碳纤维行业市场前景及投资研究报告新兴领域需求航空航天领域需求复苏

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AsiaResearch化工全球系列报告之十五碳纤维深度报告：新兴领域需求爆发，航空航天领域需求静待复苏EmergingField

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forRecovery2022年11月6日投资要点

碳纤维是一种轻质高强度高模量的新型材料。碳纤维是一种含碳量在90%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。它的单丝直径通常只有5到10微米，相当于一根头发丝的十到十二分之一，强度却在铝合金4倍以上。400kg普通钢所能达到的强度，碳纤维仅需160kg即可到达，减重可达60%。此外，碳纤维还具有耐高温、抗摩擦、导热及耐腐蚀等特性，很受现代工业的欢迎。碳纤维的制备流程长且复杂，其中的原丝制备、预氧化等环节均对工艺提出了较高的要求，具有一定的技术壁垒。

全球碳纤维需求持续增长，多领域应用全面开花。2021年全球碳纤维需求总量11.8万吨，同比2020年增长10.4%，2008-2021年均复合增长率9.5%。碳纤维在多个工业领域均有应用，其中2021年需求量最多的四个领域为风电叶片3.3万吨，占比28.0%；体育休闲1.9万吨，占比15.7%；航空航天1.7万吨，占比14.0%；压力容器1.1万吨，占比9.3%。按增速来看，四个领域中增长较快的是压力容器和体育休闲，需求量同比2020年分比增加了25.0%和20.1%。此外，风电叶片需求增加了7.8%，航空航天增加了0.3%。单价方面，航空航天领域是其他各领域平均售价的3倍左右。

航空航天领域依然是碳纤维销售额最多的下游市场。尽管受疫情影响，航空航天领域对碳纤维的需求量有所萎缩，但2021年航空航天领域依然是碳纤维销售额最多的下游市场。2021年航空航天领域碳纤维销售额11.9亿美元，占比34.9%，同比2020年增加20.4%。按细分领域来看，商用飞机、无人机、军用飞机是需求最多的市场。尽管我们预计商用飞机对碳纤维需求的大规模恢复可能要到2025年，但无人机及军用飞机对碳纤维的需求可起到很好的支撑作用。

风电叶片由于工艺进步而对碳纤维需求大量增加。由于风电巨头VESTAS在风电叶片大梁结构的创新设计使得碳纤维以较低成本在风电叶片上的应用成为可能，风电业自2015年对碳纤维的需求量大为增加。考虑到碳纤维风电叶片相对于玻璃纤维叶片的优势，叠加VESTAS专利于今年7月到期的影响，预期风电对碳纤维的需求会进一步增加。

碳纤维在压力容器成本中的占比不断提高。氢能源车由于相对于电动车的一些优势依然受到各国的重视，预期市场规模将快速增长。加之碳纤维在成本中的占比随着车载储氢罐性能的提高而不断上升，压力容器业有望成为对碳纤维需求增长最快的领域。

疫情对体育休闲业碳纤维需求的增长速度有推动作用。由于疫情限制了人们外出旅游，体育休闲成为了替代手段。2021年体育休闲对碳纤维的需求量同比增长了20.1%，相对于2020年的2.7%大为提高。随着疫情的缓解，体育休闲对碳纤维的需求增长将重回平稳。预期2025年需求量2.2万吨，年均复合增长率5%。

重点公司。国际公司有能力提供各种类型的碳纤维，东丽公司的产品更是被视作行业标准。目前国际公司正为航空业需求复苏做准备并积极关注新兴需求增长领域，建议关注碳纤维领军企业东丽。国内公司建议关注碳纤维龙头中复神鹰、中简科技、光威复材，风电碳纤维龙头吉林化纤以及原丝龙头吉林碳谷。Forfulldisclosure

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2相关报告

《东丽工业

(3402

JP):

碳纤维系列报告，碳纤维龙头，航空业减亏，风电、压力容器高速增长》

《帝人(3401

JP)：碳纤维业务的恢复依然需要时间》

《吉林化纤

(000420

CH)：加速发展碳纤维产业，实现转型升级》

《中复神鹰

(688295

CH)：公司前三季度净利润大幅增长，扩产碳纤维强化竞争优势》

《光威复材

(300699

CH)：碳纤维龙头企业，军品民品齐发力》

《中简科技

(300777

CH)：柔性千吨生产线投产，定位中高端应用场景》

《台塑

(1301

TT)：台湾塑胶龙头企业，短期业绩受压于低油价》Forfulldisclosure

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3概要1.

碳纤维是一种轻质高强度高模量的新型材料2.

全球碳纤维需求持续增长，重点关注航空航天、风电、压力容器等领域3.

重点公司Forfulldisclosure

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41.1碳纤维：一种高强度高模量的新型材料

碳纤维是一种含碳量在90%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。它的单丝直径通常只有5到10微米，相当于一根头发丝的十到十二分之一，强度却在铝合金4倍以上，并且具有耐高温、抗摩擦、导热及耐腐蚀等特性。由于其具有碳材料的固有本征特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维，这也使其在航空航天、风电、压力容器及体育运动制品中很受欢迎。碳纤维由于其密度较小，因此比强度和比模量比较高，通过与树脂、金属、陶瓷及炭等复合，可制造各种先进复合材料。碳纤维增强环氧树脂复合材料，其比强度及比模量在现有工程材料中是最高的。图：碳纤维材料数据：前瞻产业研究院，国际Forfulldisclosure

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51.1碳纤维：一种高强度高模量的新型材料

碳纤维是由有机纤维经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维的微观结构类似人造石墨，属于多晶乱层石墨结构。与石墨结构的差别在于它的原子层面之间发生了不规则的平移与转动，其六元网状共价键结合在一起的原子层基本上平行于纤维轴排列，所以一般认为碳纤维是由沿着纤维轴高度取向的乱层石墨结构组成，致使其具有很高的轴向拉伸模量。石墨层状结构具有显著的各项异性，使其物性也呈现出各项异性。图：石墨结构图：碳纤维结构d:晶体晶格中相邻两个晶面的面间距；Lc:

