一、新材料之王：碳纤维性能优异，复合材料应用广泛

碳纤维在可量产纤维材料中性能最佳，是目前工程上可以大规模应用的比强度最高的材料，其具有优异的物理、化学性能，在军工及民用领域都有着广泛的应用，被称为21世纪的“黑色黄金”。碳纤维复合材料即以碳纤维为增强体，以树脂、碳质、金属、陶瓷等为基体所形成的复合材料，在结合增强体与基体优异性能的同时，应用范围更加广泛。

1.1碳纤维性能优异，PAN基碳纤维占据主流地位

碳纤维，又称“新材料之王”。碳纤维（CarbonFiber）是由聚丙烯腈（PAN）等有机纤维在1000~3000℃高温的惰性气体氛围中经氧化碳化后制成的，含碳量在90%以上的无机高分子纤维，是目前可以获得的最轻的无机材料之一。碳纤维的比强度和比模量等力学性能优异，且具有低密度、耐腐蚀、耐高温、耐摩擦、抗疲劳、高震动衰减性、高导电导热性、低热膨胀系数、高电磁屏蔽性等特点，其易加工、可设计的性能使其广泛应用于航空航天、军工、能源、体育用品、汽车工业、轨道交通和建筑补强等领域，是国防军工和国民经济不可或缺的战略新兴材料，被誉为“新材料之王”。

按照原料不同，碳纤维可分为PAN基、粘胶基、沥青基碳纤维。按照原材料不同，碳纤维主要分为粘胶基（纤维素基、人造丝基）、沥青基（各向同性、中间相）和聚丙烯腈（PAN）基三大类。目前以聚丙烯腈为原料制成的PAN基碳纤维占据主流地位，产量占碳纤维总量的90%以上，如无特殊说明，本文所指碳纤维皆为PAN基碳纤维。

按照丝束大小，碳纤维可分为大丝束和小丝束碳纤维。一般按照碳纤维中单丝根数与1000的比值命名，如12K指单束碳纤维中含有12000根单丝的碳纤维。通常将24K及以下的碳纤维称为小丝束碳纤维，初期以1K、3K、6K为主，后逐渐发展为12K和24K，主要应用于国防军工等高科技领域以及体育休闲用品。通常将48K以上碳纤维称为大丝束碳纤维，包括48K、60K、80K等（部分领域25K也可称为大丝束），主要应用于能源、交运、建筑等工业领域。

按照力学性能，碳纤维可分为通用型和高性能型碳纤维。业内通常采用日本东丽（TORAY）公司分类法，按照拉伸强度及模量标准进行分类。其中通用型碳纤维强度为1000MPa、模量为100GPa左右。高性能型碳纤维又分为高强型（强度2000MPa、模量250GPa以上）和高模型（模量300GPa以上）和高强高模型等（强度4000MPa以上、模量300GPa以上）。

1.2碳纤维产业链涉及较多工艺，复合材料应用广泛

碳纤维产业链从上游原油开始，延伸到终端军工、民用等各项应用：原油经过炼制、裂解及氨氧化得到丙烯腈；丙烯腈经聚合和纺丝之后得到聚丙烯腈（PAN）原丝；再经过预氧化、碳化后得到PAN基碳纤维；碳纤维中加入树脂、上浆剂等形成碳纤维复合材料，最后由各种成型加工工艺得到满足不同下游需求的最终产品。

以碳纤维为增强体的复合材料性能更优，应用更广。复合材料通常由基体和增强体通过一系列反应生成，除具有各材料组分自身独有的性能外，还因为不同材料组分的界面结合效应使之具有更优异的综合性能。碳纤维力学性能优异，但作为结构材料很少单独使用，一般是经过深加工制成编织布等中间产物或者作为增强体加工成复合材料再进行使用。

碳纤维作为复合材料的增强材料，根据不同性能要求和使用目的可以选用不同的基体材料，其中碳纤维增强树脂基复合材料CFRP是应用最广泛的碳纤维复合材料（碳纤维含量约65%），其在全球碳纤维复合材料市场中的消费占比超过80%。

二、军民两用优异材料，驱动碳纤维需求持续走高

碳纤维本身具备低比重、高强度的优异属性，与其他材料复合制成的碳纤维复合材料具有高强轻量、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳等特点，因此在诞生之初便作为战略性物资应用于国防、航空航天等军用行业。之后随着商业化的顺利推进及成本的不断降低，碳纤维优异属性被广泛认知，应用范围持续拓宽，并逐步在民用领域大放光彩，成为军民两用的优异新材料品种。

2.1全球碳纤维需求持续增长，我国结构性差异蕴含机遇

2.1.1全球碳纤维需求以风电叶片、航空航天、体育及汽车为主

全球碳纤维需求量稳步增长，未来仍将处于高速增长期。过去10余年间，随着碳纤维下游应用渗透率的提升，全球碳纤维需求量稳步增长，2019年全球碳纤维需求量首次突破10万吨，相较2008年CAGR达10%。2020年受疫情影响下游航空业受损明显，但其他产业需求旺盛，全年需求量仍较19年同比提升3%达到10.7万吨，据赛奥碳纤维技术预测，2025年全球碳纤维需求量有望达到20万吨，5年CAGR将达13.3%，未来或将持续处于高速增长期。

