向车身的缓慢渗透过程，2015-2020年汽车用碳纤维需求量的CAGR仅为6.2%，2020年需求量1.25万吨。氢燃料汽车性能优异，目前成本尚高。作为新能源汽车的另一大类，（氢）燃料汽车当前已有成熟的车型如丰田Maria投入运行。由于燃料的高能量密度和比能，其在续航里程和续能市场方面优于电动汽车而接近传统的燃油汽车。在成本方面，根据IICEC的数据，当前氢燃料汽车主流车型等购车成本为电动汽车的一倍左右，且受限于氢燃料的制作、运输以及加氢站的建设运营，燃料成本5倍于电动汽车，2倍于传统汽车，这是其普及的主要约束。长期来看，氢燃料汽车有望复制电动汽车成本下降的路径，并凭借性能优势而在汽车市场上占据一定份额。根据OFweek的数据，2018-2020年全球氢燃料汽车年均销量1万台，2021年全球销量1.6万台。根据全球主要国家的规划及IIECE的数据，2025年全球氢燃料汽车保有量或达40万台，2030年或达400万台，对应年均销量为7万台和70万台左右。中国2025和2030年规划分别为5和100万台，对应年均销量分别为1和20万台。刚需叠加大用量，长期中氢燃料汽车的储氢瓶有望带动碳纤维爆发。传统的高压容器市场主要由工业和医疗需求推动，产品形态为纯钢制金属瓶（Ⅰ型），尽管具备轻量化和高性能优势，但囿于成本劣势，高压容器市场对于碳纤维需求并不强烈，据东丽数据，全球该领域碳纤维2019年需求仅为4000吨左右。氢燃料汽车中，传统的Ⅰ型瓶工作压力在20MPa以下，且质量储氢密度仅为1%，不能满足车载需求，Ⅲ或Ⅳ型则为车载所必需。据CompositeWorld，一台小汽车搭载2个700bar氢气罐，对碳纤维需求量为75kg，一台大型汽车搭载4个350bar氢气罐，碳纤维用量为320kg。在2025年全球与中国氢燃料汽车销量为10与2万台的假设下，全球与中国碳纤维需求分别为20000和5000吨，较2020年需求翻倍。（四）航空航天：短期看新材料验证，长期看国产大飞机放量减重效益巨大，碳纤维在航空航天领域的需求确定性强。航空航天作业环境复杂、能耗成本高昂，因此对于高性能、低密度材料需求巨大，碳纤维符合这两点需求，其综合性能几乎为现存材料最佳，且密度仅为传统金属材料的20-50%，采用CFRP从技术和经济上都是划算的。例如，根据中简科技招股说明书的数据，采用1kgCFRP可替代约5kg钢材料或3kg铝合金材料，在大多数飞行设备中将分别带来2000和1000美元的效益，成本仅为1000美元以下。因此CFRP对于航空航天器材中传统材料的替代几乎仅存在技术上的难度，即是否能够将尽量多品类的CFRP应用到航空航天器材中，这需要时间的积累。到2019年全球航空航天对碳纤维的需求约为23500吨，商务飞机占其中的70%左右。中国航空产业链整体弱势，短期内碳纤维需求几乎仅来自军用航空以及航天。这方面的需求有两大特征：（1）客户对于价格不敏感，对于交付效率和质量敏感。例如同样工艺的T300-3K/6K小丝束碳纤维，军用价格达到3000元/kg，而民用飞机和航天结构价格仅为1000元/kg，这一定程度上源于高质量要求，也源于光威招股书披露的

“专线专用”造成的高成本。（2）高质量碳纤维进口受严格封锁，处于有价无市的局面。例如21世纪初，欧美的禁运导致市场上T300-3K的价格涨到8000元/公斤且有价无市，严重影响军机的生产。即使部分产品封锁力度小或可通过非正常渠道获取，但供应稳定性仍然具备威胁。因此军用航空及航天领域采取“一代材料、一代设计、一代需求”的战略，即国内厂商突破新产品实验室制备后，相关航空航天集团在新产品设计时将考虑新材料的应用，设计完成后向相关供应商发送需求函，并在后续进行陆续采购。这样，供给一定程度上决定了需求，并且需求具备稳定性。三、工艺与规模双壁垒，塑造价值链与供应格局（一）壁垒1：工艺壁垒+高CAPEX投资，生产过程高耗能碳纤维制备过程工艺难度大，首先表现在生产过程变量多。丙烯腈经过聚合、纺丝制成原丝的过程是核心：溶剂种类和配方万千，每个厂商均不同；聚合过程对温度和时间控制、乃至搅拌方法都有很高的要求；纺丝成型则是以宏观设备控制微观分子规整的过程。原丝的碳化过程对温度和气体控制要求高，这一方面对于优质设备