微晶层面c轴方向的堆叠厚度数据：吉林省政府发展研究中心，国际Forfulldisclosure

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61.1碳纤维：一种高强度高模量的新型材料

碳纤维的制作过程通常包括碳化过程及石墨化过程。碳化过程是指有机化合物（例如PAN）在惰性气体中加热到1000~1500℃时，所有非碳原子（氮、氢、氧等）将逐步被驱除，碳含量逐步增加，随着非碳原子的排除，固相间发生一系列脱氢、环化、交链和缩聚等化学反应，形成碳纤维。在1500~2000度范围内加热的碳表现出最高的拉伸强度（5650MPa或820,000psi）。如果想得到更高弹性模量的碳纤维，则需要经过石墨化过程。石墨化过程是指将温度继续升高到2000~3000℃时，残留的非碳原子继续排除，进一步反应形成的芳环平面逐步增加，排列也较规整，取向性显著提高，并由二维乱层向三维有序结构转化，其弹性模量将大大提高（531GPa或

77,000,000

psi）。图：碳纤维的三维结构C:

碳纤维内核结构，较低的取向度D:内部缺陷，如孔洞、石墨片层的不规则堆积G:

苯环结构组成的石墨片层H:

高度有序的表面层S:堆积的石墨片层数据：JISDOM，国际Forfulldisclosure

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71.2碳纤维的物理特性：强抗拉力、柔软可加工、纤度好

碳纤维拉伸强度约为2到7GPa，拉伸模量约为200到700GPa，密度约为1.5到2.0克每立方厘米，在所有高性能纤维中具有最高的比强度和比模量。想要达到400公斤普通钢的强度，需要优质钢320公斤，铝合金240公斤，使用镁合金的话则需要200公斤，而使用碳纤维则仅需160公斤，材料减重效果显著。而通过与各种材料在弹性模量、拉伸强度等参数方面的对比，可以看出碳纤维相对于其他材料在力学性能上的巨大优势。此外，碳纤维还具有柔软可加工、纤度好（一般仅约为19克）等特点。图：碳纤维和金属材料性能对比表：碳纤维和轻量化材料力学性能对比弹性模量抗拉强度密度比模量比强度Mpa(g/cm3)材料种类GpaMpag/cm3

Gpa/(g/cm3)45号钢210726004207.852.8272676151铝合金钛合金1174510002204.526222镁合金1.825123ABS塑料玻璃纤维T300碳纤维T700碳纤维T800碳纤维23401.042.541.761.823408628003530490054903411022006272230332302302941311281621.81数据：碳纤维及其应用、吉林省政府发展研究中心，国际Forfulldisclosure

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81.3碳纤维的化学特性：对一般酸碱均显惰性

碳纤维的化学性质与碳相似，它除能被强氧化剂氧化外，对一般的有机溶剂、酸、碱都具有良好的耐腐蚀性，不溶不胀，耐蚀性出类拔萃，完全不存在生锈的问题。有学者在1981年将PAN基碳纤维浸泡在强碱氢氧化钠溶液中，时间已过去30多年，它仍保持纤维形态。由于碳纤维的电动势为正值，而铝合金的电动势为负值，当碳纤维复合材料与与铝合金组合应用时会发生金属碳化、渗碳及电化学腐蚀现象，因此碳纤维在使用前须进行表面处理。碳纤维还有耐油、抗辐射、抗放射、吸收有毒气体和减速中子等特性

。图：耐腐蚀碳纤维抽油杆数据：博实碳纤维，国际Forfulldisclosure

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91.4碳纤维的分类：按照产品规格可分为小丝束和大丝束

碳纤维按产品规格的不同被划分为小丝束和大丝束。碳纤维大丝束和小丝束划分的根本于碳纤维原丝数量，如1K、3K、6K、12K、24K和48K等，K就是千的意思。一簇碳纤维丝束，可以包含成千上万根的碳纤维原丝。原丝数量越多，丝束越大，反之越小，大小丝束就此划分。一般来说，小丝束碳纤维是指原丝数量每簇不超过24,000根的碳纤维，目前主要用于要求高性能和高质量的高端应用场景，如航空航天，是最早工业量产的碳纤维；大丝束碳纤维一般指丝束在48,000根以上的碳纤维，成本及售价相对于小丝束均较低，适用于对成本比较敏感的领域，如风电、压力容器等。种类定义特征应用示例小丝束碳纤维使用专门为碳纤维设

原丝数24,000根以下；计的设备和制造技术

出于对高性能的考虑，制造的高性能碳纤维

对缺陷控制及均匀化的要求较高；成本相对较高大丝束碳纤维可以转用生产服装用腈纶的设备；通过简单的烧结设施生产的低成本碳纤维原丝数约48,000根以上；性能较为普通；成本相对较低数据：东丽，国际Forfulldisclosure

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101.4碳纤维的分类：按照原丝类型可分为PAN基、沥青基和粘胶基