风电叶片、航空航天、体育及汽车为全球碳纤维主要应用领域。全球范围来看，碳纤维下游应用较为分散，各产业应用蓬勃发展，风电叶片、航空航天、体育及汽车为主要应用领域。按用量计，风电叶片近年来快速发展，现已成为全球第一大碳纤维消费市场，2020年需求量3.06万吨占比29%，航空航天、体育休闲及汽车分别占比15%、14%和12%。值得关注的是，若以金额计，航空航天产业以9.87亿美元排名第一，占比高达38%，体现出航空航天领域碳纤维产品的高产值，而风电叶片虽用量大，但其使用的碳纤维是低成本的大丝束产品，因此金额计占比仅约16%。

航空航天领域产品具备高附加值，大丝束产品份额持续提升。上文提到，小丝束碳纤维产品生产工艺要求严格且难度大，生产成本较高，故多用于航空航天等高科技及高附加值领域，航空航天领域产品单价约60美元/吨。而大丝束产品性能相对逊色但胜在生产成本低，以风电叶片为代表的碳纤维产品单价低至14美元/kg，因此在风电、电缆等基础工业领域需求旺盛，2020年大丝束产品需求占比约45%，较2019年提高2个PCT。未来在风电领域高景气叠加对部分小丝束产品替代的推动下，大丝束产品份额有望进一步提升。

2.1.2我国碳纤维需求存在结构性改善机遇

我国碳纤维行业进入快速发展期，需求增长显著。我国碳纤维行业目前已逐渐步入快速发展期，相关能源产业竞争优势明显，在“双碳”政策目标指引下，风电、光伏、氢能等产业有望迎来加速发展，碳纤维市场空间广阔。根据赛奥碳纤维数据，我国碳纤维需求从2008年的0.8万吨增长至2020年的4.9万吨，期间CAGR高达16%，明显高于同期全球增速。此外，我国碳纤维需求总量全球占比也在不断提高，2020年达到45.7%，较2008年提升近23个PCT。预计到2025年，我国碳纤维需求量将达15万吨，5年CAGR达25%。

风电叶片、体育为我国碳纤维主要应用领域，需求结构差异蕴含机遇。受益于下游风电领域需求拉动，风电叶片已超过体育休闲位列我国第一大碳纤维消费市场，2020年需求占比41%。相较于全球碳纤维需求分布领域的多点开花，我国碳纤维需求分布集中于中低端领域，风电叶片与体育休闲合计占比达71%，当前民用需求领域具备更强的成长性，而航空航天、汽车、电子电气等高端领域需求合计占比不足10%，结构性差异明显。未来伴随我国碳纤维产品国产化率以及产业链供应能力的进一步提升，碳纤维需求结构将逐步向全球范围更成熟且附加值更高的消费结构靠拢，相关高端产业领域蕴含转型发展机遇，未来航空航天、风电叶片、汽车等领域有望成为国内最大的需求增长点。

2.2始于军用，先进材料应用方兴未艾

一代材料造就一代装备，碳纤维复材驱动航天事业发展。航天事业的发展,与机体材料、结构材料、发动机材料以及各类组件材料的创新化应用密不可分，使用先进材料,是实现航天器材高性能、轻量化、长寿命、低成本的重要保障。碳纤维复合材料作为先进材料的典型代表，贯穿整个先进复合材料的发展历程，是目前航天器结构应用范围最广、技术成熟度最高的先进材料，同时也是实现航天器结构轻量化、多功能化的关键材料。目前航天器结构用碳纤维以高强高模PAN基碳纤维为主，树脂基体已逐步采用耐热性更好、吸湿率更低、尺寸稳定性更高的高性能氰酸酯来代替传统的环氧树脂。与其他航空航天金属复材相比，碳纤维复材拥有更高的比强度、比模量以及更轻的重量，同时碳纤维复材的耐高温性非常好，机件在使用过程中能够承受温度交变的影响而不产生材料性质变化，为碳纤维复合材料在航空航天领域的广泛应用打下了坚实的基础。

将碳纤维先进复合材料应用于航空航天领域，可以实现：（1）装备大幅度减重，降低能耗的同时可增加有效载荷，且由于零件和紧固件较少，装配成本进一步降低；（2）优异的力学性能；（3）具备在高低温环境下以及腐蚀性介质中的尺寸稳定性；（4）材料结构可设计，实现结构功能一体化；（5）可满足不同的性能需求，如电磁屏蔽、热烧蚀防护等。

碳纤维复合材料经历飞机承力部件应用变迁。航空飞行器长期的发展目标是：轻量化、高可靠性、长寿命、高效能。碳纤维复合材料凭借优异的高模轻量、耐高温性、抗疲劳性及阻燃性等特点，不断满足航空领域涌现的材料升级需求。碳纤维复合材料作为飞机结构件材料可使结构质量减轻30％~40％，其应用已从最初的前机身段、机翼外翼、整流壁板等次承力结构逐步发展到当今的机翼、机身等主承力结构。采用碳纤维复合材料不仅可实现构件轻量化和设计自由化，还可在实现整体成型的基础上减少零件数量（零件使用减少61.5%，紧固件使用减少61.3%），降低生产装配成本，并进一步提高生产效率。

