1/34 2024 年 1 月 22 日 行业|深度|研究报告 行业研究报告 慧博智能投研 碳纤维作 为一种 轻质、高强度 的先进 材料，近年来 在各 个领域展 现出了 广泛的 应用前 景。随 着科技 的不断创新和 社会的 不断进 步，碳 纤维行 业成为 了全球 经济 的热门领 域之一。目前 碳纤维 行业已 步入高 速增长期，国 产替代 进行时，降本 实现平 价成为 带动下 游应 用拓展的 重要方 式。未 来，随 着碳纤 维技术 的不断成熟和 产业链 的完善，预计 碳纤维 行业将 迎来更 广阔 的发展前 景。下面 我们将详细介绍碳纤 维行业的概念及分类等基本知识，同时分析目前碳纤维行业的现状和 发展趋势。接着 我们 将对于 碳纤维 行业的 产业链、行业 壁垒以 及相 关公司 进 行详细 的梳理，对未 来进行 展望。希望通过 这些 介绍，能够启 发大家 对碳纤 维行业 的了解。目录 一、碳纤 维 概述.1 二、行业 现状及 趋势.3 三、降本 途径.7 四、产业 链及行 业壁垒 分析.12 五、相关 公司.28 六、未来 展望.33 七、参考 研报.34 1 碳 纤维(Carbon Fiber)是一种丝 状碳素 材料，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，直径 5-10 微 米，含 碳量高达 90%以 上。碳纤维 力学性 能优异，同时具 有轻质、高强 度、高 弹性模 量、耐高低温、耐腐 蚀、耐 疲劳等 优异特 性，广 泛应用 于航 空航天、国防、交通、能源、体育休 闲等领 域。2/34 2024 年 1 月 22 日 行业|深度|研究报告 2 1 世界碳纤 维产业 已形成 了 黏胶基、沥青基 和 聚丙烯腈基 三大原料 体系，其中黏 胶基和 沥青基 碳纤维 用途较单一，产量也 较为有 限，而 聚丙烯腈基碳 纤维兼具良 好的结构和功能特 性，是碳纤维 发展和应用 的主要品种。2 碳纤维按纤维数量 不同可分为小 丝束和大丝 束。小丝 束 性能优异，但成 本较高。碳纤 维的开 发起初 应用于航空航 天领域，小丝 束性能 更能满 足航空 航天、军工 复材的 需 要，但 受成本 制约，难以在 风电叶 片等领域实现 推广应 用。大 丝束在 保持碳 纤维优 良性能 的前 提下，通 过提高 单线产 能，大 幅降低 成本，打开碳纤维广 泛运用 于工业 和民用 领域大 门。小丝束碳纤维性能 优异但价格较 高，大丝束 碳纤维性能 相对较低但成本亦 较低。相比小 丝束，大丝 束碳纤维最大的优势就 是在相同的生 产条件下可 大幅度提高 碳纤维的单线产能，实现生产的 低成本化。而且在复合材 料制备 过程中 的铺层 效率也 更高，生产成 本能 降低约 30%以 上，有 助于打 破碳纤 维因价 格较高带来的应 用局限，为碳 纤维复 合材料 进一步 拓展应 用市 场奠定基 础。3/34 2024 年 1 月 22 日 行业|深度|研究报告 3 根据不同 的强度 和模量 的力学 性能分 为高强 型、高 模型、超高强 型、超 高模型。作为 碳纤维 龙头，日本东丽制定的 T 系列和 M 系 列性 能指标 是实践 中被运 用最 广的分类 指标。航天航 空领域 往往要 求材料 更轻、力学 性能更 好，因 此多采用 T300-T800 强 度的碳 纤维，而 民用如 风电、体育领 域则多 采用 T300强度的碳 纤维。1 1 PAN 基碳纤维的生产起步于 20 世纪 60 年代，日美领 先。日本高 度重视 高性能 PAN 基碳 纤维及 能源和环境友 好相关 技术开 发，培 育出了 东丽、三菱 等 一批 碳纤维行 业领军 企业。1988 年，美国 国会通 过法令，军用碳纤维所用聚丙烯腈原丝要逐步实现自给，由此扶持了 赫氏、氰 特 等本土碳纤维企业的发展。上世纪 90 年代卓 尔泰克 开始研 发并推 进低成 本大丝 束 在工业领 域的应 用，形 成了高 性能小 丝束和 低成本大丝束 两种技 术路线，2014 年，卓 尔泰克 被东丽 收购。目前，世界碳 纤维技 术仍主 要掌握 在日本 公司手中，其生产 的碳纤 维无论 质量还 是数量 上均处 于世 界领先地 位，日 本东丽 更是世 界上高 性能碳 纤维研究与生 产“领头 羊”。我国碳纤维工业总 体上与日本碳 纤维的研发 同步进行，经历了长期低水平 徘徊、技术转 型和快速发展 3个阶段。