一、碳纖維技術分析

1.1碳纖維

碳纖維是含碳量在90%以上的高強度高模量纖維，用途廣泛。耐高溫性能出眾，位于所有化纖之首。一般用腈綸和粘膠纖維做原料，經(jīng)高溫氧化碳化而成。

按照每束碳纖維中單絲根數(shù)，碳纖維可以分為小絲束和大絲束兩大類別。

一般按照碳纖維中單絲根數(shù)與1,000的比值命名，12K指單束碳纖維中含有12,000根單絲的碳纖維。早期小絲束碳纖維以1K、3K、6K為主，逐漸發(fā)展出12K和24K。小絲束碳纖維性能優(yōu)異且價格較高，一般用于航空等高精尖領域，以及體育用品中產(chǎn)品附加值較高的產(chǎn)品類別。

一般認為 24K 以上（不含 24K）以上的型號為大絲束，包括 48K、50K、60K 等。大絲束產(chǎn)品性能相對較低但制備成本亦較低，因此多運用于風電及其他工業(yè)領域。隨著目前碳纖維制作工藝的提升及產(chǎn)品價格的下降，小絲束碳纖維在工業(yè)領域的運用已逐步拓寬。

1.1.1碳纖維特性

碳纖維被譽為“新材料之王”、“黑色黃金”，比鋼輕50%，比鋁合金輕30%，硬度是鋼的7-9倍，鋁合金的4倍，但價格是鋁合金的1.5倍；其物理特性：

（1）密度小，質量輕，碳纖維的密度相當于鋼的1/4，鋁合金的1/2。

（2）強度高，其拉伸強度可達3000~4000MPa，彈性比鋼大4~5倍，比鋁大6~7倍。

（3）彈性模量高。

（4）具有各向異性，熱膨脹系數(shù)小，導熱率隨溫度的升高而下降，耐驟冷、急熱，即使從幾千度的高溫突然降到常溫也不會炸裂。

（5）導電性好，25℃時高模量纖維為775μΩ/cm，高強度纖維為1500μΩ/cm。

（6）耐高溫和耐低溫性表現(xiàn)好，碳纖維可在2000℃下使用，在3000℃非氧化氣氛下不融化、不軟化。在-180℃低溫下，鋼鐵變得比玻璃脆，而碳纖維依舊很柔軟，也不脆化。

（7）成本高，損壞不易修復，一次性使用。這是它的物理缺陷。

需要高強度、高韌性、熱膨脹系數(shù)小、導電性好、耐高低溫等等應用場景時，碳纖維就是最頂級的材料。

1.1.2碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈

完整的碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈包含從原油到終端應用的完整制造過程。

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浸料；碳纖維與樹脂、陶瓷等材料結合，可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(chǎn)品。

全產(chǎn)業(yè)鏈看碳纖維有兩個核心環(huán)節(jié)，技術壁壘均較高：

（1）制造碳纖維產(chǎn)品的上游原絲端；

（2）中游復合材料。

原絲-碳纖維-織物-預浸料-復合材料等步驟，總計占據(jù)全產(chǎn)業(yè)鏈成本超60%，利潤超90%。

1.1.3碳纖維原絲廠商比較

其中江蘇恒神股份（832397創(chuàng)新層）、中復神鷹（688295）、吉林碳谷（836077北交所）為國內碳纖維原絲生產(chǎn)廠商。威海光威復材（300699）、中簡科技（300777）為碳纖維全產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)，光威復材少量碳纖維原絲需要進口，中簡科技由于主要涉及軍工，其碳纖維原絲全部自產(chǎn)。

1.1.4碳纖維復合材料

碳纖維一般不是單獨使用，而是以復合材料的形式被使用。

復合材料指的是兩種或兩種以上材料復合而成具有一定的特殊功能和結構的新型材料，可理解為：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，增強材料常為碳纖維。

復合材料按增強纖維類別可分為玻璃纖維、芳綸纖維、碳纖維等復合材料。

（1）玻璃纖維成本相對較低且具有適中的物理性能，適合對強度、耐用性要求不高部件；

（2）芳綸纖維復合材料重量輕，具有出色的抗沖擊、耐磨能力，常應用于安全防護（如防彈衣）、橡膠增強以及耐磨領域等；

（3）碳纖維擁有較高的拉伸強度和模量，且密度較低，具有優(yōu)異的減重效果，此外還具有耐熱、耐腐蝕、導電等優(yōu)異性能，因此在二十一世紀以來迅速擴展下游應用領域，在能源、汽車、高鐵、建筑、機械以及航空等領域均具有廣闊的前景。

碳纖維原絲即PAN原絲質量固然重要，但若在中游復材環(huán)節(jié)，沒有質量與性能突出、產(chǎn)業(yè)化規(guī)模的樹脂基材，以及沒有用于配套生產(chǎn)復材的核心設備，碳纖維仍然無法得到大規(guī)模的應用。碳纖維主要以樹脂基復合材料（CFRP）為主，占全部碳纖維復合材料市場份額的90%以上。相比傳統(tǒng)金屬材料的減材制造，復材行業(yè)是較為典型的增材制造，其最大特點是材料與結構件同步成型。