碳纤维及复合材料对军用飞机性能提升显著。为满足新一代战斗机对高机动性、超音速巡航及隐身的需求，军用战斗机于80年代开始大量采用复合材料结构。通过在军机主结构、次结构以及特殊部位等方面的应用，碳纤维复合材料的结构减重和功能化应用能够给军用飞机带来机动性、作战半径、滞空时间、飞行速度等众多指标的提升。对于现代军机而言，应用碳纤维复合材料带来的性能提升至关重要。

军用航空领域对碳纤维的应用领先于民航领域。碳纤维复合材料作为新一代国防装备的战略基础材料，加速发展相关的技术及应用是提升国防实力、保持军事地位的重要前提，因此碳纤维在军用领域的应用及发展均领先于民用航空领域。同时，伴随生产工艺及产品性能的持续提升，碳纤维复合材料应用领域不断拓宽，并进一步延伸至涡轮发动机等军用航空应用领域。

碳纤维复合材料用量已成为衡量军用装备先进性的重要标志，未来我国军用航空领域对碳纤维的需求驱动主要来自两大方面：（一）我国军用飞机数量及更新换代需求提速；（二）单机碳纤维复合材料的使用比例持续提升。

据FlightGlobal，目前我国有约60%的军用飞机面临退役，战斗机将进行快速更新换代，以三代、四代战斗机为标志的新一代空战力量将逐步占据主流，新机型批量生产有望加速。由于碳纤维复合材料在结构轻量化中无可替代的材料性能，其在战斗机上的用量持续提升。上世纪70年代初，美国第三代战斗机F14A上的碳纤维复合材料的用量占比仅有1%，至2000年第四代战斗机F35的碳纤维复合材料用量占比已提高至36%，在最新一代欧洲台风战斗机的占比更是达到70%，碳纤维复合材料的用量已经成为衡量军用装备先进性和可靠性的重要标志。未来伴随我国新型战机的换代升级加速，单机碳纤维复合材料的使用比例有望持续提升。

2.3强于民用，多点开花打开广阔空间

2.3.1风电领域：“海风徐来”，叶片大型化趋势如火如荼

全球碳中和推动风电装机逐年走高，海上风电增速将领先于陆风。碳中和目前已成为全球共识，各个国家和地区相继出台能源转型时间表，意图在新一轮的能源革命中占得先机。风能作为一种取之不尽、环保清洁的能源拥有无可比拟的生命力与发展潜能，在当前全球碳中和的合力推动下，风电装机热度逐年走高，2020年实现累计风电装机量743GW，十年CAGR达14%。2020年全球新增风电装机量93GW，其中陆上风电占比93%，海上风电占比约7%。考虑到全球各国能源转型的紧迫性以及在风电领域持续的资金、政策加码，全球风电装机量在“抢装潮”退去后仍有望保持高速增长态势。根据GWEC，2025年全球新增风电装机量预计将突破112GW，其中海上风电占比将超21%，未来4年海风新增装机量复合增速（21%）将显著领先于陆风（4%）。

中国风电装机贡献主要增量。我国于2020、2021年分别经历陆上、海上风电“抢装潮”后，预计后续风电装机量增长将逐步回归正常水平。我国历年新增风电装机量约占全球同期新增装机量的40%-50%左右，2020年更是高达70%以上，为全球风电增长的主要贡献力量。2020年中国新增装机量72GW，实现累计风电装机量282GW，近十年CAGR高达25%。

海上风电资源禀赋显著，风电开发重点逐渐向海上风电转移。与陆上风电相比，海上风电具有十分突出的资源禀赋：1、海上风能资源更加丰富，平均风速比陆上风速高约20%，平均空气密度更高，发电效率更高。2、不占用陆地资源，远离居住地，受噪音、电磁波等问题限制少。3、处于用电需求更大的沿海地区，供电成本更低。全球主要国家和地区相继出台系列政策推动海上风电发展，2030年前海上风电装机量将持续增长。

制约海上风电发展的关键问题在于成本，降本的关键举措在于单机容量大型化。海上风电建设成本主要包括风电机组、电力设施、安装工程、地质勘查费用、海上桩基和财务费用，其中风电机组和安装工程占比最大，合计超过52%。根据《平价时代风电项目投资特点与趋势》，在同等装机规模下，当单机容量由2WM升高至4.5WM时，项目成本逐渐降低，其中，当容量高于3WM时，成本将显著降低。在给定100MW项目容量下，在单机容量由2WM升高至4.5MW的过程中，静态投资由6449元/千瓦下降到5517元/千瓦；LCOE由0.3451元/千瓦时下降到0.2983元/千瓦时。

单机容量的大型化之所以能够实现成本的降低，一方面在于全寿命周期风电机组发电量随着单机容量的提升而增加，进而实现度电成本的降低。另一方面，在同等项目规模下，随着单机容量的提高，在风电机组台数减少所带来的经济效益影响下，风电机组的单瓦制造成本不断下降。在可预见的未来，海上风机装机容量将不断提高以实现降本增效，且在成本因素推动下，海上风机的单机容量将较陆上风机表现出更加明显的扩容趋势。根据GWEC预测，到2025年海上风机平均单机容量将达到15-17MW。

