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（报告出品方：华创证券）
一、外柔内刚的碳纤维
碳纤维是指含碳量在 90%以上的无机高分子材料，用聚丙烯腈（沥青或粘胶）等做原料， 经过高温氧化、碳化等环节而生成，是目前高性能纤维中具有最高的比强度、比模量的 纤维，且耐高温也是最好的，主要应用在军工和工业等领域。
（一）分类众多、性能出色、应用广泛
碳纤维的分类标准有很多，目前分类标准主要有：原丝种类、丝束规格和力学性能。 按原丝种类可以将碳纤维分为聚丙烯腈（PAN）基碳纤维、沥青基碳纤维和粘胶基碳纤 维三大类。其中，PAN 基碳纤维成品品质优异、力学性能优良，且相比于另外两种碳纤 维工艺难度更低，是最主要的碳纤维品种，目前已成为主流，产量占比超 90%；而沥青 基碳纤维原料调制复杂，产品性能较低，粘胶基碳纤维技术难度大，成本高，两者产量 均较小。 按丝束规格可以将碳纤维分为小丝束和大丝束。早期小丝束碳纤维以 1K、3K、6K 为主， 逐渐发展出 12K 和 24K，其生产工艺难度大，价格较高，但性能优异，主要应用于军工、 航空航天领域；大丝束碳纤维通常指 48K 以上的碳纤维，包括 48K、60K、80K 等，其 生产成本低，性价比高，主要应用于工业领域。
按力学性能可以将碳纤维分为高强型、高强中模型、高模型和高强高模型等。由于行业 内没有统一的标准来划分碳纤维型号，而日本东丽长期处于行业龙头地位，因此其产品 型号具有相对通用性，而我国现行的碳纤维标准型号也逐步追赶上日本东丽。
碳纤维已成为理想的轻量化材料。碳纤维具有出色的力学性能和化学稳定性，模量高， 弹性模量在 230GPa 以上；强度比钢大，抗拉强度在 3500MPa 以上；密度比钢低，是钢 的 1/4，同时具有耐腐蚀、耐高温、导电性能优和导热系数大等特点。
碳纤维的应用领域非常广泛。主要应用在航空航天、风电叶片、体育休闲、压力容器、 碳/碳复合材料、交通建设等领域，并在不同领域碳纤维的使用类型也有所差异。当前全 球小丝束碳纤维行业标准制定权和定价权牢牢掌握在美国、日本企业手中，并且因其用 途的敏感性，国外在小丝束碳纤维出口方面实施严格管制，我国军用领域的突破发展受 到影响。
（二）政策助力，产业发展取得成效
我国碳纤维行业发展艰难玉成。自碳纤维诞生以来，高端碳纤维复合材料技术长期掌握 在发达国家手中，早在上世纪 70 年代，国外就已实现高性能碳纤维的批量生产；我国碳 纤维技术研发始于 1962 年，然而长期以来并没有取得重大的进展；2000 年后，师昌绪 院士提出要大力发展碳纤维产业，得到了政府的高度重视，并开始大力支持碳纤维领域 的自主创新；2003 年，光威复材率先生产出碳纤维材料，性能接近 T300 级；2005 年， 我国第一条百吨级 T300 生产线投产；2010 年后，我国碳纤维产量开始增长；2016 年， 中复神鹰千吨级 T800 原丝生产线投产；2021 年，我国碳纤维产量达 2.9 万吨。
政策高度重视，助力产业发展。2000 年后，我国开始大力发展碳纤维产业，在“863”、 “973”计划中被列为重点研发领域；2012 年，加快发展碳纤维并提高规模化制备水平 被列入“十二五发展规划”；2015 年，《中国制造 2025》提出先进复合材料是新材料发展 重点；2016 年，“十三五”提出加强新材料产业上下游协作配套，在碳纤维复合材料领 域开展协同应用试点示范；2021 年，加强碳纤维及其复合材料的研发应用被列入“十四 五规划”重点发展领域；2022 年 4 月，工信部、发改委提出攻克 48K 以上大丝束、高强 高模高延伸、T1100 级、M65J 级碳纤维制备技术。从政策导向来看，国家高度重视碳纤 维行业发展，高性能、规模化是我国碳纤维产业的发展趋势。
（三）原丝和碳化是产业链中最核心的环节