依靠长期 自主研发，打 破了国外技 术装备封锁，碳纤维产业化目 前取得长足进 步。4/34 2024 年 1 月 22 日 行业|深度|研究报告 2 2021 年，中国首次超越美国成为全 球碳纤维最 大产能国。根据赛 奥碳纤 维，2021 年国 内碳纤 维产能6.34 万吨，占全 球总产能 20.76 万吨的 31%；2022 年中国碳纤 维产能 占比持 续提升，已达到 43%。国内企业已克服低 达产率瓶颈。产 能利 用率从 2015 年的 10.5%达到了 2022 年的 53.3%。国内碳纤维企业产能提升，多家企业逐鹿碳纤维行业。以 吉林化纤、中复神鹰、光威复材 等企业 为代表，多家企业 布局包 括碳纤 维原丝、碳纤 维在内 的产能。5/34 2024 年 1 月 22 日 行业|深度|研究报告 3 国内碳纤维需求仍依赖进口，但进口比例明显 降低。根 据赛奥碳纤维，2021 年中国碳纤维需 求仅 46.9%来源于中 国大陆，仍有超 50%依赖 进口；2022 年中国 碳纤维需 求来源 61%来自于 中国大 陆，进 口比 例降至 39%，但 仍存在 较大进 口替代 空间。根据赛奥 碳纤维 信息，2022 年，中国 台湾、韩国、德国 对中国 大 陆出口 均有不 同程度 降低，主要原 因是国产替 代；匈 牙利及 美国对 中国大 陆出口 降低，而墨 西哥大增，主要 原因是 匈牙利 因为天 然气短 缺的停产，卓 尔泰克 对中国 大陆出 口对比 2021 年 减少 8.2%，主要是 因为风 电市场 疲软的 原因；日本对 中国大陆出口 保持了 高增长，这充 分说明 了日本 产品的 竞争 优势及客 户忠诚 度。从 进口碳 纤维原 产地来 看：日本及韩 国主要 是小丝 束产品，美国、墨西 哥、匈 牙利、德国主 要是大 丝束产 品，而 中国台 湾则是 大小丝束兼顾。总体来看，随着国 产碳纤维供应 逐渐增加，我国碳纤维 进口量持续降低，出口则呈增长 态势。4 不同规格 碳纤维 价格均 呈下跌 态势，碳纤维在 T700 及 以下级别 的中低 端市场 展开比 较激烈 的价格 战。进口碳纤 维价格 则保持 了相对 稳定，未出现 明显下 滑反 而呈波动 向上的 走势，推测可 能由于 国内碳 纤维企业陆续 扩产，国内中 低端碳 纤维供 应由紧 缺到逐 步满 足需求，预计进 口碳纤 维以中 高端产 品为主，价格保持坚 挺。5 6/34 2024 年 1 月 22 日 行业|深度|研究报告 国内小丝束碳纤维初 步具备一定产业基础。以 光威复材、中复神鹰 等碳纤维企业 为代表，国内产品强 度、模量等性 能逐渐 向日本 东丽等国 际巨头 靠拢，已初步 实 现对领先 企业的 追赶和 对标。但国内小丝束碳纤 维仍有较大发 展空间，技 术突破是根 本要素。国内 小丝束 碳纤维 在规模、产品 质量稳定性、产 品牌号 丰富度、与下 游应用 的匹配 性等方 面仍 有差距，尤其是 高端产 品方面，未来 技术突 破仍然是关键。2 1 国内碳纤维龙头大 规模扩产，将 改变世界碳 纤维产能格 局。从全球 碳纤维 企业的 后续扩 产计划 来看，碳纤维产能 扩张主 要以中 国企业 为主。国内碳 纤维行 业目 前产能集 中度较 高，根 据百川 盈孚，2022 年CR4 为 67.3%。国产 碳纤 维厂商 扩产持 续推进，将改 变 全球碳纤 维供应 格局，国产碳 纤维迎 来发展 黄金机遇期。7/34 2024 年 1 月 22 日 行业|深度|研究报告 2 国际上长期只有日 本、美国等少 数国家拥有 并掌握大丝 束碳纤维生产技术。大丝 束碳纤 维技术 此前被 卓尔泰克、SGL 等欧 美、日 本企 业垄断，国内 除了 上海石化外，还 有 宝武碳业、兰州蓝星、新 创碳谷 等企业也在 积极开 展相关 研发工 作，吉 林化纤 在大丝 束领 域已有一 定产业 基础与 技术积 累。国内大丝束碳纤维 有望迎来大规 模突破，未 来持续技术 突破和降本增效将 是主旋律。以 吉林化纤 为 代表的大丝束 碳纤维 企业加 速扩产，国内 大丝束 供应持 续放 量。上海 石化建 设国内 首套万 吨级大 丝束碳 纤维国产线，并实现 首套大 丝束装 置中交，目前 我国大 丝束 有望逐步 迎来大 规模应 用。1 碳纤维生产成本 主要为原丝成本、能耗成本以及 设 备折旧。按照生产 流程各 环节拆 分：前 驱体、预氧化 以及碳 化处 理成本较 高，其 中前驱 体主要 包含丙 烯腈等 原材料成本与 原丝制 造成本，成本 占比最 高，而 预氧化 与碳 化处理需 要高温 和高能 耗，因 此成本 也较高。