碳纤维按照原丝类型的不同可以分为PAN（聚丙烯腈）基碳纤维、沥青基碳纤维和粘胶基碳纤维。其中PAN基碳纤维由于高碳产率和优越的性能，目前产量约占全球碳纤维总产量的90%以上。沥青基原丝由从石油沥青、煤焦油或聚氯乙烯中提取的多环芳烃制成。由于原料比较丰富，沥青基碳纤维成本较PAN基具有一定的优势，然而由于其原材料调制复杂且产品的性能较低，目前产量份额不足10%。粘胶基原丝是制造碳纤维最古老的原料之一，但因为粘胶基原丝碳纤维转化率较低且由于拉伸石墨化的额外成本而导致成本较高，目前已被边缘化，产量份额约为1%。表：基于不同原丝的碳纤维对比图：三种碳纤维产量占比分类原丝碳纤维转化率优势劣势应用现状沥青基,8%成品品质优异，工艺较简单，产品力学性能优良粘胶基,1%已经成为碳纤维主流PAN（聚丙烯腈）基40%-50%-原料富，碳化收率高丰原料调制复杂，产品性能较低沥青基粘胶基约80%目前规模较小碳化收率低，技术难度大，设备复杂，成本高主要用于耐烧蚀材料及隔热材料10%-30%高耐温性PAN基,

91%数据：光威复材招股书，新材料在线、国际Forfulldisclosure

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111.5

PAN基碳纤维制造工艺：从原油到应用

碳纤维产业链上游属于石油化工行业，主要通过原油炼制、裂解、氨氧化等工序获得丙烯腈；碳纤维企业通过对以丙烯腈为主的原材料进行聚合反应生成聚丙烯腈，再以其纺丝获得聚丙烯腈原丝，继而经过氧化炉、碳化炉、石墨化炉、表面处理、上浆等工艺，将以聚丙烯腈结构为主的原丝经过碳化等工艺变为以石墨纤维结构为主的碳纤维，最后通过对碳纤维和高质量树脂的加工获得满足应用需求的碳纤维复合材料。图：碳纤维产业链数据：复材应用技术、国际Forfulldisclosure

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121.5

PAN基碳纤维制造工艺：原丝制备是重点也是难点

碳纤维制备过程中的PAN原丝的性能对碳纤维成品性能有决定性影响。原丝生产过程中，工艺细节的把控或者材料配比的微小差异均可能会使原丝出现空隙、毛丝、丝线不均一等问题。这些问题并不会在后续预氧化及碳化过程中消失，而是会被成品碳纤维继承下来，从而导致各段碳纤维的均一性出现问题，造成碳纤维的拉伸强度不足。因此性能优异的PAN原丝是制备高性能碳纤维的先决条件。图：原丝工艺流程数据：复材应用技术、国际Forfulldisclosure

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131.5PAN基碳纤维制造工艺：原丝制备包括聚合及纺丝两个关键环节

聚合是指将丙烯晴单体聚合成纺丝液，按聚合工艺不同可分为一步法和两步法。一步法又称“均相溶液聚合法”，其所用溶剂既能溶解单体，又能溶解生成的聚合物，因此所获得的PAN纺丝原液经过脱单脱泡后可直接用作纺丝；两步法又称“水相沉淀聚合法”，其先以水为溶剂，只能溶解单体而不能溶解产生的聚合物，然后再用其他溶剂在纺丝前将聚合物溶解成纺丝液。一步法常用的溶剂有DMSO、DMF、DMAC、NaSCN、ZnCl2，两步法常用的溶剂有DMSO、DMF、DMAC。目前小丝束主要使用一步法，而大丝束多采用两步法。表：主要公司聚合环节技术路线及所用溶剂厂商技术路线一步法溶剂ZnCl2帝人东邦日本东丽三菱丽阳赫氏一步法DMSO一步法/两步法两步法DMF/DMACNaSCN陶氏两步法DMAC数据：吉林省政府发展研究中心、国际Forfulldisclosure

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141.5PAN基碳纤维制造工艺：原丝制备包括聚合及纺丝两个关键环节

纺丝是指将PAN纺丝原液经过喷丝、凝固、成型等工艺制成原丝，目前主流工艺有湿法纺丝及干喷湿纺两种。湿法纺丝是指纺丝原液从喷头喷出后，直接进入凝固液中；而干喷湿纺则是原液在喷出后，先经过一段空气层，然后再进入凝固液。干喷湿纺纺丝速度较快，且产生的原丝缺陷较少，主要用来生产小丝束碳纤维原丝。然而由于干喷湿纺生产的原丝的单锭线密度较低，无法实现大产能，因此生产大丝束碳纤维原丝时一般使用湿法纺丝。图：湿法纺丝示意图图：干喷湿纺示意图数据：吉林省政府发展研究中心、国际Forfulldisclosure

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151.5PAN基碳纤维制造工艺：原丝到碳纤维主要包括预氧化、碳化及表面处理及上浆三个环节

从原丝到碳纤维可以概括为逐步降低其他元素含量，提高含碳量的过程。首先为了提高原丝的强度和耐磨性，将原丝进行退丝处理，之后进行预氧化以得到耐热性比较高的预氧丝为接下来的碳化过程做准备。碳化可分为低温碳化和高温碳化两部分。低温碳化可得到一般碳纤维，如果想得到高模量的碳纤维（也称“石墨纤维”），则需要进行高温碳化。最后将得到的碳纤维进行表面处理、上浆及干燥即可得到碳纤维产品。图：原丝到碳纤维流程图数据：碳纤维生产技术、国际Forfulldisclosure

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161.5PAN基碳纤维制造工艺：原丝到碳纤维主要包括预氧化、碳化及表面处理及上浆三个环节

预氧化处理是碳纤维制备流程中耗时最长的一道工序，氧化炉温度范围为392°F至572°F（200°C至300°C）。该过程将空气中的氧气分子与PAN纤维结合在一起，并使聚合物链开始交联，这会使纤维密度从〜1.18g/cc增加到高达1.38g/cc。为了避免PAN纤维放热失控（氧化过程中释放的总放热能量估计为2,000kJ/kg，会造成火灾隐患），预氧化炉制造商使用多种气流设计来帮助散热和控制温度。氧化时间会根据前驱体纤维的化学反应而变化，通常而言需要60到120分钟的时间，每条生产线需要4到6个烘箱，烘箱堆叠起来可以提供两个加热区。氧化后的PAN纤维包含约50％至65％的碳分子，其余部分为氢、氮和氧的混合物。图：原丝预氧化数据：碳纤维生产技术、国际Forfulldisclosure