碳纤维产业链包含从上游原油到终端碳纤维成品应用的完整制造过程。首先，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；其次，丙烯腈经聚合 和纺丝后得到聚丙烯腈（PAN）原丝；然后，再经过预氧化、低温和高温碳化后得到聚 丙烯腈基碳纤维；最后，碳纤维与其他材料结合（树脂、陶瓷等），可形成碳纤维复合材 料，并应用于下游各个领域。 碳纤维整个生产过程中最核心的环节是原丝制备和碳化。原丝：碳纤维的强度显著地依 赖于原丝的微观形态结构及其致密性，原丝的质量和成本很大程度上决定了碳纤维的质 量和生产成本，而制备原丝的壁垒来自于生产工艺，如聚合、制胶、纺丝等过程。碳化： 此环节包含预氧化、低温和高温碳化，氧化炉和碳化炉是关键设备。
原丝生产工艺：按照聚合和纺丝的连续性分为一步法和两步法，一步法包含聚合、纺丝 过程，两步法则包含聚合、制胶、纺丝过程；按照纺丝溶剂区分，包括 DMSO（二甲基 亚砜）、DMAC（二甲基乙酰胺）、NaSCN（硫氰酸钠）等；按照纺丝工艺，分为湿法和 干喷湿纺法，纺丝工艺的选择及控制是保证高性能原丝稳定生产的关键因素。 碳纤维生产工艺：原丝经多段氧化过程后得到预氧丝，预氧丝在氮气保护下，经过低温、高温碳化得到碳丝，随后经表面处理、上浆、烘干等过程最终得到碳纤维产品，碳化、 氧化环节的温度控制是影响碳纤维成品质量的关键。
目前我国已形成了一步法或二步法湿法/干喷湿法纺丝工艺等国产化技术。其中，吉林碳 谷采用 DMAC 水相聚合湿法二步法工艺；上海石化采用自主研发的 NaSCN 湿法工艺； 光威复材、恒神股份、中简科技均采用 DMSO 一步法湿法或干喷湿纺工艺；中复神鹰则 采用 DMSO 一步法干喷湿纺工艺。 湿法两步法比较适合大丝束原丝的生产。国内吉林碳谷在 2008 年就取得了以 DMAC 为 溶剂的湿法两步法的技术突破，打破了国际巨头的垄断，此方法因其经水相悬浮聚合后， 原液和聚合的产量大，故适合大丝束原丝的生产；而其他企业所采用的一步法，在聚合 物以及原液制造等方面限制了纺丝的产量，并且湿法成型的纤维纤度变化小、纤维上残 留的溶剂少，容易控制原丝质量。 干喷湿纺更适用于小丝束碳纤维的生产。国内中复神鹰在 2013 年率先突破了干喷湿纺技 术，其有效地结合了干法和湿法，在纺丝速度以及原丝性能等方面均具有明显的优势。 相比湿法纺丝，干喷湿纺喷丝头不直接浸入凝固浴，而是在进入凝固浴之前先经过空气 层，纺丝液在空气层中发生一定的拉伸流动，不仅提高纺丝速度，还有利于大分子链的 取向，从而原丝结构更为均匀致密，力学性能更高。
二、新能源等领域驱动碳纤维需求爆发
未来国内碳纤维需求保持高速增长。根据赛奥碳纤维《2016-2021 全球碳纤维复合材料市 场报告》，从全球的维度来看，碳纤维需求量从 2016 年的 7.65 万吨增至 2021 年的 11.8 万吨，CAGR 为 9.02%，2021 年同比增速从 2020 年的 3.05%提升至 10.42%，2025 年预 计全球需求量达 20 万吨，未来 4 年 CAGR 为 14.10%；从国内的维度来看，碳纤维需求 量从 2016 年的 1.96 万吨增至 2021 年的 6.24 万吨，CAGR 为 26.06%，2021 年的同比增 速高达 27.69%，2025 年预计国内需求量为 15.93 万吨，未来 4 年 CAGR 为 26.37%。
从应用领域来看，2021 年全球和国内碳纤维的主要应用领域均是风电叶片。2021 年全球 碳纤维需求量占比前三的领域分别是风电叶片（27.97%）、体育休闲（15.68%）和航空航 天（13.98%）；而国内占比前三的领域分别是风电叶片（36.07%）、体育休闲（28.05%） 和碳/碳复材（11.22%）；风电叶片、体育休闲、航空航天、碳/碳复材等领域的需求占据 了碳纤维需求的主要部分。
（一）风电行业的持续高景气推动碳纤维未来空间广阔