按照成本 构成类 型拆分：能源、原材 料、设 备成本 较高，占比分 别约 34.0%、19.2%和 18.2%。碳纤 维生产大量 使用原 材料丙 烯腈，根据吉 林碳谷 年报，每吨 原丝需要约 0.95-1.0 吨丙烯 腈；同 时生 产线设 备价值高，能耗大，因此 相应的 设备成 本和能 源成本 高。8/34 2024 年 1 月 22 日 行业|深度|研究报告 在碳纤维 产业链 中，下 游环节（碳纤 维制品、碳纤 维复 材）附加 值更高，以工 业领域 高端应 用的碳 纤维产业链为 例，上 游碳纤 维产品 平均价 格为 80140 元/千 克，预浸 料平均 价格为 120200 元/千克，而下游碳纤 维制品 平均价 格为 5001000 元/千克。从头部企 业毛利 率来看，从碳 纤维、预浸料 到碳纤 维制 品，产品 毛利率 逐渐提 高。2+9/34 2024 年 1 月 22 日 行业|深度|研究报告 1 规模效应降本：随 着生产规模扩 大，原丝与 碳丝单位生 产成本均呈下降趋 势。碳纤维规 模效应 明显，主要体 现在对 固定资 产和人 员成 本的摊薄：碳纤 维设备 价值高 导致前 期固定 资产投入较大，在碳 纤维生 产制备 过程中，即使 产线规 模处 于早期较 小状态，其辅 助工程、生产 装备甚 至生产人员需 一次配 齐，规 模扩大 有利于 固定资 产及人 员成 本摊薄；目前国内 企业中，年产 能破万 吨的有 吉林系、中 复神鹰 以及 新创碳谷，随着 头部企 业扩产 持续落 地，产能顺利 爬 坡，规 模效应 有望持 续显现，引导 单位生 产成 本不断降 低。2+原丝端降本：丙烯 腈价格稳中降 低、原丝规 模化及制备 工艺提升，有望推 动原丝成本降 低。丙烯腈价 格波动 会显著 影响原 丝生产 成本：根据吉 林碳 谷公告，以丙烯 腈为主 的原材 料占原 丝生产 成本比例超过 60%，原 丝制备 过程中 能耗需 求相 对碳化 能耗 需求较小，碳化 的过程 需要通 过高温 最高到3000；丙烯腈产 能释放 推动丙 烯腈价 格走低：国内 丙烯腈 的供 应商主要 为 中石化、中石油等，2015 年至 2019年丙烯腈 新增产 能较少，市场 供不应 求局 面 下价格 逐步 走高，2018 年 9 月达 1.93 万元/吨 的历史 高位。2019 年随 着江苏 斯尔邦 等新建 产能陆 续投产，供需 关系 得到缓解，丙烯 腈价格 波动下 降。根 据中国 石油和化学 工业联 合会预 测，2022-2023 年 中国有 138 万吨/年丙 烯腈 装置有 望投产，供过 于求下 丙烯腈价格仍有 进一步 回落空 间。原丝生产规模化+工艺进 步 降低 单吨丙 烯腈消 耗，有 望 推动原丝 成本下 降：原 丝生产 同样受 益于规 模化效应带来 的成本 节降，规模化 生产有 利于摊 薄固定 资产 折旧及人 员成本；工艺 进步降 低丙烯 腈单耗。工艺进步降 低丙烯 腈单耗：2018-2020 年吉 林碳谷 丙烯腈 单位消耗 量随着 工艺优 化而逐 年优化。其他成本保持不变情况下，原丝单吨成本 若下降 5000 元，折算 碳丝下降 1 万元/吨。10/34 2024 年 1 月 22 日 行业|深度|研究报告 3+能耗降本：电力成 本占比较高，低电价区域 比较优势+新能源配套降低电 力成本。碳丝企业 制造费 用占比 最高：根据中 复神鹰 成本拆 分，以丙烯腈 为主的 直接材 料成本 占比约 30%，而制造费用占 比约 50%，是公司 营业成 本的核 心构成；制 造费用 中电 力占比 最高，折旧次 之：细拆制 造费用，其 中电力 成本 占比最 高，约 占总成 本的 15-19%，其次折旧 成本占 比约为 总成本 的 12-14%。择址比较 优势明 显的区 域建立 新生产 基地：中复神鹰 与 光威复材 分别 在青海 西宁和 内蒙古 包头进 行产能扩张，当 地较低 的电力 价格相 对东部 高工业 用电价 格区 域有明显 的成本 优势；中复神鹰 2022 年单吨碳纤维电力 消耗约 3.04 万千瓦 时，当电价 由连云 港的 0.59 元/度 下降至 西宁的 0.36 元/度，电 力成本 大约可降低 0.70 万元/吨；配套新能 源基础 设施，提升可 再生能 源使用 比例：光伏、风电等 绿色清 洁能源 逐步替 代传统 能源的 使用也是降低 能耗成 本的方 式之一。