（氧化炉、碳化炉）及相应工艺提出了要求，另一方面也消耗大量电力。工业化生产中，工序的连续性和稳定性为碳纤维制造再添壁垒。前者是指工艺之间环环相扣，某个工艺细节出现问题则必将影响整体产品性能；后者是因为千吨级产量对于设备和环境都提出了更高的稳定性要求。高固定资产投资和生产过程高耗能是行业典型特征，折旧和水电气成本占比高。根据吉林碳谷等公司数据，一条4000吨原丝和2000吨碳纤维生产线的投资分别为3亿、2亿元左右；另一方面，生产过程将耗费大量水、电、蒸汽等。（1）吉林碳谷（20000吨产能）原丝生产阶段直接成本（主要是丙烯腈）占比55-65%，折旧费用占比10-20%，水电气占比15-25%，普通千吨产能直接成本占比很可能下降到50%以下；（2）总体来看，中复神鹰7000吨原丝+3500吨碳化满产产能状态下，直接材料、水电气、折旧、人工分别占成本比重为32%、30%、23%、14%；（3）据此可粗略计算碳化阶段直接成本占比亦在50%以下，水电气占比30%左右，折旧费用20%左右。部分厂商因此而选择能源成本低的地方建立产能以节约成本，例如Zoltek本部位于美国，但全部产能均位于匈牙利和墨西哥；国内厂商如中复神鹰和光威复材的新一轮扩产也分别选址于电价较低的西宁和包头。生产特征塑造碳纤维产业的价值链。以T700-12K碳纤维产品及其复合材料制品为例，1.3kg原丝可制成0.65kg碳纤维，然后掺杂杂树脂制成1lg复合材料，原丝及碳纤维制备过程中原材料成本占比仅50%，复合材料制备中材料成本占比25%，设备折旧和水电气贡献了余下40%以上的直接成本。生产规模对成本结构也有较大影响。（二）壁垒2：规模效应显著，塑造价格体系高投资高耗能背景下，规模效应是行业另一壁垒。（1）静态来看，规模效应表现为高产能的产线单位生产成本更低，据测算，1000吨碳纤维产线（含3000吨/年原丝配套产线）和100吨/年碳纤维产线（含250吨/年原丝配套产线）相比，单位生产成本可降低24%；（2）动态来看，产能爬坡对于企业毛利率的改善明显。以光威集团和中复神鹰为例，在总产能和产品结构没有发生较大变化时，产能利用率每提升20%，相应单位成本下降10%以上，产能利用率提升40%，则单位成本下降约25%（已考虑直接成本的波动）。可以得出三个推论：（1）相同产能利用率下，千吨级厂商对百吨级厂商具备25%左右的成本优势，体现出越大越强的特征；（2）厂商可通过改善工艺流程，提高生产效率，以扩大产能并降低成本：例如聚合、氧化、碳化等各环节均有优化空间。需要注意的是，纺丝技术中湿法纺丝和干喷湿纺技术效率差异大，前者纺丝速度约为100m/h，后者则可达到300-500m/h，效率相差巨大；（3）需求是营收和盈利的必要条件：根据上述分析，千吨级产线产能利用率55%是盈亏分界点，例如中复神鹰2016年销售量2000吨（57%产能利用率）时才扭亏为盈，而产能释放的牵引在于需求。此外，工艺和规模效应同时解释了碳纤维的价格体系。（1）同一性能的产品，大丝束生产成本和价格较低，源于大丝束单位时间生产效率（吨/小时）更高，相当于扩大了产能，例如民用T300-3K较T300-48K单位生产成本高100%左右；（2）同一丝束规格下，性能越高则工艺难度越大，成本接近而价格有所差异，例如T700-12K和T700S-12K成本接近而价格相差30%左右；（3）极端情况下，例如军用T300-3K价格可高达数千元，主要由于生产规模和工艺难度的双重加成。（三）竞争格局：工艺+规模双重壁垒，塑造高集中度工艺壁垒下，产品的拓展和产业化是生产厂商首要面对的难题。对于一种产品，实验室生产、十吨级中试线生产和千吨级产业化之间有较多的差异和困难需要攻克，尤其是工业化产品从实验室走向千吨级生产或耗时3-5年时间；另一方面，不同性能的产品工艺都有所不同，经验的复制性较差，新产品的研发亦可耗时数年。规模壁垒下，后发厂商面临两难抉择。由于产能劣势，后发厂商成本劣于先发厂商，进而难以在市场竞争中释放产能，长期处于亏损。如果扩产，则需数亿乃至数十亿的投资压力；如果不扩产，则无法实现产业化以实现成本下降和充分参与市场竞争。