风电叶片主要由树脂基体（36%）、增强材料（28%）、芯材（12%）、粘接剂（11%）等 组成，树脂基体主要提供叶片的韧性与耐久度，增强纤维材料则主要提供叶片结构的刚 度与强度。增强纤维材料包括玻璃纤维和碳纤维等，近些年，碳纤维正逐步取代玻璃纤 维，主要因为碳纤维突破了玻璃纤维的性能上限，在风电叶片大型化的同时，还能降低 叶片的重量。 拉挤成型工艺大势所趋。风电叶片大梁采用的工艺主要有预浸料工艺、碳布灌注工艺和 拉挤工艺。前两种工艺效率低，成本高，使用较少；而拉挤工艺是一种连续生产固定截 面纤维增强复合材料的成型方法，工艺流程主要包含纤维供给─纤维导向─树脂浸渍─ 预成型─拉挤成型─牵引─切割─拉挤成型制品，可以减轻主体承载重量，提高生产效 率，降低生产成本等。2015 年以前，大部分厂商主要采用预浸料或真空灌注工艺，采用 小丝束碳纤维，因此平均价格较高；近年来，全球风电龙头 Vestas 突破拉挤工艺技术， 将小丝束改用大丝束，大幅降低了碳纤维风电叶片的成本，从而大丝束碳纤维拉挤梁片 成为市场主流，明阳智能、时代新材和中材科技等厂商均布局了碳纤维拉挤产线；而 2022 年 7 月 19 日，随着 Vestas 拉挤碳梁专利的到期，有更多的厂商使用拉挤工艺生产碳纤 维主梁，碳纤维在风电叶片领域的渗透率将快速提升。
风电叶片大型化是未来趋势，将驱动碳纤维需求增加。2021 年，我国新增陆上和海上风 电机组平均单机容量分别为 3.1MW 和 5.6MW，同比增速为 19%和 13%，相比于 2011 年 的 1.5MW 和 2.6MW 大幅增加。大容量的风电机组需要配备大直径的叶轮，而风电叶片 的长度越长，扫风面积越大，有利于提高风能利用率和发电量，同时降低度电成本。随 着运达股份自主研发的 YD110 海上叶片（2022 年 5 月 7 日）和明阳智能 111.5 米海上叶 片（2022 年 6 月 23 日）的正式下线，刷新了国内叶片的最长记录，未来将朝着 160 米 的大型叶片继续前进，这两种叶片均使用了拉挤碳梁工艺，风电叶片的大型化趋势将推 动碳纤维需求量的上涨。
叶片有效减重，碳纤维经济性凸显。我们对不同长度风电叶片（57m、74m 和 90m）的 经济性进行测算分析，得出将主梁材料从玻璃纤维换成碳纤维后，这三种风电叶片的重 量分别降低 27.0%、24.6%和 32.5%，根据赛奥碳纤维《2021 全球碳纤维复合材料市场 报告》，2021 年全球风电叶片领域碳纤维均价为 16.8 美元/kg，按美元/人民币汇率为 6.76 换算后，这三种叶片的材料成本增加 28.8%、30.1%和 23.8%，而风电碳纤维巨头-卓尔 泰克，是能够批量按 13 美元/kg 的价格来供应碳纤维的，这个成本优势，是国内大丝束 碳纤维企业的参照系，假设按此价格来测算，这三种叶片的材料成本仅增加 18.0%、19.3% 和 12.8%。随着风电叶片大型化及主梁采用碳纤维后，叶片总重得到有效降低，碳纤维 经济性逐渐凸显。
根据中国风能专委会 CWEA 统计，国内风电装机规模显著上行，2020、2021 年分别是陆 上、海上风电补贴的最后一年，抢装潮导致装机规模大幅上升，风电新增装机规模分别 是 54.43GW、55.92GW，2020 年同比增速为 103%，2021 年海上新增装机量大幅上升， 全年新增装机量依然保持正增长，2021 年国内海上风电新增装机量同比增速高达 277%。 《风能北京宣言》提出，“十四五”规划要为风电设定与碳中和国家战略相适应的发展空 间，保证年均新增装机 50GW 以上，2025 年后，国内风电年均新增装机容量应不低于 60GW，到 2030 年至少达到 800GW，未来国内风电装机规模有望继续提升。 随着风电装机规模的持续上行，碳纤维在风电叶片领域的需求将快速增加。根据赛奥碳 纤维《2016-2021 全球碳纤维复合材料市场报告》，全球风电叶片碳纤维需求从 2016 年的 1.8 万吨增至 2021 年的 3.3 万吨，CAGR 为 13%，2025 年预计全球风电叶片碳纤维需求量约为 8.1 万吨，2021-2025 年间的 CAGR 为 25%，碳纤维在风电叶片领域的市场空间依 然很大。