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171.5PAN基碳纤维制造工艺：原丝到碳纤维主要包括预氧化、碳化及表面处理及上浆三个环节

碳化反应在专门设计炭化炉内进行，并且需要惰性（无氧）气氛保护。在没有氧气的情况下，只有非碳分子包括氰化氢和其他VOC（稳定期间以40至80

ppm的浓度生成）和微粒被除去，并从高温炉内排出，随后在环境控制的焚化炉中进行后处理。在碳化过程中必须施加一定牵伸张力，从而可以优化碳分子的结晶，以生产出含碳量超过90％的碳纤维。碳纤维与高模碳纤维（又称“石墨纤维”）区别在于，前者是在约1315°C/2400°F下碳化的纤维，其碳含量为93％至95％，而后者在1900-2480°C（3450-4500°F）时被石墨化，碳元素含量超过99％。高模量和超高模量碳纤维成本相对较高的部分原因是停留时间的长短和高温炉中必须达到的温度。预氧化处理时间以小时为单位，但碳化时间要短一个数量级，以分钟为单位。纤维经过碳化后，重量会显著下降，并使直径缩小。图：碳化示意图数据：Carbon-Carbon

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Composites、国际Forfulldisclosure

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181.5PAN基碳纤维制造工艺：原丝到碳纤维主要包括预氧化、碳化及表面处理及上浆三个环节

基体树脂和碳纤维之间的粘合性对于增强复合材料至关重要，而在制造碳纤维的过程中，表面处理目的是增强这种粘合性。生产商会采用不同的处理方法，处理后纤维表面活性增加，从而提高可用于界面纤维/基体粘结的表面积，并添加反应性化学基团如羧基等。随后的工序是上浆处理，一般上浆剂占碳纤维重量的0.5％至5％，可在处理和加工（例如编织）过程中保护碳纤维成为中间产品。上浆还可以将细丝束缚在各个丝束中，以减少起毛，提高可加工性并增加纤维与基体树脂之间的界面剪切强度。上浆干燥结束后，漫长的碳纤维制备过程就完成了，单个的丝束分离出来然后缠绕到筒管上。图：表面处理及上浆数据：碳纤维生产技术、国际Forfulldisclosure

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191.6碳纤维生产工艺的技术要点：原丝制备、缺陷控制、预氧化等均很重要

实现原丝高纯化、高强化、致密化以及表面光洁无暇是制备高性能碳纤维的首要任务。碳纤维系统工程需从原丝的聚合单体开始。原丝质量既决定了碳纤维的性质，又制约其生产成本。优质PAN原丝是制造高性能碳纤维的首要必备条件。

杂质缺陷最少化是提高碳纤维拉伸强度的根本措施。杂质和缺陷在很大程度上会影响原丝的一致性，对碳纤维强度影响很大。在某种意义上说，提高强度的过程实质上就是减少、减小缺陷的过程。

预氧化处理是碳纤维制备流程中耗时最长的一道工序。在预氧化过程中，通常而言需要维持氧化炉温度200°C至300°C一到两个小时。目前碳纤维产品竞争的核心已经从性能开始向成本转移。如何在保证均质化的前提下，尽可能缩短预氧化时间以降低生产成本，是技术进步的一个重要方向。

高温技术和高温设备以及相关的重要构件的研究也很重要。高温炭化温度一般需要1300到1800℃，石墨化一般需要2500到3000℃。在如此高的温度下操作，既要连续运行、又要提高设备的使用寿命，所以研究新一代高温技术和高温设备就显得格外重要。如在惰性气体保护、无氧状态下进行的微波、等离子和感应加热等技术。数据：碳纤维及其应用，国际Forfulldisclosure

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201.7碳纤维的应用领域：小丝束主要用于航空航天，大丝束用于一般工业

小丝束碳纤维的抗拉强度较为稳定，离散型较小，变异系数控制在5%以下，这是因为胶液的渗透更到位。而大丝束碳纤维的变异系数在15-18%左右，离散型更好，但综合性能稳定程度较低。这是因为丝束越大，聚集越容易，但同时展纱效果也就越差，浸润胶液的效果也就越差，加上单丝中容易发生空隙等问题，导致大丝束碳纤维的性能目前不如小丝束。因此小丝束目前在对性能及稳定性要求较高的领域，如航空航天中应用较广，而大丝束则主要应用于对成本较为敏感的一般工业领域。表：各领域对碳纤维性能的要求应用领域强度Gpa丝束类型类比等级相关公司东丽、帝人、三菱化学、赫氏

主要结构件要求在T700以上的弹体整流罩、复合支备注飞机>3.5小丝束/中小丝束T300/T700/T800如军工>3.5小丝束/中小丝束T300以上东丽、赫氏架、仪器舱、诱饵舱和发射筒等主次承力结构部件等如宝马i3的乘员座舱和燃料汽车的储氢罐等汽车风电>3.5>3.5小丝束-大丝束T300-T700东丽、帝人、三菱化学、赫氏东丽、三菱化学风电叶片的于樑帽、叶根、叶尖、蒙皮及梁等大丝束T300以上开始由轨道列车的内饰、车内装备等向车体、构架等扩展轨道交通>3.5大丝束T300以上东丽、三菱化学、帝人、赫氏东丽、三菱化学、帝人、赫氏如桥梁的悬索以及水泥增强材料建筑体育>3.5>3.5小丝束-大丝束小丝束-大丝束T300以上T300以上高尔夫球杆、钓鱼竿、自行车东丽、帝人、三菱化学、赫氏

等，采用大丝束的比例正随着大丝束性能的提高而提高数据：吉林碳谷、国际Forfulldisclosure

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21概要1.