4 设备降本：国产设 备具备价格优 势，有利于 降低前期投 入及后续折旧。碳纤维海 外垄断 体现为 工艺和 设备的 双重垄 断：碳 纤维 生产线由 放纱架、氧化 炉组、低温碳 化炉、高温碳化炉、表面处 理浴池、上浆 浴池、干燥机、卷绕 机等 组成。碳 纤维制 备工艺 和设备 对碳纤 维的生 产至关重要，决定了 碳纤维 的产品 质量，由于碳 纤维的 制备 工艺流程 复杂，涉及工 艺参数 较多，参数的 积累需要较长 的研发 周期，国外领 头企业 对该类 设备一 直实 施封锁禁 售；国产设备 实现突 破，国 产替代 空间较 大：精 功科技 为国 内碳纤维 生产设 备龙头，具备 千吨级 碳纤维 成套生产线供 应能力，弥补 国内市 场空白，根据 公司销 售合 同公告，公司单 套碳纤 维生产 线均价 约为 1.36-1.83 亿元，而 进口设 备造价 显著高 于国产 设备。11/34 2024 年 1 月 22 日 行业|深度|研究报告 5 工艺降本：增加单 线产能，降低 吨折旧、吨 能耗、吨人 工。碳纤维生 产线单 线年产 能与纺 丝速度、生产 线幅宽、良 品率相关，具体 计算公 式为：单线产量(t)=生产线锭数 纺速 线密度 年运行时间 良品 率。提升幅宽、纺速 可以提 升单线 年产量，以降 低单位 能耗 等成本：生产线 的纺速 与产品 品类和 生 产工 艺等有关，精 功科技 年产 1500 吨生产 线幅宽 跨度在 0.5-3m 之间，纺 丝速度在 6-12m/min，中复 神鹰已 实现单线年产 3000 吨高性 能碳化 生产线 的设 计和运 行，单线产能 国内居 首。提 升幅宽 和纺丝 速度会 影响纤维质量 和良品 率，以 及能耗 情况，所以如 何协调 炉宽、运行线 速度、良品率 等方面 以达到 生产线 稳定运行是设 备调试 的核心 壁垒。产能利用 率的提 升也能 有效提 高单线 产能：我国碳 纤维 产业发展 历程中“有产能、无产 量”现象 明显，主要系工艺 及设备 限制下 生产线 运行及 产品质 量极不 稳定，2022 年国内碳纤 维产 能利用 率达 53%，仍较海外有一 定改进 空间。头部企业 新建产 能落地，产能 爬坡期 后产能 利用率 有望 提升：2020 年以前 国内头 部碳纤 维生产 企业产能利用率 呈现稳 步上升 趋势，2021 年新建 产能落 地，运 行初期产 能利用 率有所 折损，随着产 能顺利 爬坡，产能 利用率 有望持 续提高。原丝到碳 丝的预 氧化阶 段最长 需要经 历近 60-70min 的 高温环境，所需 能耗最 大，通 过快速 预氧化 技术显著降低 其预氧 化时间至 35min，能 大幅 降低碳 纤维生 产的能耗 成本。12/34 2024 年 1 月 22 日 行业|深度|研究报告 碳纤维的产业链包 含从一次能源 到终端应用 的完整制造 过程，一般分为原 丝制备和碳丝 制 备两个阶 段，一般公司 也会按 照生产 环节将 生产车 间分为 原丝车 间、碳丝车间。其中 原丝制 备主要 包括聚 合、纺 丝工段，碳丝 制备主 要包括 预氧化、碳化 工段。制成碳 纤维 后，为进 一步提 升弹性 模量，还可石 墨化为 石墨纤维。碳纤维工 艺复杂，涉及 多种设 备，生 产条件 要求严 格，整个工艺 流程中 涉及技 术参数 控制点 3000-5000 个。从全 产业链 来看，中游 是核心 环节，技术、资金、设 备、产 品质量 门槛高。13/34 2024 年 1 月 22 日 行业|深度|研究报告 1 以聚丙烯 腈基碳 纤维为 例。丙 烯腈原 材料丰 富易得，可 从石油、煤炭、天然气 等化石 燃料中 制备得 到。由于国内 新增产 能不断 释放，2014-2022 年我国丙 烯腈 进口量逐 年下降，出口 量不断 上升。2022 年丙烯晴表观 消费达 270 万 吨，进 口为 10.4 万吨，出口达 到 21.7 万吨。随着 山东海江、浙江 石化 等新 产能陆续释放，国内 自给率 不断提 升。从历史价 格看，丙烯腈 价格基 本与原 油价格 走势相 一致，近年来 波动幅 度明显 减弱。此外，随着国 内近年来丙烯 腈产能 释放，国产丙 烯腈价 格从原 来高于 进口 价逐渐趋 近于与 进口相 一致。2 1 原丝质量是生产高 品质碳纤维的 关键。碳 纤维的 强度显 著依赖于 原丝的 微观形 态结构 及其致 密性，原丝品质缺陷（表面 孔洞、沉积、刮伤以 及单丝 间黏结 等），在后续 加工中 很难消 除。