根据赛奥碳纤维《2016-2021 全球碳纤维复合材料市场报告》，2021 年国内风电叶片碳纤 维需求量约为 2.3 万吨，相较 2016 年的 0.3 万吨大幅增加，CAGR 为 50%。根据《风能 北京宣言》及过去五年国内陆上风电新增装机量增速，我们假设 2021-2025 年国内陆上 风电新增装机量的 CAGR 为 15%，到 2025 年新增装机量为 72.5GW；根据全球风能理事 会 GWEC 预测，2022-2025 年国内海上风电新增装机量分别为 4、6、8、10GW；假设 2021-2025 年国内陆上、海上风电平均单机容量增速与 2017-2021 年的增速保持一致， CAGR 为 10%；目前，相比于陆上风电叶片，海上风电叶片的直径更大，所以碳纤维在 海上风电叶片中应用更广泛，且随着风电叶片的大型化，渗透率会进一步提高，假设 2025 年陆上、海上风电的碳纤维渗透率分别为 30%、50%，2022 年相较于 2021 年渗透率大幅 提升是因为 Vestas 拉挤碳梁专利的到期促使更多厂商使用此工艺生产碳纤维主梁；2021 年陆上、海上风电单叶片重量分别约为 17、31 吨，未来随着风电叶片大型化，重量也会 随之提升，根据 2020-2021 年单叶片重量的增速，我们假设 2021-2025 每年的增速保持 5%，其中碳纤维占比保持 20%；根据以上假设，我们测算得到未来国内风电叶片领域的 碳纤维需求，预计到 2025 年我国陆上风电所需碳纤维达 5.94 万吨，海上风电所需碳纤 维达 1.38 万吨，风电叶片领域碳纤维总需求达 7.32 万吨，2021-2025 年间的 CAGR 为 34.3%，假设碳纤维单价维持 11.4 万元/吨（按 16.8 美元/kg，美元/人民币汇率为 6.76 换 算），2025 年我国风电碳纤维市场规模将达 83.4 亿元。
（二）碳/碳复材在光伏热场中的快速应用刺激碳纤维需求增加
先进碳基复合材料是指以碳纤维为增强体，以碳或碳化硅等为基体，以化学气相沉积或 液相浸渍等工艺形成的复合材料，主要包括碳/碳复合材料产品（碳纤维增强基体碳）、 碳/陶复合材料产品（碳纤维增强碳化硅）等。碳/碳复合材料是由碳纤维增强碳基体所形 成的高性能复合材料，具有高强度、比重轻、耐高温、耐腐蚀、热膨胀系数低、摩擦系 数稳定、导热导电性能好、尺寸稳定性高等优良性能，是目前唯一在 3000℃以上仍保有 结构强度的材料，其最高理论使用温度高达 3500℃，是制造高温热场部件的最佳材料， 被认为是 21 世纪最具潜力的高温结构材料之一。 早期光伏行业的生产商大多采用石墨材料构成的坩埚作为热场系统的保温材料，而由于 石墨脆性较大，容易产生裂纹，逐渐被碳/碳复合材料所替代，与石墨坩埚相比，碳/碳复 合材料坩埚具有使用寿命长、热场稳定性高、成晶率稳定等优点，被广泛应用在单晶拉 制炉和多晶铸锭炉的热场系统中。
单晶拉制炉热场系统主要用于光伏行业中的单晶硅长晶、拉制过程，是制备单晶硅的关 键设备，多晶铸锭炉是多晶铸锭的关键设备。单晶硅炉内，主要有坩埚、保温筒、护盘 等碳/碳复合材料，大幅提高了拉晶热场系统的安全性和拉晶速率，显著降低了运行功率， 对节能降耗起到较大促进作用。2016 年以来，碳/碳复合材料在单晶拉制炉热场中的替代 率快速提高，碳/碳复合材料坩埚、导流筒产品的市场占有率已超过等静压石墨产品，2020 年，碳/碳复合材料在坩埚中的替代率已超过 95%，成为光伏热场系统中的主要材料。
光伏行业的迅猛发展，极大地带动了碳/碳复材领域的蓬勃发展。在国家产业政策引导和 市场需求驱动的双重作用下，我国光伏行业实现了快速发展。根据国家能源局统计，2021 年全国新增光伏并网装机容量达到 54.93GW，同比增加 14%，2016-2021 年的 CAGR 为 9.7%，而根据中国光伏行业协会预测，2025 年全国新增光伏装机量预计达到 110GW， CAGR 为 19%，未来光伏装机量有望快速提升。 根据赛奥碳纤维《2017-2021 全球碳纤维复合材料市场报告》，全球碳/碳复材领域碳纤维 需求从 2017 年的 0.21 万吨增至 2021 年的 0.85 万吨，CAGR 为 41.8%，2025 年预计全球 碳/碳复材领域碳纤维需求量约为 2.43 万吨，2021-2025 年间的 CAGR 为 30%，随着光伏 装机规模的快速增加，碳纤维在碳/碳复材领域的需求持续爆发。 