碳纤维是一种轻质高强度高模量的新型材料2.

全球碳纤维需求持续增长，重点关注航空航天、风电、压力容器等领域3.

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222.1需求量风电占比最高，销售额航空航天占比第一

根据赛奥碳纤维的测算，2021年全球碳纤维需求总量118,000吨，同比增长10.4%；销售额34亿美元，同比增长30.1%，主要是由于2021年碳纤维供不应求导致了价格上涨。需求量方面，排名前三位的领域分别为风电叶片33,000吨，体育休闲18,500吨，航空航天16,500吨，占比14.0%。销售额方面，前三位的领域分别为航空航天11.9亿美元，风电叶片5.5亿美元，体育休闲5.1亿美元。图：2021年各领域对碳纤维的需求占比图：2021年各领域碳纤维的销售额占比船舶,

1.2%电缆芯,

0.9%电子电气,

1.7%

船舶,

1.3%其他,

1.1%电缆芯,

0.9%电子电气,

1.6%其他,

1.4%建筑,

3.0%风电叶片,

16.3%建筑,

3.6%碳碳复材,

7.2%碳碳复材,

5.4%风电叶片,

28.0%汽车,

6.0%汽车,

8.1%混配模成型,

6.7%体育休闲,

15.0%混配模成型,9.0%压力容器,

7.8%体育休闲,

15.7%压力容器,

9.3%航空航天,

14.0%航空航天,

34.9%数据：赛奥碳纤维、国际Forfulldisclosure

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232.2各地区碳纤维的需求领域存在结构性差异

根据东丽的测算，各地区碳纤维的需求领域存在一定的结构性差异。2021年，除日本以外的亚洲地区对碳纤维的需求量最高，为53,700吨，其中前两位的需求来自于风力发电及体育休闲领域；欧洲对碳纤维的需求量为33,100吨，前三位的需求领域分别是风力发电、汽车及航空航天；北美对碳纤维的需求为23,600吨，前三位的需求分别为风力发电、压力容器及航空航天；日本需求量约为2,800吨，前三位需求来自复合材料、建筑及航空航天。图：2021年各地区对碳纤维的需求数据：东丽、国际Forfulldisclosure

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242.32021年全球碳纤维运行产能20.8万吨

2021年全球碳纤维运行产能20.8万吨，其中东丽以5.8万吨的产能遥遥领先，其余产能较高的生产厂商为吉林化纤1.6万吨，赫氏1.6万吨，帝人东邦1.5万吨，三菱丽阳1.4万吨。2021年风电行业的快速增长及风电叶片的技术进步使得该行业对碳纤维的需求快速增加，碳纤维供不应求，我国产商纷纷启动扩产计划，其中吉林化纤预计增加产能2.7万吨，宝旌预计增加产能2.1万吨，其余厂商除中简科技之外的扩产计划也在1万吨及以上。而国外厂商则表现的较为克制，除日本东丽、韩国晓星及土耳其DowAksa之外，均无扩产计划。图：各厂商运行产能及扩产计划（千吨）706050403020100运行产能扩产计划数据：各公司公告、国际Forfulldisclosure

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252.4预计2030年全球碳纤维市场规模将达115亿美元

随着疫情的缓解，航空航天业对碳纤维的需求将逐步恢复，我们预计至2025年碳纤维全球市场规模将达到58亿美元，年均复合增长率14.1%。2030年市场规模将相对2025年翻倍，达到115亿美元，期间年均复合增长率约为14.9%。图：全球碳纤维市场规模（亿美元）1401201008060402002021202220232024202520262027202820292030数据：国际预测Forfulldisclosure

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262.5碳纤维价格受成本、供应、需求以及其他不确定因素影响

碳纤维价格变化主要受到成本、供应、需求以及其他不确定因素影响。2019年以来，随着国内碳纤维市场需求的快速增长，国产碳纤维整体呈现供不应求的局面，产品价格逐步提高。2022年国内外碳纤维需求走弱，碳纤维价格有所回落。图：国内碳纤维价格走势280260240220200180160140120100国产T300级别12K碳纤维国产T300级别24/25K碳纤维国产T700级别12K碳纤维国产T300级别48/50K碳纤维数据：百川资讯，国际预测Forfulldisclosure

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272.6航空航天：销售额最高的碳纤维下游应用市场

尽管受到疫情的影响，航空航天业对碳纤维的需求出现不小的下降，但是由于适用于该领域的碳纤维的单价较高，该领域依然是销售额最高的碳纤维下游应用市场。2021年航空航天业碳纤维需求约1.6万吨，占比14%，销售额11.9亿美元，占比34.9%。我们预计航空航天领域的碳纤维需求将自2024年开始恢复增长，2025年需求量有望重新突破2万吨。从细分板块来看，2021年商用飞机需求量为5800吨，占比35.3%；无人机需求量3450吨，占比21.0%；军用飞机需求量2600吨，占比15.8%。这三个细分领域也是航空航天业中碳纤维应用最为成熟的领域。图：航空航天碳纤维需求（吨）图：2021航空航天碳纤维需求按领域细分飞行汽车,1.1%通用飞机,2.7%2500020000150001000050000航天,