原丝本质是高性能 的聚丙烯腈纤 维（即腈纶），诸多碳 纤维巨头起源于化 纤和腈纶工业，积累 了工业 化生产碳纤 维的经 验。从生产环节看，从 丙烯腈制备原 丝要通过聚 合、纺丝两 个环节。原丝 的性能 取决于 其中聚 丙烯腈 分子的结构和排 列形式，其中 分子结 构的控 制主要 取决于 聚合 工艺，排 列形式 主要取 决于纺 丝工艺。14/34 2024 年 1 月 22 日 行业|深度|研究报告 1 聚合工艺主要包括一步法和两步法。一般来说，一步法 加工质量较高，两步法生产效率较高、成本较低。一步法指 丙烯腈 直接在 DMSO（二 甲基亚 砜）等 溶剂 中 聚合并制 成纺丝 溶液；两步法 指丙烯 腈先在 水相聚合（聚 丙烯腈 不溶于 水），得到聚 丙烯腈 粉体，再溶 解于 DMSO 等 溶剂制 成纺丝 溶液。一步法 的优势是工序 较少，可控性 好，纺 丝溶液 质量较 高，一 般用 于高性能 碳纤维 制备。两步法 的优势 是水相 聚合更有利于 控制聚 合温度，减少 聚合过 程放热 产生的 影响，因而反 应耗时 短、生 产效率 高，且 溶剂易 于回收利用，成本低。全球 以一步 法生产 的厂家 居多，但如 吉林碳谷、陶氏 阿克萨 等以低 成本为 特色的 厂家选择两步 法。聚合常用 溶剂包括 DMSO、DMAC、DMF、ZnCl2、NaSCN、HNO3 等。聚 合溶剂 配方会 直接影 响纺丝溶液的 质量。从主要 厂家来 看，一 步法厂 家主要 选择 DMSO 溶剂，两步 法厂家 主要选 择 DMAC 溶剂。2 纺丝工艺主要包括 湿法和干喷湿 法。一般来 说，干喷湿 法更具优势，生产 效率更高、加 工质量更优。湿法中，从喷丝 头挤出 的纺丝 原液直 接进入 凝固液，并 凝固成型 为纤维；干喷 湿法中，从喷 丝头挤 出的纺丝原液 先经过 一段空 气层，再进入 凝固液，并凝 固成 型为纤维。干喷 湿 法中，纺丝 原液在 经过空 气段时，其中 的聚丙 烯腈分 子的取 向会先 自然地 规整，然后 再进入凝 固液开 始凝固，因而 干喷湿 法凝固 速度更快、纺 速更高，纤维 表面平 滑、密 度和强 度更高。从 主要企业 公开披 露的数 据来看（但考 虑到技 术不断进步，不一定 代表各 企业最 新情况），国 内主要 企业 湿法纺速在 100-130m/min 左右，而干喷 湿法纺速在 400m/min 左右。干喷 湿法和 湿法表 面上差 异不大，实际要 规模化 生产高 品质产 品具备 明显技 术难度。目 前世界 上仅少 量企业 掌握该 生产技 术并形 成成 熟产品，国内绝 大部分 碳纤维 企业仍 以湿法 产品为主。15/34 2024 年 1 月 22 日 行业|深度|研究报告 2 预氧化、碳化：成 品原 丝经多 段氧化 炉在空 气气氛 下反 应得到预 氧丝；预氧丝 在氮气 保护下，分别 经过低温碳化、高温 碳化得 到碳丝；随后 经表面 处理后 进行 上浆，最 后经烘 干得到 高强型 碳纤维 产品。影响整个碳化阶段 的质量和成本 的因素 包 括原丝 差异、碳化线规 模和走 丝速度、各类 工艺参 数控制（碳化温度、升温速 率、碳 化时间、碳化 过程施 加的牵 引力、碳化气 流诱导 等），且对于 不同结 构的原 丝，存在不同 的最优 控制参 数。一 般来说，碳化 线规模 越大，单耗越 低，国 内单线 产能最 大为 3000 吨；原丝质量越 高，原 丝到碳 纤维的 转化率 也越高，中间 损耗 越 低，据 胡晓梅 碳纤 维产业 化发展 及成本 分析，一 般来说，高质 量原丝 用量与 碳纤维 产出比 约为 2.2:1，而低质量原 丝用量 与碳纤 维产出 比约为2.5:1。3 碳纤维织 物是通 过连续 碳纤维 的相互 交叉、绕结等 构成 的片状材 料，按 生产工 艺的不 同又分 为机织 物和经编织物，按照 花纹可 以分为 平纹、缎纹、斜纹等 多种 类型。4 预浸料是 原材料 到最终 复合材 料制品 的一种 重要中 间产 品，它的 制造方 法主要 是将连 续整齐 平行的 增强纤维牵引，通过 与树脂 基体充 分浸润 收卷成 卷材。预浸 料是最 基 础的一 款复合 材料，过去几 乎所有 复合材料都是 由预浸 料经设 计、铺 层、热 压罐等 工艺制 成的，后来拉 挤、缠 绕等新 工艺的 出现使 得复合 材料的生产可 以绕开 预浸料 这一步 骤。