根据赛奥碳纤维《2017-2021 全球碳纤维复合材料市场报告》，2021 年国内碳/碳复材领域 碳纤维需求量约为 0.7 万吨，相较 2017 年的 0.09 万吨大幅增加，CAGR 为 67%。根据中 国光伏行业协会预测，2022-2025 年全国新增光伏装机量分别为 75、90、100、110GW； 我们假设每 GW 装机量碳纤维用量的 CAGR 为 10%，预计到 2025 年我国碳/碳复材领域 碳纤维总需求达 2.05 万吨，2021-2025 年间的 CAGR 为 30.8%，假设碳纤维单价维持 14.6 万元/吨（按 21.6 美元/kg，美元/人民币汇率为 6.76 换算），2025 年我国碳/碳复材领域碳 纤维市场规模将达 29.96 亿元。
（三）储氢瓶在燃料电池汽车中的快速渗透推动碳纤维需求上行
根据赛奥碳纤维《2021 全球碳纤维复合材料市场报告》，国内压力容器领域碳纤维需求 主要应用在呼吸气瓶、CNG 气瓶和储氢瓶等方面，保持快速增长的为储氢瓶领域，呼吸 气瓶、CNG 气瓶的碳纤维需求增长量有限。氢在常温常压下为气态，密度只有水的万分 之一，是所有元素中最轻的，因此高密度储氢的难度非常大。当前，氢能的存储方式主 要有低温液态储氢、高压气态储氢、金属氢化物储氢和有机液态储氢等，其中高压气态 储氢技术比较成熟，是目前最常用的储氢技术。高压气态储氢容器主要分为纯钢制金属 瓶（I 型）、钢制内胆纤维缠绕瓶（II 型）、铝内胆纤维缠绕瓶（III 型）及塑料内胆纤维 缠绕瓶（IV 型）4 个类型。
车载储氢瓶大多使用 III 型、IV 型两种容器。目前 20MPa 的 I 型瓶在国内得到广泛的工 业应用，并与 45MPa 钢制氢瓶、98MPa 钢带缠绕式压力容器组合应用于加氢站中。由于 高压气态 I 型、II 型储氢瓶价格便宜，但储氢密度低、安全性较差、容易发生氢脆问题， 难以满足车载储氢密度的要求；而 III 型、IV 型瓶主要是基于碳纤维增强材料缠绕加工 而成，明显减少气瓶质量，提高储氢密度，多数应用于车载。 国内已产业化的是 35MPa 碳纤维缠绕 III 瓶，国外大多采用的是 70MPa 碳纤维缠绕 IV 型瓶。由于高强度碳纤维工艺尚不成熟，国内 IV 型储氢瓶的大规模商用化仍需时日， 70MPa 碳纤维缠绕 III 型瓶已少量用于国产汽车中。国内企业采用 III 型瓶的储氢密度为 3.9％，而 IV 型瓶的储氢密度可以达到 5.5％，就趋势而言，成本更低和密度更高的 IV 型瓶是未来发展趋势。
2022 年 3 月 23 日，国家发改委、能源局联合印发《氢能产业发展中长期规划（2021-2035 年）》，明确氢能是战略性新兴产业的重点方向，是构建绿色低碳产业体系、打造产业转 型升级的新增长点，并提出氢能产业各发展阶段的目标：2025 年，形成较为完善的氢能 产业发展制度政策环境，初步建立较为完整的供应链和产业体系；燃料电池汽车保有量约 5 万辆，部署建设一批加氢站；2030 年，形成较为完备的氢能产业技术创新体系、清 洁能源制氢及供应体系，有力支撑双碳目标实现；2035 年，形成氢能产业体系，构建涵 盖交通、储能、工业等领域的多元氢能应用生态，氢能未来的空间巨大。2021 年全国燃 料电池汽车产销量分别是 1790 和 1596 辆，2022 年上半年产销量分别是 1804 和 1390 辆， 同比增速分别为 285%和 290%，产量超过 2021 年全年水平，销量也将赶超 2021 年水平， 2021 年燃料电池汽车保有量约 0.89 万辆，2025 年要达到 5 万辆，CAGR 高达 54%，未 来燃料电池汽车的高速增长将推动车用高压氢气瓶碳纤维需求的快速提升。