单机容量大型化带动风机叶片大型化。风机单机容量的提升对配套的叶轮直径提出了要求，额定功率达到10MW的风机要求配套具有200m以上风能直径的风机，过短的叶片无法发挥大功率机组的性能优势，相同风场下，扫风面积随风机叶片直径的增加而提升，进而提高了相应的风机发电效率。目前全球风机最大风轮直径已经从2010年的90m提升至2021年的220m，预计到2030年时最大风轮直径能够达到230-250m。我国新增风机平均单机容量从2008年的1214KW提升到了2019年的2453KW，相应的风轮直径也已由2008年的65m增加至2018年的120m。未来单机装机容量的不断上升将加速风机叶片大型化的趋势，叶片的发展趋势主要体现在长度更长、成本更低，材料更轻、强度更高等。

风机叶片大型化进程加快，碳纤维渗透率有望持续提升。玻璃纤维凭借其耐腐蚀性能优异、强度高、可设计性好以及性价比等优势，成为此前风机叶片的主流材料，然而随着叶片长度的增加，其质量将发生指数性上升。在当前叶片大型化的趋势下，若依然使用玻璃纤维，其质量的大幅增加将带来风机发电效率和力学性能的衰退，特别是在环境恶劣的海上，若使用过重的叶片将造成风机寿命的降低。同时碳纤维有着更高的弹性模量，进而减小了超大叶片在强风载下发生挠曲而击中支柱的可能性。

碳纤维主要以拉挤板形式应用于风电叶片主梁。与玻璃纤维相比，碳纤维的密度比玻璃纤维小约30%，风电巨头Vestas生产的V-90型3.0MW风机叶片已经实现了较玻璃纤维减重32%、降本16%的效果。根据美国Sandia实验室数据，将100米长的风电叶片主梁由玻纤替换为碳纤维后，碳纤维在叶片中的质量占比约12.4%，叶片总重下降幅度达28%，而材料成本仅提升约9%（风电用碳纤维价格约15美元/kg）。此前受制于碳纤维高昂的成本，碳纤维在风电叶片中的使用程度较低，未来随着风机叶片大型化的趋势加快，叠加大丝束碳纤维在民用领域成本的进一步降低，碳纤维在风电叶片领域的渗透率将持续提升。

维斯塔斯拉挤板专利面临到期，行业需求释放在即。值得一提的是，当叶片达到一定长度后，替换成更轻质的碳纤维复材将大大减小桩基、塔筒的载荷以及机组的质量，也将使得考虑安装运输和其他材料用量在内的综合成本降低，维斯塔斯的拉挤主梁工艺使得碳纤维的替代成本进一步降低。在2015年前，碳纤维主梁主要是将价格较高的小丝束碳纤维通过成本更高的真空灌注成型工艺来制备；而从2016年开始，维斯塔斯开始运用拉挤工艺生产主梁，这种成型工艺将此前使用的小丝束碳纤维替换为成本只有其50%-60%的大丝束碳纤维，同时将主梁主体受力部分拆分成标准件再一次组装成型，极大的提高了生产加工效率，使得碳纤维叶片的成本进一步降低。

2020年全球风电叶片碳纤维用量约3.1万吨，维斯塔斯提供了80%以上的市场份额，其中约90%用于叶片主梁。维斯塔斯的这项专利将于2022年7月到期，目前国内部分厂商已在新叶型上完成拉挤碳梁试制应用，据Sandia数据，2021年8-10MW风机使用碳纤维叶片的比例达到43%，而10MW以上风机渗透率达100%。后续专利保护期一旦结束，将会有更多的厂商使用此项技术生产碳纤维主梁，届时碳纤维在风电叶片领域的渗透率将进一步提升。

装机高增长叠加渗透率提升，我国碳纤维风电需求有望实现快速突破。参考全球风能企业联合发布的《风能北京宣言》，“十四五”期间将保证年均新增装机50GW以上，2025年后中国风电年均新增装机容量不低于60GW，到2030年中国风电装机总量达到800GW，到2060年至少达到3000GW，未来装机总量可期。当前碳纤维的实际应用量占整个叶片市场不到10%，而随着风机大型化趋势的加速，未来待装风机（尤其以海风为主）的平均装机瓦数与叶片长度将持续提升，碳纤维风电应用渗透率有望实现快速突破。根据我们测算，2025年我国国内风电碳纤维需求有望达到5.6万吨，2021-2025年CAGR可达59%，对应市场空间约56亿元，而全球风电叶片碳纤维需求有望于2025年达到10.6万吨。

2.3.2航空领域：“减重飞行”，民机需求释放在即

减重飞行是航空业永恒的话题。上文曾提及，飞机重量与运营成本、使用性能、飞行安全等因素息息相关，减重可以节省燃料，并提高航程和载重能力，提高民航经济效益。另一方面，减重在带来巨大经济效益的同时，亦可缓解航空业的碳排放问题：航空业碳排放增速居各行业之首，当前航空业碳排放占全球排放总量的2.5%，这一比例在2030年将上升至3.5%；长途飞行目前主要依赖于化石能源，清洁能源的替代在短时间内难以实现。考虑到经济效益和减碳两大目的，飞机减重成为迫切需求，质轻高强的碳纤维复合材料材料在民航领域拥有广阔舞台。