预 浸料分 为单向 纤维 预浸料（单向承 力）和 纤维织 物预浸 料（双 向承 16/34 2024 年 1 月 22 日 行业|深度|研究报告 力），制 备方法 有树脂 溶液法 和树脂 热熔法，其中 热熔 法为生产 预浸料 的主要 工艺，可进一 步分为 一步法和两步 法，两 步法将 预浸料 的生产 拆分为 涂膜和 预浸 两步骤。5 碳纤维复 合材料 主要以 碳纤维 为增强 材料，以树脂 等作 为基体，经复合 制成的 结构或 功能材 料。复 合材料成型工 艺种类 繁多，囊括了 手糊成 型、喷 射成型、缠 绕成型、拉挤成 型、模 压成型、树脂 传递模 塑成型（RTM）、HP-RTM、热压 罐成型、液体 模压成 型（LCM)等 多种工 艺技术。3 碳纤维应用于高端 领域，发展前 景广阔。碳 纤维 具有目 前其他材 料难以 比拟的 高比强 度（强 度比密 度）及高比刚 度（模 量比密 度）性 能，还 具有耐 腐蚀、耐疲 劳等特性，广泛 应用于 国防工 业以及 高性能 民用领域，涉 及航空 航天、海洋工 程、新 能源装 备、工 程机 械、交通 设 施等，是一 种国家 亟需、应用前 景广阔的战略 性新材 料。17/34 2024 年 1 月 22 日 行业|深度|研究报告 根据赛奥 碳纤维和 Wind 数据 推算，2015-2022 年全 球 碳纤维需 求年均 复合增 速达 14.3%，中国碳 纤维需求年均 复合增 速达 23.7%。根据赛奥 碳纤维和 Wind，中国碳 纤维需 求从 2015 年的 1.68 万吨增 长至 2022 年的 7.44 万 吨，全 球占比从 31.7%提升至 55.1%。从下游应用结构上 看，风电叶片 和体育休闲 依然占据绝 对主流。根据 赛奥碳 纤维，2022 年全球碳 纤维需求量占 比前三 的领域 依次是 风电叶片 25.7%、体育休 闲 17.8%、航空航 天军工 14.9%，国 内碳纤 维需求量占比 前三的 领域依 次是体 育休闲 30.9%、风 电叶片 23.5%、碳碳复材 9.1%。从中国与全球应用 对比来看，国 内多领域发 力，风电碳 纤维在国内有较大 发展空间。航 空航 天军工 及压力容器迅 猛发展，大幅 度缩小 与国际 差距，达到相 当水 平，2022 年碳纤维 需求 量同比 分别+290%/+100%；国内 体育休 闲、碳 碳复材、建筑、电 子电气已 成为特 色优势 应用市 场，2022 年需 求量同比分别+31%/-3%/+24%/+43%；风电(扣除 大量 来料 加工，只 统计国 内风电 厂家用 量)与 国际依 然有巨大差距，2022 年风电碳纤维用 量同比-22%；汽车及混配模成型因中国新能源车高速发展而潜力巨大，2022 年碳纤维需求 量同 比分别+50%/+33%。18/34 2024 年 1 月 22 日 行业|深度|研究报告 1 碳纤维应用于风 电叶片中关键结构如梁帽、主梁 等。碳 纤维主梁的工艺主要有三种，分别 为预浸料工艺、碳布灌注 工艺和 拉挤碳板工艺。维斯塔斯 专利技术拉挤 板工艺效率最高、成本最低，且 纤维含量高，质量稳定，适合大批 量生产。2019 年风 电叶片 行业用 碳纤 维量超过 2 万吨，其中 80%用于生 产拉挤 碳梁片材。维斯塔斯专利 2022 年 7 月到期，有望 提高碳纤维在 叶 片中 的渗透率。2020 年其他 风电巨 头如西 门子-歌美飒、GE-LM、Nordex 等，均 在新的 机型中 采用了 碳纤维拉 挤板制 造与测 试样机。国内 厂商 光威复材拥有碳 梁自主 专利技 术，目 前已开 展对国 内风电 叶片 碳梁的应 用推广。1 风机大型化推动碳纤维在叶片 中渗透率不断提高，降低机组的综合成本。风机大型化是 未来的发展趋势，叶片重量 随着长 度增加 呈几何 级数增 长，使 得风机 载荷 增大、风 机部件 成本增 加。在 满足刚 度和强 度的前提下，采用碳 纤维的 风轮叶 片比玻 璃钢叶 片质量轻 30%以上，虽 然碳纤 叶片成 本上升，但其 带来的 传动链上相 关部件 以及塔 筒的优 化减重，使得 风电机 组的 整体成本 降低 10%以 上。例如 120m 的碳 纤维风轮叶片可 以减少 总体自 重达 38%，使 得风电 机组 的整体 成本下降 14%。19/34 2024 年 1 月 22 日 行业|深度|研究报告 2 随着低速风机和海 上风机不断发 展，轻质高 强的碳纤维 是超大型叶片增强 材料的必然选 择。