根据赛奥碳纤维《2017-2021 全球碳纤维复合材料市场报告》，全球压力容器碳纤维需求 从 2017 年的 0.56 万吨增至 2021 年的 1.1 万吨，CAGR 为 18.4%，2025 年预计全球压力 容器领域碳纤维需求量约为 2.28 万吨，2021-2025 年间的 CAGR 为 20%；2021 年国内压 力容器碳纤维需求量约为 0.3 万吨，相较 2017 年的 0.1 万吨大幅增加，CAGR 为 31.6%。 2021 年我国燃料电池汽车销量和保有量分别约 1596、8922 辆，2025 年保有量为 5 万辆， 我们测算出 2025 年销量约为 1.75 万辆；且根据 Fuel Cell Technologies Office Webinar，每 辆燃料电池汽车上氢气瓶碳纤维用量约为 0.32 吨/辆，由此测算出 2021 年我国燃料电池 汽车氢气瓶碳纤维需求为 0.05 万吨，预计 2025 年氢气瓶领域碳纤维需求达 0.56 万吨， 2021-2025 年间的 CAGR 为 82.9%，假设碳纤维单价维持 16.2 万元/吨（按 24 美元/kg， 美元/人民币汇率为 6.76 换算），2025 年我国氢气瓶领域碳纤维市场规模将达 9.07 亿元。
（四）附加值最高的航空航天领域碳纤维需求有望回暖
随着复合材料的快速发展，轻量化结构成为航空飞行器发展的重要方向，飞机复合材料 应用占比逐渐提高，复合材料用量占比已成为衡量航空飞行器先进性的重要标志之一。 起初，碳纤维复合材料主要应用于非承力结构（舱门、口盖、整流罩等）及飞机内饰， 如早期的波音 757、波音 767，碳纤维复合材料应用占比仅 4%左右；随着碳纤维复合材 料技术的发展，逐步开始在次承力结构（垂尾、鸭翼、平尾、副襟翼舵面等）上应用， 波音 777 在垂尾、平尾等多处部件中应用了碳纤维复合材料，合计使用 9.9 吨，占总结 构重量的 11%；此后，随着高性能碳纤维技术的成熟，碳纤维复合材料开始应用于机翼、 机身等主承力结构，以波音最新研制的波音 787 梦想客机为例，其复合材料用量占比约 50%左右。
随着我国复合材料技术水平及大飞机制造技术水平的提高，国产飞机的复合材料用量逐 渐提高。2003 年研制的 ARJ21 机型复合材料用量仅 2%，主要应用于次承力结构；2015 年研制的 C919 机型复材用量已达 12%，应用范围扩展至机翼、机身等主承力结构，2017 年已完成首飞；目前我国与俄罗斯联合研制的 CR929 远程宽体客机的复材用量将突破 50%，在机身、机翼等部位将大量使用复合材料。
航空航天领域的附加值极高，国内航空航天领域碳纤维需求提升空间广阔。根据赛奥碳 纤维《2021 全球碳纤维复合材料市场报告》，2021 年全球航空航天领域碳纤维均价为 72 美元/公斤，是体育休闲领域的 2.5 倍、风电叶片领域的 4 倍；航空航天领域碳纤维的市 场规模达 11.88 亿美元，占比 35%，超过风电叶片及体育休闲领域之和，位居第一。2021 年全球航空航天领域碳纤维需求量仅次于风电叶片和体育休闲，占全球碳纤维需求比例 为 13.94%，主要应用在商用飞机、无人机、军用飞机等领域；而国内需求占比仅 3.21%， 远低于全球水平，具有很大的提升空间。
2020 年全球航空航天领域碳纤维需求量为 1.65 万吨，较 2019 年下降 30%，主要是由于 2020 年全球新冠疫情对航空业造成不利影响，民用客机生产厂家对碳纤维的需求有一定 幅度的下降。随着疫情好转，飞机订单也在逐步改善，2021 年新增运输飞机 151 架，同 比增加 78%；且伴随国产大飞机 C919 的逐步量产（根据中国商飞官网数据显示，目前 C919 订单量超 800 架）和 CR929 的研发推进，航空航天领域的碳纤维用量有望进一步 增长。 根据赛奥碳纤维《2017-2021 全球碳纤维复合材料市场报告》，2021 年国内航空航天领域 碳纤维需求量约为 0.2 万吨，2017-2021 年的 CAGR 为 22%，同比增速为 17.6%，而 2021 年全球航空航天领域碳纤维需求量约为 1.65 万吨，2025 年预计全球航空航天领域碳纤维 需求量约为 2.06 万吨。国内航天航空领域碳纤维需求相较于全球有较大空间，2025 年全 球航空航天领域碳纤维增速为 12%，我们假设国内 2021-2025 年间的 CAGR 为 15%，预 计 2025 年国内航空航天领域碳纤维需求量约为 0.35 万吨，假设碳纤维单价维持 48.7 万 元/吨（按 72 美元/kg，美元/人民币汇率为 6.76 换算），2025 年我国航空航天领域碳纤维 市场规模将达 17.04 亿元。