高性能碳纖維復合材料制品、高性能碳纖維預浸料使用碳纖維作為增強材料，樹脂作為基體材料制造，最終應用于交通裝備、醫(yī)療健康、體育健康、民用航空及其他工業(yè)等領域。

二、碳纖維行業(yè)格局及上市公司分析

2.1碳纖維行業(yè)格局

2.1.1國際碳纖維市場格局

高端碳纖維行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈格局同軍工產(chǎn)業(yè)一樣，在具有較高的技術門檻的同時，又具有配方、工藝、工程等行業(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，東麗的碳纖維材料完全利用自產(chǎn)。而國內企業(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%，處于明顯的主導地位。

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

2.1.2國內碳纖維市場格局

國內碳纖維市場尚在起步階段，低端碳纖維原絲產(chǎn)能過剩競爭激烈，高端碳纖維原絲還以日本東麗進口為主；國產(chǎn)高端碳纖維原絲質量和價格穩(wěn)定性較國外產(chǎn)品，尚有差距，但高端碳纖維依賴度正逐年下降，從2017 年的69%穩(wěn)步下降到2021 年的53%，2025年預計將降至39%。

精功科技（002006）已實現(xiàn)碳纖維生產(chǎn)設備的進口替代，中復神鷹（688295）、吉林碳谷（836077）、恒神股份（832397）已實現(xiàn)碳纖維原絲的進口替代，但工藝和質量上尚待改進。目前行業(yè)內碳纖維原絲的紡絲工藝主要分為：濕法和干噴濕紡兩種。干噴濕紡技術是做高性能碳纖維更為先進的工藝路線，兼具缺陷少、紡速快、產(chǎn)品工藝性更優(yōu)等特點。與東麗等世界一流碳纖維企業(yè)相比，國內碳纖維企業(yè)下一步需要繼續(xù)提升的方面在于：

①碳纖維原絲廠商需要改進提高的地方：需加強高性能碳纖維微觀結構等技術工藝的儲備；

②碳纖維復合材料廠商需要改進提高的地方：需進一步加大碳纖維下游產(chǎn)品的豐富程度和不同應用領域的開發(fā)力度；

恒神股份、光威復材、中簡科技、中復神鷹等均通過干噴濕法生產(chǎn)小絲束，吉林碳谷主要為濕紡，但也有結合兩步法的干噴濕紡技術儲備。但超高端的碳纖維仍是我國痛點，主要是軍工級使用。

T300、T600、T700、T800和T1000；碳纖維行業(yè)的領頭羊日本東麗公司所使用的碳纖維型號,常見的有T300、T600、T700、T800和T1000。型號表示的是碳纖維的強度,值越大,強度越高,T300的強度最低,而T1000的強度是最高的。國內光威復材等企業(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)品是預浸料等中游產(chǎn)品。

此外國內企業(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。碳纖維整體具有顯著的規(guī)模效應，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。

近幾年碳纖維國產(chǎn)化替代進程加速，一是因為疫情影響、碳纖維進口難度增加；二是日本、美國等主要碳纖維生產(chǎn)企業(yè)所在國家收緊對中國碳纖維供給，同時下游需求不斷增長導致國內供需缺口增加，國內企業(yè)正積極擴產(chǎn)、填補相應空缺。

國家強力支持國產(chǎn)碳纖維的技術攻關、工程產(chǎn)業(yè)化和應用牽引，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的逐步成熟以及規(guī)?；a(chǎn)對成本的稀釋，國內碳纖維產(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。

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，為技術突破、產(chǎn)品性能升級的注入源源不斷的強大動力。我國碳纖維需求量、產(chǎn)能產(chǎn)量穩(wěn)步增長，供不應求，國產(chǎn)化進程加速，碳纖維迎來歷史性的發(fā)展機遇。

2.2碳纖維國內相似品

（1）國內碳纖維原絲與日本東麗的差距，主要是批次產(chǎn)品質量的穩(wěn)定性，價格的穩(wěn)定性，目前在性價比上與日本東麗產(chǎn)品尚有差距，但已滿足國產(chǎn)替代，目前不存在斷供會影響國內碳纖維生產(chǎn)的風險；隨著國產(chǎn)碳纖維原絲的逐步穩(wěn)定，其國產(chǎn)碳纖維對日本東麗的取代正在逐年提高。

（2）碳纖維復合材料的上市公司只有光威復材、中簡科技、中復神鷹3家，其他碳纖維股多為蹭概念的非純碳纖維上下游企業(yè)。

非上市公司中的：江蘇澳盛復合材料科技有限公司（風電碳梁），江蘇亨睿碳纖維科技有限公司（主做汽車行業(yè)），廈門鴻基偉業(yè)復材科技有限公司（主做自行車和碳纖維輪轂）。