全球供应格局集中，国产厂商较为落后。工艺规模双壁垒，使得全球产能集中在20家左右的供应商手中，小丝束CR10达到80%；48K以上的大丝束的稳定低成本生产工艺更难，市场几乎被卓尔泰克（被东丽收购）和SGL垄断。实际供应较产能更为集中。因为国外厂商如东丽早在2000年初即实现了T300-T700产品工艺和产业的突破，成为先行者，垄断全球市场。而中国厂商的产业化在2010年起步，2015年兴起，2020年平均产能利用率仅为50%左右，海外厂商平均产能利用率为65%，差距较大。四、技术突破与需求支撑，迎来新一轮扩产浪潮国内碳纤维厂商主要分为三类：以中简科技为代表的航空航天级产品生产厂商，以中复神鹰为代表的民用小丝束产品生产厂商，吉林系为代表的大丝束工业用产品生产厂商。各领域头部厂商近年来相继实现了领域内关键技术的突破，头部厂商更是实现满产，引领了新一轮扩产浪潮。（一）技术突破：高性能、干喷湿纺、大丝束关键技术陆续突破航空航天类高性能产品：中简、光威稳步推进产品突破。在军方稳定需求的支撑下，中简科技和光威复材产能不断释放，毛利率不断提高，产品突破稳步进行中。（1）高强型产品：当前中简科技和光威复材分别可稳定量产T700S-3K和T300-3K，用于军用航空领域，两者的T800-12K产品也基本通过验证，预计短期内可实现产业化。中简已初步突破T1000级产品，而T1100级产品仅有东丽在2014年研制成功。（2）高模型产品：两者的M40J-M55J产品需2-3年验证期，产能在建设中，预计4年左右可量产。民用/工业用小丝束产品：干喷湿纺工艺是降成本与提高竞争力的核心。从原液到纺丝过程主要有两类工艺：湿喷湿纺与干喷湿纺，区别在于前者喷丝孔置于凝固液中，后者置于空气中。这导致两种工艺各方面区别较大，一方面在于干喷湿纺工艺纺速是湿喷湿纺工艺的4-8倍，这提高了生产率，进而降低成本；另一方面干喷湿纺技术纺丝可在空气层中形成一层致密的薄层，纺出的纤维致密性好，体密度较高。干喷湿纺是新工艺。海外厂商中仅东丽采用该工艺生产T700、T800、T1000产品。而中复神鹰在2013年突破工艺，可稳定生产T300-T700S产品，并于2015年实现率先盈亏平衡，后建成3500吨稳定运行产能，于2020年前后满产；据投资者调研纪要，光威复材亦2020年底建成T700S、T800S-12K的2000吨/年的产线，目前正处于工艺调试阶段，预计2022年初可投产。干喷湿纺工艺使得国内民用小丝束厂商具备成本竞争力。以中复神鹰为例，过去三年平均售价较销售结构相近的日本厂商低35%左右，接近有成本优势的大丝束厂商Zoltek。就国内来说，江苏某厂商2020年销售均价约149元/kg，成本约136元/kg，产能利用率73%，假设满产时毛利率可达30%，则成本为104元/kg，较中复神鹰的79元/kg高30%左右，由此可见干喷湿纺工艺的降成本效果。大丝束产品：吉林系整合行业产能，依托碳谷原丝平台，有望引领全行业技术发展。2018年以前，国内具备48K产品基本生产能力的厂商仅蓝星碳纤维一家；2020年左右吉林碳谷突破48K稳定生产工艺，并在2021年H1实现1667吨生产；而上海石化在2018年宣称突破工艺，并于2021年1月启动产线建造。吉林碳谷属于吉林国资委控股，为碳纤维原丝专业生产商，主要客户包括同一控制下的吉林化纤含子公司吉林美凯克、吉林国兴（原方大江城）、碳谷复合材料，统称为吉林系。吉林系通过入股吉林宝旌，与宝旌系有了股权上的联系，进而形成深厚的合作关系，后者原为精功集团控股，2020年12月股权转让到宝武炭材旗下，包括浙江精业、浙江宝旌、绍兴宝旌、吉林宝旌等碳纤维生产企业。因此，吉林碳谷生产原丝，并供应吉林系、宝旌系、方大系碳化厂的产业布局基本显露头角，后三者占吉林碳谷营收比60-80%左右。当前吉林碳谷已有、在建、拟建柔性产能分别达2.5、2、10万吨，同时吉林碳谷实现了千吨级大丝束原丝的稳定生产，在需求牵引下有望实现万吨级生产，发挥规模效应并进一步降低成本，进而带动行业发展。（二）需求有望爆发，下游扩产较为激进航空航天：需求确定性强，稳步增长，厂商扩产节奏稳定。