（五）体育休闲领域碳纤维需求稳步增长
2021 年国内体育休闲领域碳纤维需求占全球比例近 95%，未来将继续保持此比例。当前， 碳纤维复合材料是用来制造体育运动器材的新材料，其比强度、比模量越高，构件的自 重越小、刚度越大。因此充分利用碳纤维复合材料的特性提升比赛器材的性能，可提升 许多体育项目的成绩。全球近 90%的碳纤维体育器材加工在中国大陆和中国台湾完成， 体育休闲领域产品类别广泛，主要使用在钓鱼竿、高尔夫球杆、自行车架、球拍、曲棍 球杆等高端休闲体育市场，国内需求主要以 T300、T700 为主，包括少量 T800 和高模量 产品，规格以 3K、12K 等小丝束为主。
根据赛奥碳纤维《2017-2021 全球碳纤维复合材料市场报告》，全球体育休闲领域碳纤维 需求从 2017 年的 1.32 万吨增至 2021 年的 1.85 万吨，CAGR 为 9%，2025 年预计全球体 育休闲领域碳纤维需求量约为 2.25 万吨，2021-2025 年间的 CAGR 为 5%。2021 年国内 体育休闲领域碳纤维需求量约为 1.75 万吨，CAGR 为 10%，同比增速为 20%，相较于 2020 年的 4%大幅增加，主要原因是 2020 年疫情的影响，群体运动的碳纤维器材有较大幅度 的下滑，而 2021 年开始放开群体运动，直接带来了体育器材的较高速增长。我们预计国 内未来体育休闲领域的碳纤维需求增速和全球保持一致，CAGR 为 5%，2025 年国内体 育休闲领域碳纤维需求量约为 2.13 万吨，假设碳纤维单价维持 18.7 万元/吨（按 27.6 美 元/kg，美元/人民币汇率为 6.76 换算），2025 年我国体育休闲领域碳纤维市场规模将达 39.83 亿元。
三、国产替代加速，行业供需改善
我国成为全球最大的碳纤维产能国。根据赛奥碳纤维《2021 全球碳纤维复合材料市场报 告》，2021 年全球碳纤维运行产能约为 20.76 万吨，从区域角度来看，中国首次超过美国， 成为全球最大产能国，运行产能达 6.34 万吨，占 2021 年全球碳纤维运行产能的 30.5%； 美国位居第二，运行产能为 4.87 万吨，占比为 23.5%；日本位列第三，运行产能为 2.5 万吨，占比为 12%。从生产商角度来看，位居首位的依然是东丽+卓尔泰克（东丽子公司）， 吉林化纤集团位居第二，成为我国最大的碳纤维产能企业。虽然我国运行产能占比最大， 但由于较多国产碳纤维企业尚未实现关键技术的突破，核心设备也多是进口且适配性不 强，生产线运行及产品质量不稳定，致使实际产量仅约 2.9 万吨，产能利用率不足 50%， 长期存在高产能、低产量的现象。 全球碳纤维实际产能主要集中在日美企业，全球十强厂家中，包含了吉林化纤集团、中 复神鹰与宝旌三家大陆企业。我国已经建设的产能，与发达国家还存在相当大的差距， 2021 年进口量为 3.3 万吨，超过国产数量，而国产碳纤维出口寥寥无几，说明无论在性 能、质量水平及成本水平上，进口碳纤维依然有强大的优势。所以我国碳纤维行业面临 的难题是：加强自主创新，突破技术瓶颈，形成与国际水平匹配的高性能碳纤维产业化。
国内碳纤维产能大幅扩张，产能利用率快速提升。根据赛奥碳纤维《2017-2021 全球碳纤 维复合材料市场报告》，2021年国内碳纤维产能约为6.3万吨，同比增长73.85%，2017-2021 年 CAGR 为 24.73%；国内碳纤维产量为 2.9 万吨，同比增长 58.1%，2017-2021 年 CAGR 达 40.98%。国内碳纤维行业产能利用率近年快速提升，2017 年行业产能利用率仅为 28.46%，2021 年提升至 46.54%。国内龙头厂商近年来在技术水平上的不断突破，产线稳 定性的不断提高，从而企业的有效产能得到快速扩张，行业长期“有产能无产量”的现 象逐渐好转。 国内碳纤维行业的产能高度集中，2021 年 CR5 约 79%。主要企业有吉林化纤集团、中 复神鹰、宝旌碳纤维、新创碳谷、江苏恒神、光威复材等。其中，吉林系的吉林碳谷以 原丝生产为主，且可外销，国兴碳纤维以大丝束为主，凯美克以小丝束为主；中复神鹰 以民用小丝束碳纤维为主；中简科技以军用小丝束为主；光威复材以军民两用等。