碳纤维复材较航空金属合金材料性能更优，被广泛应用于飞机各级结构。与传统航天金属合金材料相比，碳纤维复合材料有着更高的比强度、比模量、抗疲劳特性及耐腐蚀性，能够承受飞机在高速飞行时的压强及气候条件。航空领域碳纤维复合材料主要采用热压罐成型工艺，碳纤维复材的良好成型性可以使结构设计成本和制造成本大幅度降低。目前碳纤维复合材料已经成功在飞机机身、机翼、发动机风扇叶片及外壳、发动机机舱、引擎舱材料等各级结构和机体内饰部分得到大规模应用。

大型民用飞机中，碳纤维复材用量已超50%。在航空航天碳纤维需求中，商用飞机的需求占比已超过50%。随着民用飞机的更新换代，碳纤维复合材料在飞机上的应用也逐渐增加，其中波音B787、空客A350上的碳纤维复合材料用量已经达到甚至超过50%，取代铝合金成为用量最多的材料。我国自主研发的C919大型客机，实现了先进材料在国产民机中的首次大规模应用，整机碳纤维复合材料用量超过12%，后期有望进一步提升至25%。未来与俄罗斯联合研发的CR929碳纤维复合材料用量将达50%以上。

后疫情时代，民用航空业有望迎来复苏拐点。自疫情以来，全球民用航空的出行需求遭受重创，据蒂尔集团数据，2020年全球航空客运量较2019年下降了约63%，波音及空客对应削减了相关复合材料飞机的产能以应对需求衰退。随着疫情常态化的趋势以及全球疫苗接种率的提高，后续民航出行需求有望逐步复苏，基于疫情及航空领域复杂且滞后的特点，预计民用航空于2024年左右或可恢复到2019年的需求水平。根据赛奥碳纤维预测，2025年全球航空航天业碳纤维需求将达到2.6万吨，五年CAGR达10%。

根据波音公司发布的《中国民用航空市场展望》，过去十年全球航空业25%的增长来自中国，未来20年内这一趋势将延续，至2040年中国的新飞机交付数量将超过8000架。商飞的预测则更加乐观，2040年将超9000架，届时我国将成为全球最大的航空市场。在飞机轻型化的发展趋势中，必将带动民用航空业碳纤维的强劲需求。

国产大飞机订单释放，驱动碳纤维复材需求持续提升。目前我国六架C919试飞机全部首飞成功，首架订单预计于2022年初交付，当前订单总量已超过1000架（包含意向订单）。CR929客机已于2021年9月开工建造，2025年或可实现首飞。按照每年100架的产能估算，未来二十年时间里，预计我国C919和CR929大飞机将分别增加2000架和500架，对应碳纤维需求将达9500吨，年均需求473吨。随着国产客机商业化进程的不断深入，国产飞机将逐步实现对进口替代，并提升国产碳纤维及其复合材料的需求空间。

2.3.3汽车领域：“轻装上阵”，轻量化需求带动渗透率提升

碳纤维复合材料对于节能、减排、提续航效果显著。与航空业类似，汽车工业的轻量化可带来极大地经济效益与性能提升。根据欧洲铝协数据，当汽车质量降低10%时，可以将能源使用效率提高6%-8%，百公里排放降低10%，轮胎寿命提高7%。对燃油车来说，当汽车质量减轻100KG时，可以节省0.3-0.6L/百公里油耗，进而减少10g/km的二氧化碳排放；而对于新能源汽车，100KG的减重相应可以增加其续航能力约6%-11%。此外，对于氢能汽车来说，部分型号储氢瓶已开始使用碳纤维材料，与传统Ⅰ型瓶、Ⅱ型瓶相比，Ⅲ型瓶、Ⅳ型瓶大幅提高了储氢瓶所能承受的压强和储氢密度，这意味着在同等容积下能够储存更多的氢气，进而提升汽车的续航里程。

碳纤维复合材料在提升结构力学性能的同时，使得车身整体质量大幅下降。与普通钢材相比，碳纤维复合材料能减重约60%，与力学性能相对较差的轻质材料镁铝合金相比也能提升10%-20%的减重效果。同时，碳纤维复合材料的优良耐腐蚀性和阻燃特性使得其进一步成为新能源汽车轻质动力电池箱的理想替代材料，2020年德国西格里分别与宝马集团、蔚来汽车等公司合作，批量制造电动汽车电池盒。在全球新能源汽车渗透率快速提升的当下，碳纤维需求将逐步获得释放。