1.6%商用飞机,31.4%直升机,

8.1%公务机,

11.4%军用飞机,14.1%无人机,

18.7%2017

2018

2019

2020

2021

2022E

2023E

2024E

2025E数据：赛奥碳纤维、国际Forfulldisclosure

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282.6航空航天：客机主要结构件开始使用碳纤维

客机结构分为主要结构（又称初级结构）和辅助结构（次级结构）两大类。其中初级结构包含重要结构和其他主要结构。重要结构指传递飞行、地面或者增压载荷的关键结构件或者关键结构组件，结构件一旦失效，将导致飞机灾难性事故。次级结构仅传递局部气动载荷或者自身质量力载荷的结构，结构失效不影响结构持续适航性/飞行安全。大多数次级结构主要作用为保证飞机的气动外形、降低飞行。随着碳纤维性能的不断进步，碳纤维在客机中的使用逐渐由辅助结构向次级结构扩散，单一客机碳纤维的用量也不断增加。波音787及空客A350XWB的碳纤维使用量均达50%或以上。图：碳纤维在客机上的应用逐渐增加图：客机中碳纤维复合材料使用比例（%）6050403020100数据：中科院材料所、东丽、国际Forfulldisclosure

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292.6航空航天：碳纤维在中的用量逐渐增加

高超音速及隐身性能是衡量第五代性能的两个重要指标。碳纤维作为超轻高强的新型材料，无疑能大大提升的机动性。尽管普通碳纤维不具备吸波功能，但通过对碳纤维进行表面改性（如镀镍、涂覆碳化硅涂层等）而形成的新型碳纤维（如异形截面碳纤维、螺旋碳纤维、多孔碳纤维、碳纳米管等），则电磁性能佳。B-2隐身轰炸机，其整体机身除了主梁和发动机机舱采用钛复合材料外，其余部分均采用碳纤维复合材料；美国F-22的碳纤维复合材料用量达到24%，而欧洲台风的复合复合材料用量高达50%。随着全球第五代的普及，我们预计碳纤维的用量将持续增加。表：碳纤维产品于防务领域有应用的公司表：中碳纤维复合材料使用比例（%）公司赫氏防务领域营收占比（2021）应用举例6050403020100C-17、F/A-18E/F、F-22、F-35、EuroTyphoon、空客A400MJY运输机等30%空客A400M、达索阵风、空客直东丽-升机NH90、Ratier

Figeac

NP2000（螺旋桨）、莱昂纳多AW系列数据：公司公告、科院材料所、东丽、国际Forfulldisclosure

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302.6航空航天：碳纤维在无人机上的应用潜力很大

无人机由于其安全、行动迅速、造价相对较低等特点，近年来在军用及民用领域具有很大发展。全球无人机市场专业研究机构DroneII数据显示，2022年全球民用无人机产业市场规模约304亿美元，同比上年增长15.6%，预计至2026年将达到413亿美元，年均复合增长率8%。如果按照2020年民用无人机市场规模约占35%的比例测算，2026年全球无人机市场将达到1180亿美元。由于碳纤维具有比强度和比刚度大、可整体一体化成型、耐腐蚀和耐热性好、可植入芯片或合金导体等特点，在无人机领域得到了大量使用。美国全球鹰无人机碳纤维占比达到65%，在X-47B、“神经元”、雷神等几个型号的无人机上，碳纤维的使用比例更是在90%以上。图：全球鹰无人机图：全球民用无人机市场规模（美元）450400350300250200150100500202020212022E2023E2024E2025E2026E数据：Dronell、国际Forfulldisclosure

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312.6航空航天：各公司产品应用情况概述

碳纤维在航空航天领域的应用大致可分为可分为民用航空和军用航空。民用航空方面，碳纤维可用于制作机翼、机身、舵和发动机、座椅、舱口、特定隔板等；军用航空方面，碳纤维可用于制造战斗机的等。透明天线罩、前缘舵面翼、机身壁板以及直升机的旋翼叶片、转子轮毂

东丽的碳纤维产品在航空航天中的应用主要在民用航空领域。美国波音公司及欧洲空中客车公司均是公司重要的合作伙伴，东丽的碳纤维产品在波音777、787及空客A320/A320neo、A380、A350XWB等上均有大量应用，且随着飞机的更新换代，碳纤维所占比例呈上升的趋势。军用航空领域，东丽产品多见于欧洲军机，如达索阵风、莱昂纳多AW系列等，其产品在美国国防系统中的应用多见于军机以外的其他领域。航空航天是东丽碳纤维业务重点关注的领域之一，但随着市场对公司大丝束碳纤维需求的不断增长，其重要性有所下降。

赫氏是美国最大的碳纤维生产商，也是美国军机领域最大的碳纤维供应商，其公司产品广泛应用于C-17、F-18、F-22、F-35等军机，该公司目前还是F-35碳纤维的唯一供应商，F-35为公司军工航天领域贡献了约25%的收入。民用航空领域，公司的碳纤维产品也在波音及空客的多款客机上被大量使用，疫情之前该领域的收入占比约在70%左右。受疫情影响，民用航空领域的需求大幅下降，2021年军工航天领域的收入占比达到了33%。公司预计随着疫情的结束，军工航天的占比会逐渐恢复到16%~19%的正常区间。赫氏致力于成为碳纤维行业的技术领导者，产品致力于高端领域的应用。目前公司正致力于开发新产品、提高现有产品性能以及扩大产品在飞行器上的运用。可以预见，航空航天未来将一直是公司最为关注的领域。

帝人公司在民用航空领域的合作伙伴为空中客车公司，暂未进入波音公司供应链。航空航天领域是帝人碳纤维业务最为重要的领域，尽管受到疫情影响，其收入占比连续下降，但2022年3月财年的占比依然达到40%。未来航空航天领域依然将是公司碳纤维业务最为重要的关注领域，公司目前正在静待需求的复苏。

三菱化学的碳纤维产品在航空航天领域也有所应用，如在空客A320neo发动机PW1100G-JM的风扇结构部件上的应用。由于该业务占公司营收比例很小，公司未披露更为详细的信息。