在国外封锁背景下，高性能产品具备供给决定需求的特征，形成“一代产品、一代应用、稳定需求”的周期，即厂商开发出新产品后，下游客户将之应用于新设备的结构件并加以验证，通过验证后后新产品将被应用于后续一系列设备，需求通过订单形式稳步释放。当前来看，中简和光威新一代产品扩产进行中，需求尚未释放，则未来3-5年或无新产能扩建。民用/工业用小丝束：海外供给受限，叠加强劲需求，国产厂商迎来最好发展机遇。2018年以后，以碳碳复材为代表的工业领域需求剧增，日本自2020年8月起加大碳纤维对华销售的限制，这进一步扩大需求缺口。国内厂商整体产能利用率从2018年的30%快速提升到2020年的50%，接近盈亏平衡线，而以中复神鹰为代表的厂商在2021年H1基本满产，同时碳纤维产品涨价20%左右，厂商毛利率提升明显。目前，仅中复神鹰明确在西宁扩产10000吨，若需求持续，其他厂商有望启动新一轮扩产。民用/工业用大丝束：风电需求带动扩产。据光威复材投资者调研纪要，其占Vestas碳梁供应的20-30%，2020年碳纤维需求量为6000吨左右。在此背景下，公司和Vestas合资在包头建设10000吨大丝束（24K、36K、48K）产能（含配套原丝），首批4000吨预计2022年中投产，这部分产能需求有较大可能得到保障，第二期及第三期6000吨产能预计2025年投产。随着Vestas专利到期，国内厂商也纷纷加紧相关工艺研发和供应链布局。据吉林碳谷招股书及问询函回复，随着近年风电叶片市场需求增加，远景能源在风电叶片用低成本大丝束开发、碳纤维拉挤板和售电领域展开研究；2020年宏发系列（原风电玻纤供应商）开始准备进军碳纤维碳化业务，并直接向上游企业吉林碳谷采购碳纤维原丝产品。我们统计了国内主要企业当前已经公布的扩产规划，吉林化纤、新疆隆炬、宝旌等国内企业2025年累计碳纤维产能规划是26.9万吨，考虑到当前已有的产能，十四五期间累计新增产能约23.35万吨。五、下游扩产、设备先行，兼具确定性与爆发力（一）碳纤维设备：与工艺结合紧密，非标与关联采购常见碳纤维各工段生产设备众多，价值量及用量和产能、工艺、产品性能息息相关。根据吉林碳谷及中复神鹰招股书，我们构建了碳纤维的设备价值链：6000吨/年（按12K计算产能）湿法原丝生产线设备投资4-5亿元。其中含1-2条聚合线、4条1500吨纺丝线、1条后处理线以及公共系统。聚合釜为聚合线核心设备，单价约700万元；纺丝线为纺丝核心设备，含喷丝头、凝固浴等，单价约5000万元每1500吨，价值占比50%左右；收丝机为后处理设备，价值及用量与产量线性相关，6000吨原丝产线用量30台左右，总价值约2300万元。3500吨/年（按12K计算产能）T300-T800级产品的碳化线设备投资约3亿元：含多台收丝、放丝、驱动设备，以及核心的氧化炉和高低温碳化炉，其中氧化炉约10台，总价值量2亿元左右；高低温碳化炉各一台，单价分别为2000万、1300万左右。值得注意的是，高性能级产品碳化线设备价值量明显更高，例如光威复材1000吨/年

（12K计算产能）军用T300-3K产品氧化、碳化工段设备价值量分别为1.35和0.97亿元左右。产能相差3倍而价值量接近，主要系高性能产品对设备质量及用量要求更高，普通产品只需三段氧化两段碳化，高性能产品可能经5段氧化及多段碳化。而高模高强产品如M55J则需要石墨化炉，设备要求和价值更加高昂。设备和工艺联系紧密，非标与关联采购特征明显。碳纤维产品生产工艺繁杂多样，导致了设备采购的两大特征：（1）设备不具备通用性。例如不同配方的原液粘度不同，纺丝线和牵伸机设计就会有差别，氧化炉碳化炉数量和温度控制也有差别。因此有实力的碳纤维厂家往往会自主设计生产线以保证生产稳定性和质量，而无实力的厂商则依赖设备商提供整条产线，一些国内厂家引进国外非禁运设备，但缺乏团队对技术参数和性能指标消化能力；（2）设备关联采购：非标特性使得有实力的公司设备供应商合作设计，并参与了前期设计、期间设备生产及后端安装、调试等全流程。因此，碳纤维厂商倾向于选择向同一集团下属工程公司采购，以防止技术外泄并保证协同性。典型的如中简科技、HYPE