应用车型不断增加，车身结构或将成为未来最大应用部位。20世纪50年代的F1赛车是汽车领域最早使用碳纤维复合材料的车型。随着相关制造工艺的改进与完善，碳纤维复合材料逐渐实现了由专业赛车到高性能豪华车再到大众化汽车的渗透，其中最早应用碳纤维复合材料且批量化生产的大众化车型是宝马i3，其车身主体的life模块采用碳纤维复合材料，实现了250-350公斤的减重。当前碳纤维复合材料主要应用于隔音板、前端支架、车身底盘和座椅结构，随着未来应用成本的进一步降低，碳纤维复合材料或将在车身结构、底盘部件、转向及悬挂系统等部件实现大规模应用，其中车身底盘结构的使用比例有望从目前的13%提高到55%。

碳纤维复合材料渗透率有望随制造加工成本的降低而进一步提升。虽然碳纤维复合材料在车身减重、力学性能等诸多方面均具有显著优势，但目前制约其大规模应用于车用材料的因素仍在于其成本和加工难度较高。其价格高于玻纤复合材料十倍之多，相较于高强度钢和镁铝钛合金也有明显的差距，同时较高的工艺难度也限制了其快速连续生产过程，因此目前使用碳纤维复合材料的车型仍以高端车型为主。

目前“汽车制造商＋CFRP零部件供应商”的新型产业化联盟模式已开始兴起。如Prodrive公司及宝马在生产i3时均积极通过与CFRP制造企业开展合作，有效的降低了碳纤维部件制造加工成本。此种合作模式下，RTM工艺被广泛应用，整车生产逐步实现模块化，零部件数量比传统金属零部件减少2/3，组装节奏变得非常快，总装生产线长度相应大幅减少，并使得总装线的投入成本显著降低。近年来不断诞生的新型成型工艺如HP-RTM、T-RTM等也使得原有成型工艺不断升级优化。在车用碳纤维复合材料生产组装中，材料成本约占30%，随着该联盟模式的崛起，我们预计未来碳纤维复合材料零部件的生产组装成本有望逐步降低，其在车用材料中的渗透率预计将持续提升。

车用碳纤维需求快速增长，预计到2024年将超2万吨。根据中汽协的预测，未来五年新能源汽车产量仍将保持较高的增长速度，2025年全球和中国新能源汽车产量将分别达到1800万辆和800万辆。根据《节能与新能源汽车技术路线图(2.0版)》的规划，2035年预计燃油乘用车整车轻量化系数将降低25%、纯电动乘用车整车轻量化系数降低35%。考虑到新能源汽车减重需求持续提升以及车用碳纤维复合材料加工制造成本不断的下探，未来车用碳纤维需求保持高速增长，据赛奥碳纤维预测，按照10%的CAGR，预计2025年全球车用碳纤维需求将达到20226吨。

2.3.4体育领域：“全民运动”，体育休闲大有可为

我国体育休闲行业碳纤维需求量大，高尔夫球杆、自行车和钓鱼竿为主要应用方向。体育休闲领域是碳纤维最早应用的领域之一，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，体育休闲在2020年全球碳纤维应用中的需求占比达14%，而在我国的需求占比达到近30%。产品类别广泛，以3K、12K等小丝束为主，单价较稳定。

碳纤维的优良特性十分契合运动过程中对体育器材的特殊要求。首先，碳纤维复合材料轻质高强的特性使其适合应用于训练承受强度大但有轻质要求的体育器材，如曲棍球杆等；其次，其特殊的微观裂缝结构使其具有很好的减震性能；最后，碳纤维复合材料具有很高的安全性，当载荷超出承受范围时并不会发生直接的断裂，即使部分结构断裂也不会使其他碳纤维无法施展性能。因此，碳纤维复合材料在体育运动行业获得了广泛应用，其中高尔夫球杆、自行车和钓鱼竿为最主要的应用方向，三者合计占比75%。

运动人数的上升和对器材要求的提高，驱动碳纤维需求稳定增长。在“健康中国”战略的持续推动以及人们健康意识不断提高的背景下，全民运动时代正在到来，近年来我国经常参加体育运动人数逐年上升，2020年已达到4.35亿人且增速不断增加。使用性能优越的体育器材能够获得更好的运动体验，运动人数的增加会提升体育用碳纤维复合材料的需求。根据赛奥碳纤维预测，2025年体育休闲领域碳纤维需求将稳定增长至19655吨，五年CAGR为5%。

三、国产替代正当时，我国碳纤维迎来发展机遇期

受限于碳纤维关键生产技术匮乏及进口设备适配性不强，我国碳纤维行业长期存在“有产能，无产量”的现象，目前全球碳纤维实际产能集中在日美企业。2020年以来受疫情影响，碳纤维进口难度增加，叠加日本、美国等主要碳纤维供应国收窄了对国内碳纤维的供给，导致国内需求缺口持续扩大。外部多变的环境与内需旺盛的需求，在对我国碳纤维产业提出更高要求的同时也带来了更具确定性的发展契机，国产替代产品的质和量均将得到进一步提升。

3.1国内供需缺口持续扩大，碳纤维实际产能仍集中于日美企业

全球碳纤维运行产能稳步增长，我国实际产量较低。从产能分布来看，全球碳纤维运行产能（处于正常生产状态且具备生产能力）稳步扩张，2020年达到17.2万吨，其中美国产能占比22%位列第一，中国大陆和日本产能占比分列第二、三名，三者合计占比60%。虽然我国运行产能占比达到21%，但由于较多国产碳纤维企业尚未实现关键技术突破，核心设备多为进口且适配性不强，生产线运行及产品质量不稳定，致使实际产量仅约1.8万吨，产能利用率不足60%，长期存在高产能、低产量的现象。