台塑TC-780、TC-42S、TC-55均为原丝数12K或24K的小丝束碳纤维产品，其强度和模量均可以达到航空航天的要求。Forfulldisclosure

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322.6航空航天：各公司产品应用情况概述

光威复材产品主要应用领域分为和民用两大板块。其中板块包括航空航天、电子通讯、兵器装备等领域。由于公司在国内率先研发成功并实施了碳纤维的产业化，目前形成了公司在我国航空航天领域碳纤维主力供应商地位。拓展纤维于2019年启动某型号碳纤维原丝生产线的等同性验证工作，2021年顺利完成验收，使该型号生产线碳纤维产能增加至每年500吨左右，为我国部分航空装备应用发展提供重要材料保障。参股子公司光晟科技板块专注于航天航空、船舶等特定场境复合材料产品的设计研发和制造。

中简科技主要产品为碳纤维及其织物，已率先实现了ZT7系列高性能碳纤维产品在国家航空航天领域的稳定批量应用，截至2019年公司生产的ZT7系列碳纤维已在航空航天八大型号定型应用，为在其他型号推广应用奠定了良好基础。

中复神鹰连云港航空航天高性能碳纤维及原丝试验线项目已完成建设，并于2022年7月底开始联动试车；上海碳纤维航空应用研发及制造项目外购设备已陆续到货，公司预计2023年9月建成并投产。2021年上半年公司航空航天类碳纤维收入5303万元，占比达13.92%。Forfulldisclosure

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332.6航空航天：各公司产品应用情况简表东丽赫氏帝人三菱化学台塑中简科技光威复材备注碳纤维可用于制作机翼、机身、舵和发动机、座椅、舱口、特定隔板等公司碳纤维产品在航空航天的主要应用领域，波音及空中客车均同公司合作密切公司碳纤维产品在空客A320neo发动机PW1100G-JM的风扇结构部件上有所应用产品在波音及空客

空客公司的合作伙多款客机上均有大

伴，暂未进入波音公司产品TC-780、TC-42S、TC-55均可应用在民航领域民用航空量应用供应链-公司产品主要应用于，包括航空航天、电子通讯、兵器装备等领

碳纤维可用于公司ZT7系列及以上级碳纤维用于航空航天领域美国军机领域最大的碳纤维供应商，其公司产品广泛应用于多款型号军机，公司还是F-35的独家碳纤维供应商域制造战斗机的透明天线多见于欧洲军机，在美国国防系统中的应用多见于军机以外的其他领域罩、前缘舵面翼、机身壁板以及直升机的旋翼叶片、转子轮毂等军用航空---Forfulldisclosure

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342.7风电：全球风电装机容量增长势头不减

风电由于其清洁无污染的特点，在全球“碳中和”的背景下，装机容量近年迅速增加。2021年全球风电累计装机837GW，同比2020年增长12.6%。GWEC预计至2025年全球风电累计装机1218GW，年均复合增长率为9.9%。俄乌战争爆发后，全球石化能源市场供应紧张，叠加“碳中和”的背景，预计未来风电装机量仍将维持较高速度的增长。图：全球风电累计装机量（GW）140012001000800600400200025%20%15%10%5%0%风电装机容量YoY%数据：GWEC、国际Forfulldisclosure

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352.7风电：风电叶片大型化及工艺进步是碳纤维需求增长的重要推手

长期以来，成本是困扰风电发展的重要因素之一。由于发电功率以及扫风面积以风叶长度的平方增长，叶片的大型化就成了降低度电成本的主要手段之一，风电叶片的长度在过去发展过程中一直在不断变长。2014年91m-110m的叶片是当年装机占比最高的产品，占比49.5%，然而到2019年时该长度的叶片市占率已经下降到了10.7%，121m-140m的叶片则以全球市场52.5%的市占率成为了主流产品，GWEC更是预计在2020-2025年150m叶轮直径的风机将成为主流。图：新增装机平均风轮直径（米）1601361291401201008012011210599948985817860402002010

2011

2012

2013

2014

2015

2016

2017

2018

2019

2020数据：GWEC、国际Forfulldisclosure

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362.7风电：风电叶片大型化及工艺进步是碳纤维需求增长的重要推手

随着风电叶片的大型化，越来越重的叶片不仅对发电机和塔座的要求更加苛刻，而且叶片的空气动力学性能也有所降低。同风电叶片使用的传统材料玻璃纤维相比，使用碳纤维制作的风电叶片在相同长度下可减重20%以上。此外同玻璃纤维相比，碳纤维的弹性模量和层间剪切强度也比较高，长期耐温性较好且不容易老化。碳纤维的上述优点使其在风电叶片中得到了大量的应用，在风电叶片的主梁帽、蒙皮表面、叶片根部以及叶片前后缘防雷系统中均有采用，其中以在主梁帽中的应用最为常见。图：风电叶片结构图表：碳纤维在风电叶片不同部件中的使用使用部件主梁帽描述碳纤维复合材料在风电叶片中最重要的应用，大幅减轻了叶片的重量，是目前风力发电机中最为常用的一种减少作用在支撑梁上的受力和扭矩，采用良好的结构设计可以实现“材料诱导式”的叶片受载弯扭耦合蒙皮表面可以增加根部材料的承载强度和断裂强度，促使施加在螺栓上的动态载荷减少，同时增加根部法兰处的螺栓数量，从而增加叶片和轮毂连接处的静态强度和疲劳强度叶片根部提高叶片刚度、降低叶片质量，利用特殊设计可以降低自然雷电对叶片的损伤叶片前后缘防雷系统数据：北极星风力发电网、国际Forfulldisclosure

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372.7风电：风电叶片大型化及工艺进步是碳纤维需求增长的重要推手