风 电叶片 主流结构材料是玻璃纤维，但目前玻璃纤维性能已经趋于极限，已经难以满足叶片大型化、轻量化的要求，轻质高强 的碳纤 维是超 大型叶 片增强 材料的 必然选 择。根据 Wood Mackenzie，预计到 2030 年陆 上风电将有超 80%应用 碳纤维 拉挤板，而海 上风电则 100%应用碳纤 维拉挤 板。碳玻混主梁叶片综 合了玻璃纤维 的低成本和 碳纤维的高 性能，为目前折中 路线。中复连 众、西门子 歌美飒、艾尔姆、Repower、明阳智能、运达股份 等，均 在研发制 造碳玻 混主梁 叶片技 术。2022 年 6 月 11日，运达 股份 10MW 级 110 米 海上叶片 YD110 通 过全 尺寸静力 测试，采用双 梁三腹 板、碳 玻混大 梁的结构形式。3 2022 年风电招标容量达历 史新高，2023 年前三季度 招标量依然可观。2022 年国内风 电装机 并网容量有所下滑，但风 电设备 招标容 量创历 史新高，达近 100GW；2023 年前三 季度，风电招 标量依 然可观，超 60GW，为未来 风电装 机量奠 定了坚 实基础。多省市发布 十四五 能源发展规划，风电新增装机 规模 将超 300GW。内 蒙古、新疆、甘肃、河北 等在内的多省 市发布“十四五”远景目 标纲要，“十四 五”期间 风电新增 容量累计 313GW。20/34 2024 年 1 月 22 日 行业|深度|研究报告 4 2025 3.7 13.1 风电维持高景气度，带动碳纤维 持续向好。预计 20232025 年国内风电 吊装容 量 达47GW/55GW/70GW，其中 海上风 电吊装 容量达 2/5/10GW。多因素助推碳纤维 渗透率提升。根 据赛 奥碳 纤维，2020-2022 年国内风 电企业 碳纤维 需求量 约为0.25/0.45/0.480 万吨（不含 维斯塔 斯），对应渗 透率 约为 3%/6%/7%。未 来随着 维斯塔 斯拉挤 工艺专利到期、国内碳 纤维持 续降本 增效、海上风 电快速 渗透 及风机大 型化趋 势等多 重利好 因素叠 加，假 设2023 年-2025 年碳纤 维渗透 率为 12%/25%/40%，则 预 计对应碳 纤维需 求量为 0.73/1.80/3.67 万吨。远期假设 我国年 新增风 电装机达 100GW 且碳纤 维渗透 率达 100%，则理 论最大 碳纤维 需求有 望达 13.1万吨。2 碳碳复材 性能优 异，主 要应用 于刹车 盘、航 天部件 以及 光伏用单 晶硅片 拉制炉 的热场 系统：碳碳复 材是由碳纤维及其织物增强碳基体所形成的高性能复合材料，由于比重轻、热膨胀系数低、耐高温、耐腐蚀、摩擦系数 稳定、导热导 电性能 好等优 良性能，主要 应用 于高温热 场部件 和摩擦 部件。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。当 前碳碳 复材三 大市场为航 天部件、热场 部件 以 及刹车 盘市场。1 碳碳复材相比 传统石墨材料具有显著的优 势。采 用碳碳 复合材料相比传统石墨材料具有更优异 的保温性、强度、韧 性，且 不易破 碎，可 有效降 低生产 能耗、提升 设备使用 寿命，从而降 低整个 生产成 本。碳 碳复 21/34 2024 年 1 月 22 日 行业|深度|研究报告 材热场部 件主要 包括坩 埚、导 流筒、保温筒、加热 器等，是单晶 拉制炉 热场系 统的关 键部件，在性 价比方面相比 传统石 墨材质 展现出 了非常 大的优 势。碳碳复材呈现消耗 品属性。碳 碳复材 热场 部件为 消耗品，每年存 在新增 需求、替换需 求和改 造需求。坩埚的替换 周期为 2 个/年，加 热器的 替换周 期为 2-3 个/年，其他 部件 的 替换周 期为 2 个/3 年。硅料技术路线差异对热场无 实质性影响，拉晶路线迭 代将加大热 场部件的损耗。在 单晶 硅棒生 产上，目前以 直拉法为主，直拉法 分为连 续拉晶(CCZ)和重 复拉晶(RCZ)。行业内主 流方法为 RCZ，目前 正处于由 RCZ 向CCZ 过渡阶 段。CCZ 路线中，双层 石英坩 埚引入 了更多 的氧，会 加大对 热场部 件的损 耗。2 据金博股份公告，碳基复合材料 在光伏热场 中对传统石 墨的替代率约为 60%65%，未来仍有较大提升空间：趋势一：大尺寸 硅片市 占率快 速 提升，我国 部分企 业已 经产线全 部转成 182、210mm 大 尺寸。