碳纤维实际产能仍集中于日美企业。从企业产能份额占比来看，全球碳纤维市场依然为日、美企业所垄断，其中：（1）小丝束市场以日本企业（东丽、东邦、三菱）为主，CR3达49%，目前碳纤维核心生产技术主要掌握在日本公司手中，产品主要应用于航空航天等高端领域，日本东丽作为全球高性能碳纤维龙头企业，其在小丝束市场的份额占比超过26%。（2）大丝束市场以欧美企业（赫式、西格里）为主，CR3高达98%，美国产业链生态完备且生产要素具备全球优势，产品主要用于航天军工企业，其中赫式市场份额占比近60%。

海外供给收紧，国内供需缺口持续扩大。2020年以来，全球新冠疫情影响持续扩散，全球贸易整体受到较大冲击，运力紧张且不确定性强，国外碳纤维出口国内的难度逐渐加大，国内碳纤维市场供不应求。国内碳纤维主要进口来源国为日本和美国，二者合计占比近40%，2020年底至2021年初，日本、美国先后加强了对碳纤维出口中国的政策管控，其中东丽因向未获日本《外汇及外国贸易法》许可的中国企业出口碳纤维而被实施行政处罚与出口禁运，美国对碳纤维等关键产品供应链进行出口审查以免于未来面临产品短缺，导致海外碳纤维供应能力进一步收紧。国内碳纤维供需缺口自2013年以来持续扩大，并于2020年增至约3万吨，以T700级小丝束产品为例，产品价格由2020年初的140元/千克上涨至2022年初的260元/千克，期间涨幅近86%。

3.2国产替代正当时，碳纤维产业具备崛起的主观能力与客观基础

我国碳纤维产业具备崛起的主观和客观基础。基于碳纤维及其复合材料在国防和民生中的重要作用，我国军用装备更新换代和以风电为代表的民用领域快速发展所带来的碳纤维旺盛内需，与海外供给的收缩和不确定性形成鲜明反差，也为我国碳纤维产业的国产替代之路奠定了客观基础。从制度层面来看，我国已将碳纤维列为国家重点支持的新兴产业，并于2015年起陆续出台了一系列关于碳纤维及其复合材料的产业支持政策，为碳纤维行业的蓬勃发展提供了强有力的政策支持。从公司层面来看，下游行业对国产替代产品的接受度不断提高，同时各厂商的技术工艺、产品性能及产业链整合能力持续加强，国产碳纤维产品具备“提质、增量、降本”的主观能力。

3.2.1政策：鼓励支持，持续引导

资金、政策扶持，我国碳纤维产业化成效初现。我国碳纤维研究与日本同时起步，但受制于自身研发基础与条件薄弱，而日美等国又对相关核心技术进行垄断与封锁，我国碳纤维研发项目几近停滞，生产技术和装备水平整体落后于国外。碳纤维是关系到国计民生的战略性新兴产业，为实现军用和民用关键装备的自主可控，自2000年至今，国家密集出台多项专项资金和产业政策来支撑碳纤维产业的发展。经过十余年的建设和研发，我国碳纤维打破了国外技术、装备封锁，产业化取得初步成效。

一方面，国家专项资金支持碳纤维及复合材料产业化生产及应用，已累计支持碳纤维及复合材料产业化项目百余项，支持范围覆盖了碳纤维、碳纤维复合材料及制品应用的全产业链，奠定了我国碳纤维产业从无到有、从弱到产业壮大的发展基础和物质保障。

另一方面，国家及地方政府相继出台了一系列关于碳纤维及其复合材料的产业支持政策，明确高性能碳纤维行业的发展重点和目标，持续引导并提升相关的生产和应用技术。此外，科技部、财政部等国家部委通过“973计划”、“863计划”、科技支撑计划等多项科技计划，支撑高性能碳纤维行业的基础研究、产业化及工程应用。

3.2.2提质：技术突破，自主创新

我国碳纤维专利申请快速提升，技术创新不断突破。我国专利制度于1985年建立，1985~2000年我国碳纤维专利技术进入萌芽期，年均专利申请量不超过5件。2000年之后，我国碳纤维技术迈入快速发展期，碳纤维专利申请量急速增长，2010年之后年均专利申请量超过300件，增速显著领先于全球。由于专利从申请到公开有较长时间的滞后期，因此近两年专利申请数据有所回落。

设备方面：基于瓦森纳协定，各成员国承诺不向非成员国（包括我国在内）出口该协定清单中列出的高端技术、先进材料以及军民两用产品，通常发达国家只会把落后一代甚至两代的产品出口给国内厂商，即使某些先进设备能够绕过重重关卡审批进口至国内，但是工艺适配性差，也难以发挥原有价值。随着我国碳纤维专利研发的进度加快，部分卡脖子的设备领域不断实现技术突破，以光威、中复神鹰和中简科技为代表的碳纤维产品供应商已可自行设计、制造包括氧化炉、碳化炉在内的核心设备；以精功科技为代表的碳纤维整线设备供应商已可完成国产化千吨级碳纤维生产线的整线设计与制造，部分核心设备预氧化炉、碳化炉首次出口韩国，部分关键技术指标已达国际先进水平。