碳纤维直至2015年才开始在风电叶片中大量使用的原因是成本的制约。2015年之前，风电叶片大梁主要采用预浸料铺贴真空袋压成型工艺和织物预成型+真空导入工艺，这两种工艺因为效率较低而成本较高，只有40m以上的风电叶片使用碳纤维替代玻璃纤维才可能被用户接受，因此碳纤维应用较为受限。2015年因风电巨头VESTAS在大梁结构的革命性创新设计，使得在梁片的制作中使用高效低成本高质量的拉挤成型工艺成为了可能。按这种设计和工艺制造的碳纤维主梁，兆瓦级的叶片均可使用，大大扩展了碳纤维的使用范围。随着该专利保护于2022年7月19日到期，预期碳纤维在风电叶片的使用会进一步上升。图：风电叶片大梁采用的三种工艺表：三种工艺的优劣势对比优势劣势1.纤维体积含量分布均匀2.力学性能优异3.工艺使用经验成熟4.可优化大叶片设计1.材料储存和运输均需要低温环境，需要特殊的冷冻设备2.工艺过程对温度和湿度的控制要求严格3.中高温固化使得模具成本上升预浸料1.力学性能较低，无法最大化发挥碳纤维的性能2.碳纤维直径小，浸润难度高，灌注时间较长，容易产生內部空隙1.可以借用玻璃纤维/环氧体系的成熟经验真空导入

2.工艺成本相较预浸料低廉3.可以成型复杂的结构件3.缺乏成熟的检验方法1.大大提高了纤维体积含量，降低了主体承载部分的重量2.通过标准件的生产方式大大提高了生产效率，保

1.板材存在装配应力，疲劳性能较低拉挤成型

证产品性能的一致性和稳定性

2.板材间使用玻璃纤维布，性能低于完全使用碳3.大大降低了运输成本和最后组装整体成型的生产

纤维成本4.碳纤维利用效率较高数据：国产碳纤维在风电叶片产业中的机会、百度百科、国际Forfulldisclosure

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382.7风电：预期碳纤维需求量将继续增加

2021年风电叶片对碳纤维的需求总量为3.3万吨，同比上年增加7.8%，增速相较2020年20.0%有所放缓，主要原因是风电主机价格下降叠加原材料涨价，使得风电叶片生产商放缓了碳纤维需求增长的力度。尽管风电业短期受到补贴退坡等因素的制约，但长期对碳纤维的需求依旧向好。我们预计至2025年风电业对碳纤维的需求将超过8万吨，年均复合增长率约为25%。图：风电叶片碳纤维需求（千吨）9080706050403020100201720182019202020212022E2023E2024E2025E数据：赛奥碳纤维、国际Forfulldisclosure

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392.7风电：各公司产品应用情况概述

由于丹麦风电巨头VESTAS对风电叶片大梁创新性的设计，使得成本较低的拉挤成型工艺在生产碳纤维风电大梁中的应用成为可能，从而使得风电叶片对碳纤维的需求量激增。由于风电叶片相对于航空航天更关注材料的成本，因此性价比更高的大丝束碳纤维得到广泛应用。

东丽公司是大丝束碳纤维领域的领军公司，2020年市场半数以上的大丝束碳纤维均由东丽旗下的ZOLTEK生产。为了应对市场对大丝束碳纤维的旺盛需求，ZOLTEK在墨西哥的生产基地已启动扩产工作，公司预计2023年新增产能7000吨。作为东丽大丝束碳纤维业务重点关注的领域之一，预计东丽碳纤维在风电市场的占比将进一步提高。

赫氏主要为风电叶片提供玻璃纤维预浸料，随着风电厂商技术的转型，赫氏来自于风电的收入呈下降之势。由于赫氏专注于高端领域，并无意向进入大丝束碳纤维领域及扩大其在一般产业领域的市场份额，公司预计其来自于风电领域的收入会进一步下降。

帝人集团目前也无大丝束碳纤维产能。由于公司战略依然专注于产品在航空航天领域的应用，其产品在风电领域的份额会有所下降。

三菱化学是目前世界上少数拥有大小丝束碳纤维产能的厂商之一，其2020年在大丝束碳纤维市场的份额约为10%。三菱化学公司战略中提及公司准备扩大碳纤维产品在风电领域的应用，结合公司目前的产品组合情况，预期公司将在风电扩张中受益。

台塑碳纤维产品TC-35R拥有48K的型号，为大丝束碳纤维，可以应用在风电叶片中。Forfulldisclosure

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402.7风电：各公司产品应用情况概述

光威复材风电碳梁业务主要是采用拉挤工艺进行设计，以满足下游各种工业应用领域对结构材料增强、减重的轻量化需要。2021年风电碳梁为主要产品的能源新材料板块最终实现收入8.08亿元，占总收入比例达30.99%。

吉林化纤2022年募集资金12亿元全部用于1.2万吨碳纤维复材项目等，主要采用拉挤工艺生产碳纤维拉挤板材，用于风电叶片的生产。

吉林碳谷原丝产品主要是风电领域领域，大丝束碳化后达到T400水平，为国内碳纤维企业供应原料。截止21年底公司拥有4.5万吨柔性化产能，公司预计2022年年底公司柔性化产能达到8万吨以上，力争实现柔性化产能10万吨。

上海石化：2022年10月10日，我国首个万吨级48K大丝束碳纤维工程第一套国产线在上海石化碳纤维产业基地投料开车。项目采用上海石化自主开发的PAN（聚丙烯腈）基大丝束原丝、碳纤维技术，分两个阶段实施，计划于2024年全部建成投产，届时共达到2.4万吨/年原丝、1.2万吨/年大丝束碳纤维产能。

中复神鹰：公司目前正在迅速提高碳纤维产能，积极开拓航空航天、压力容器、风电叶片等重点业务领域的销售业务。

2021年上半年公司航空航天类碳纤维收入5671万元，占比达14.88%。Forfulldisclosure

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