国产替代加速，未来空间巨大。根据赛奥碳纤维《2021 全球碳纤维复合材料市场报告》， 2021 年国内碳纤维需求中，进口碳纤维供应量为 3.3 万吨，占总需求量的 53%，可以看 出我国碳纤维仍以进口为主，但进口比例持续下降，2021 年进口同比增速仅为 9.15%； 国产碳纤维供应量为 2.9 万吨，占需求量的 47%，国产占比较 2020 年的 38%增长 9 个百 分点，且 2021 年国产碳纤维增速为 58.54%，远超过进口增速，说明国内企业在碳纤维 生产方面取得突破，国产替代趋势明显。同时，国内加快供给，增速大幅提升，近几年 供给增速持续上涨，且远大于需求增速，但目前进口碳纤维供应量仍然明显高于国产供 应量，国产替代空间巨大。 伴随全球碳纤维市场日益增长的需求，各大碳纤维企业扩产意愿明显。2021 年国内碳纤 维供应量约 2.93 万吨，吉林碳谷、中复神鹰、光威复材、中简科技四家公司的销量约 1.9 万吨，国内企业的扩产也在纷纷加速。中复神鹰西宁万吨高性能碳纤维及配套原丝项目 已全线投产；光威复材包头万吨大丝束碳纤维产线预计年底开始试运行；上海石化 1.2 万吨大丝束碳纤维产线今年年中实现项目中期交工。
预计 2024 年国内供给将超过需求。近两年供不应求的状态导致国内碳纤维的价格持续走 高，目前这种状况正逐渐得到改善。当前我国碳纤维行业供需仍存在较大缺口，伴随未 来几年龙头企业的快速产能投放，预计供需缺口逐渐缓解，进口部分有望实现国产。长 期来看，供给端逐渐追赶上需求端的增长，供需差将得到改善，碳纤维价格将回到合理 水平。
（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】。
2、碳纤维是什么材料
碳纤维是含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。具有耐高温、抗摩擦、导电、导热及耐腐蚀等特性，外形呈纤维状、柔软、可加工成各种织物，由于其石墨微晶结构沿纤维轴择优取向，因此沿纤维轴方向有很高的强度和模量。
碳纤维是含碳量在90%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。耐高温居所有化纤之首。用腈纶和粘胶纤维做原料，经高温氧化碳化而成。是制造航天航空等高技术器材的优良材料。具有耐高温、抗摩擦、导电、导热及耐腐蚀等特性 外形呈纤维状、柔软、可加工成各种织物，由于其石墨微晶结构沿纤维轴择优取向，因此沿纤维轴方向有很高的强度和模量。碳纤维的密度小，因此比强度和比模量高。碳纤维的主要用途是作为增强材料与树脂、金属、陶瓷及炭等复合，制造先进复合材料。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。
现代碳纤维工业化的路线是前驱纤维炭化工艺法，制造碳纤维用的原纤维名称化学组分碳含量/%碳纤维收率/%黏胶纤维(C6H10O5)n4521～35聚丙烯腈纤维(C3H3N)n6840～55沥青纤维C，H9580～90采用这3种原纤维制造炭纤维的流程都包括：稳定化处理(在200～400℃空气，或用耐燃试剂等化学处理)，碳化(400～1400℃，氮气)和石墨化(1800℃以上，氩气气氛下)。为了提高炭纤维与复合材料基质的粘接性能需进行表面处理、上浆、干燥等工序。
另一种制造碳纤维的方法是气相生长法。将甲烷与氢的混合气体在催化剂的存在下，于1000℃高温下反应，可制得不连续的短切碳纤维，最大长度可达50 cm。其结构不同于聚丙烯腈基或沥青基碳纤维，易石墨化，力学性能良好，导电性高，易形成层间化合物。
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