技术方面：拉伸强度和拉伸模量是衡量碳纤维性能的两大核心指标。在高强度产品方面，目前国内主要碳纤维厂商基本实现了对日本东丽主要碳纤维型号的对标，产品覆盖T300、T700、T800及T1000等高强及高强中模型产品，部分厂商产品性能已优于东丽同型号产品。在高模量产品方面，目前国内已经形成了M40J、M55J级高模量碳纤维工程化技术，并突破了M60J、M65J级高模量碳纤维实验室技术，国内部分科研院所与企业的联合技术攻关有序推进，技术差距逐步缩小。

以恒神股份为例，旗下HF40级碳纤维采用干喷湿纺工艺，其工艺技术主要是自主研发，在该产品的原丝生产工段，创新性地采用了高速纺丝下的高效水洗技术和蒸汽高倍牵伸技术，保证了产品的高强度；HM37级碳纤维基于HF40技术基础研发而成，采用了超高温石墨化技术及新型表面处理技术，使得产品模量得以进一步提升。

除强度和模量之外，原丝质量均一性指标CV值，也是衡量碳纤维质量稳定性的关键指标。产品CV值会对后续工艺的连续性和产品性能的一致性造成重要影响，CV值越低，表示产品质量越一致、越稳定。以中简科技为例，旗下主要产品ZT7系列碳纤维已具备优异的CV值，其质量稳定性已优于东丽同级别T700S级碳纤维，实现了材料质量稳定性与高性能的紧密结合。

3.2.3增量：扩产加速，增量可期

龙头扩产加速，国产化率持续提升。根据赛奥碳纤维统计，2020年我国主要厂商原丝产能约10.5万吨，碳纤维产能3.62万吨，实际产量1.85万吨，产能利用率约51%，部分正常开车企业的产能利用率已达90%以上，整体来看我国已趋近国际水平的达产率。2020年我国碳纤维自给率38%，已初步摆脱了完全依赖进口碳纤维及原丝等产品的被动局面。未来全球碳纤维行业的产能增量主要由我国厂商贡献，随着后续产能的陆续释放，2025年我国碳纤维产量有望达到8.3万吨，届时国产化率将进一步提升至55%。

此前国内碳纤维生产主要以小丝束碳纤维为主，自产自销的小丝束碳纤维主要应用在军工等高附加值领域上。从当前在建产能产品结构来看，我国厂商在大丝束碳纤维上布局加速，产品多聚焦于50K大丝束产品，在民用以及工业级市场拥有极大发展潜力。

3.2.4降本：规模优势，成本下行

对碳纤维产品来说，国内厂商的降本空间来源于：（1）工艺技术优化带来的原料单耗降低；（2）规模效应优势带来的生产成本下行。

碳纤维原丝约占碳纤维生产成本的一半左右，丙烯腈价格有望保持稳定并进一步下降。原丝制备是碳纤维产业链的关键环节，其性价比与供应稳定性直接影响碳纤维产品的质量和成本。质量过关的原丝是产业化稳定生产的前提，如果原丝的分子结构和聚集态结构存在不同程度的缺陷，将严重影响碳纤维的质量和性能。而原丝成本将在很大程度上决定碳纤维产品成本，并进一步影响到碳纤维应用领域的延伸。

根据中复神鹰披露，若包括丙烯腈在内的直接材料价格上涨5%，公司主营业务毛利率将下降2.84PCT。据隆众资讯，2021年国内丙烯腈年产能约290万吨，随着斯尔邦二期以及浙江石化等新产能的陆续释放，供给不足现象已有所缓解，丙烯腈价格也于1.66万元/吨的阶段高点逐步回落至1.35万元/吨。2022年国内预计新增丙烯腈产能98万吨，丙烯腈价格有望相应下行。

工艺技术优化带来原料单耗降低。丙烯腈在直接材料成本中占比超70%，根据中复神鹰及吉林碳谷披露，1吨碳纤维需消耗2.0~2.2吨聚丙烯腈原丝，1吨聚丙烯腈原丝的丙烯腈单耗为0.98吨，即生产1吨碳纤维的丙烯腈理论单耗约1.96吨。经过长期的技术研发与工艺优化，各主要碳纤维公司的产品性能、一级品率逐步提升，原料单耗逐步下降，与理论耗用量逐步趋同：

规模优势效应带来生产成本下行。随着各碳纤维厂商生产工艺的持续优化与技术的不断突破，各企业产能持续扩张，规模效应逐渐显现。据《碳纤维产业化发展及成本分析》统计，原丝和碳纤维的生产成本同生产规模呈反比，非直接生产因素占比在不断增加生产规模和产量的情况下会逐渐减小，大规模原丝（3000t/a）和碳纤维（1000t/a）直接生产费用分别是小规模原丝（250t/a）和碳纤维（100t/a）直接生产费用的61%和47%。即通过规模化生产可使碳纤维生产成本得以有效降低。

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