制备大直径的产品时，传 统石墨热场材 料成型困难，而且纯度 要求高，制备成本 高昂，制备周 期和交货周 期较长。碳碳复 合材料 热场产 品性价 比更高，通过 做得更 薄，从而可 以利用 现有设 备生产 直径更 大的单 晶产品，节约 新设备 投资费 用。趋势二：P 型电 池转换 效率 已接近 极限，N 型 电池将 成 为下一代 主流电 池技术。P 型、N 型单 晶热场 部件的纯度 要求分 别为200ppm 和100ppm，N 型电池 纯度要求更高，石 墨件中挥发出 来的杂质或 石墨降解形成的颗粒会 污染硅熔体，影响晶体品 质。3 22/34 2024 年 1 月 22 日 行业|深度|研究报告 当前光伏发电在全 部发电方式中 占比仍然较 低。尽管 全 球能源转 型步伐 加速，但当前 世界仍 以不可 再生能源为主，2020 年全球 不可再 生能源 发电量 在全球 发 电量占比 为 71%，光 伏发电 占比从 2015 年的 1.0%逐步提升至 2020 年的 3.1%，占 比仍然 较低。根据国 家 能源局，2022 年我国发 电装机 容量约 25.6 亿千瓦，其中 火力发 电为 13.3 亿千瓦，占比 52%；太 阳能发 电 3.9 亿千瓦，占比 15%。我国光伏发电仍有较大发展潜 力和增长空间。2023 年 1-9 月我国 光伏新增 发电装 机容量 达 128.94GW，同比增 加 76.33GW，同比 增长 145%，实现 大幅增 长，景气度有 增无减。据中 国有色 金属工 业协会 硅业分会预测，2025 年全球 新增光 伏装机 量有望 达到 550GW，2021-2025 年复 合增 速达到 34.1%。4 随着单晶规格的增 大，碳纤维在 碳碳热场领 域的渗透率 快速提升。以 坩埚为 例，2010 年碳基 复合材 料的渗透率 不足 10%，到 2020 年，渗透率 已经超过 95%，其余的 部件还 有较大 的替代 空间。5 2025 1.5 基于光伏 装机持 续大幅 增长以 及碳碳 热场部 件渗透 率增 加，预计 2023 年碳 碳热场 领域碳 纤维需 求量将接近 10000 吨，2025 年需求 量有望 接近 15000 吨。23/34 2024 年 1 月 22 日 行业|深度|研究报告 3 碳纤维是 航空航 天飞行 器轻量 化理想 材料，军用+民用 飞机复材 渗透率 不断提 升：航 空航天 领域对 碳纤维的应用 主要包 括次承 力构件 和主承 力构件，碳纤 维的 使用能使 在保证 强度的 前提下 使飞机 结构材 料减重 20%至 40%，从 而使飞 机整 体重量 减轻 6%至 12%，显著降低 飞机的 燃油成 本，提 升飞行 器的性 能和经济效益。目前在航空航天领 域，全球碳纤 维需求主要 集中在商用 飞机、军用飞机和 无人机三大领 域。根 据赛奥 碳纤维发布 报告，随着疫 情逐步 消散，商用航 空持续 回暖，2023 年加速回 暖，回到 2019 年 水平；其他航空市场如 无人机、军机 等受疫 情影响 不大，依然保 持较 高速稳定 增长。2022 年全球航天航天领域 碳纤维需求量 达到 2.01 万吨，同比增长超 20%。根 据赛奥 碳纤维，2025年及 2030 年需 求量有 望分别 达到 2.82 万吨和 4.98 万 吨，持续 保持可 观的增 速。2022 年我国航空航天领域 碳纤维需求 量为 0.78 万吨。随着人 工智能、卫星 互联网 等尖端 技术快 速发展，碳纤 维在卫 星、火 箭、大 飞机、机器人 等领域 有望 实现需求 持续增 长。1 据中简科技招股说 明书，用碳纤 维复合材料 代替钢或铝，减重效率可达到 20%-40%。飞机结构材 料约占起飞总重量 30%左右，减轻结构材料 重量可带来诸 多 好处。对军机而言，减重在节省 燃油的同时 扩 24/34 2024 年 1 月 22 日 行业|深度|研究报告 大了作战半径，提 高了战场生存 力和战斗力；对客机而 言，减重节省了燃 油、提高了航 程和净载能 力，具有显著的经济效 益。以碳纤维 复材为主 应 用于飞机的 机头、尾翼、机翼 蒙皮等，渗透 率持续提升。1）军 用 方面：国外军 用飞机 从最 初将 复合 材料用 于尾翼 级的 部件 制造 到今天 用于 机翼、口盖、前 机身、中机身、整流罩 等。2）民用方面：早 期的 A310、B757 和 B767 上，碳 纤维 复合材料 的占比 仅为 5%-6%。目前，波音 B787机身中复 合材料 占比约 50%，碳纤 维使用