一、碳纤维行业概况

（一）碳纤维：性能优越，用途广泛前景光明

性能优异。碳纤维被称为“新材料之王”，是由聚丙烯腈（PAN）（或沥青、粘胶） 等有机纤维在高温环境下裂解碳化形成的含碳量高于90%的碳主链结构无机纤维。碳纤维具有出色的力学性能和化学稳定性，密度是钢的1/4，比强度比钢大16倍，是 目前已大规模生产的高性能纤维中具有最高比强度和最高比模量的纤维，同时具有 导电、导热、耐腐蚀、耐疲劳、耐高温、膨胀系数小等一系列其他材料所不可替代的优良性能。

原材料种类多样满足应用需求。碳纤维根据原丝种类主要分为PAN基碳纤维、沥青 基碳纤维和粘胶基碳纤维。PAN基碳纤维由于生产工艺相对简单，产品力学性能优 异，是碳纤维中用途最广、用量最大、性能最好的纤维，聚丙烯腈(PAN)基碳纤维 在碳纤维的生产中占有绝对优势，自20世纪60年代问世以来，迅速占据主流地位；沥青基、粘胶基的产量规模较小，目前碳纤维一般指PAN基碳纤维。

PAN基碳纤维强度丝束分类。根据力学性能分类，碳纤维可分为高强型（GQ）、高 强中模型（QZ）、高模型（GM）、高强高模型（QM）。根据丝束数量，碳纤维主 要有3K、12K、24K、48K等规格，分为大丝束和小丝束，3-24K（含）为小丝束产 品，一般用于航天军工等高科技领域，以及体育用品中产品附加值较高的产品类别， 主要下游产品包括飞机、导弹、火箭、卫星和钓鱼杆、高尔夫球杆、网球拍等，24K 以上为大丝束产品，主要应用于风电叶片和民用包括土木建筑、交通运输和能源等 行业，主要下游产品包括风电叶片、建筑补强产品、抽油杆、压力容器等。

（二）碳纤维下游应用不断延伸拓展，产品附加值不断提升

碳纤维产业链由上游的原油化工产业，中游的原丝加工、碳纤维相关产物以及碳纤 维复合材料生产加工以及下游的应用市场组成。（1）上游原材料丙烯腈丰富易得。通过从石油、煤炭、天然气等化石燃料中制备丙 烯，并经氨氧化后得到碳纤维生产的主要原材料丙烯腈。丙烯腈经过聚合阶段形成 聚丙烯腈溶液进入纺丝阶段得到碳纤维原丝。

（2）中游形成性能完善的复合材料。将碳纤维原丝进行预氧化、氧化、低温和高温 碳化后生产出碳纤维及碳纤维产品，与不同的基体材料结合形成碳纤维复合材料。根据基体材料类型划分，可分为树脂基、金属基、陶瓷基、橡胶基等复合材料，不同 分类的基体材料性能优势不同且差异巨大。

树脂基复合材料较大程度的保留了碳纤维的高强度和高模量性能，主要应用于建筑、 化学、交通、医疗和航空航天领域，是高端行业提升设备性能和追求轻量化优势的 必备材料之一。金属基复合材料完善了硬度等方面的性能，在航空航天、汽车制造 和体育装备上应用较多，弥补了碳纤维树脂基复合材料剧烈碰撞后崩碎的缺陷。树 脂基和金属基材料无法面对超高温场合，因此无法应用于发动机相关的领域，陶瓷 基复合材料完善了耐高温方面的性能，碳纤维陶瓷基复合材料就是针对这一高端领 域而特制的一种复合材料。橡胶基复合材料完善了耐摩擦方面的性能，是工业耐磨 领域上的一个重要应用方式，广泛应用于耐磨衬轮、特殊密封件。

（3）下游应用领域快速拓展，产品附加值大幅提升。碳纤维复合材料经过各种成型 工艺得到下游应用所需的最终产品。随着科技的进步与发展，碳纤维下游应用市场 历经起步、成长、扩张和全面发展四阶段，发展可持续性强，应用领域覆盖范围广，目前已经应用于航空航天、风电叶片、体育休闲、压力容器、碳/碳复合材料、交通 建设、海洋等领域，是国防军工和国民经济发展不可或缺的重要战略物资。碳纤维 产品的经济属性在于其附加值高，技术创造的价值在产品附加值中占主要比重，因 而具有较高的价值增长和经济效益，其中以航空复合材料增值最多。

二、碳纤维技术、资金构筑高门槛，大小丝束各放异彩

（一）碳纤维生产具备高技术门槛

原丝制备和氧化、碳化是碳纤维制备的三个核心工艺，高质量的原丝是实现高性能 和批量生产碳纤维的关键，氧化过程需要使原丝形成在高温下不溶不熔的稳定结 构，碳化过程的控制则与碳纤维的拉伸强度和弹性模量直接相关。原丝制备包括聚 合、纺丝工段，碳丝制备包括预氧化、碳化工段。（1）在聚合工段，通过将原料丙烯腈单体、共聚单体、引发剂偶氮二异丁腈和溶 剂DMSO（二甲基亚砜）按照一定的配比投料进入聚合釜，在一定温度下进行溶液 聚合反应，随后进行脱单、脱泡等处理得到聚丙烯腈原液，聚合物分子量、分子量 分布、立构规整性、共聚单体序列分布、杂质等都是影响碳纤维结构性能的重要参 数。

（2）在纺丝工段，聚丙烯腈原液通过纺丝技术形成原丝，成型后的原丝再经过多段 水洗，降低原丝中DMSO的残留量，随后进行热水牵伸，再经过上油、干燥致密化， 达到防黏隔离和降低摩擦的作用，最后再经过蒸汽牵伸工段，最终原丝卷绕成轴。纺丝所涉及的问题有高分子溶液流变学、双扩散及高分子结晶等。在喷丝环节，解 决喷丝孔口胀大效应是主要技术突破方向；因凝固对纤维的初生结构及性能起关键 影响，在凝固环节双扩散过程控制及牵引力的控制至关重要；牵伸环节的目的是提 高纤维中高分子沿纤维轴向的择优取向，并诱导纤维结晶，主要有喷头牵伸、热水 牵伸、蒸汽牵伸三步。目前碳纤维原丝主流的纺丝有湿法纺丝和干喷丝纺两种。

干喷湿纺纺丝具备高纺丝速度和低成本的特点，是PAN纺丝未来的发展趋势之一。原液纺丝包括湿法纺丝、干法纺丝、熔融纺丝、静电纺丝和干喷湿纺纺丝。目前湿法 纺丝和干喷湿纺是主流的技术工艺。干喷湿纺与湿法最大的不同在于喷丝口存在一 段长度为3-10nm的空气干燥层，可使原丝表面形成致密疏水层，避免了湿法纺丝凝 固浴中实施的负牵伸，纺丝速度可以达到湿法速度的2-8倍，不仅提高纺丝速度，降 低了单位生产成本，同时还有利于大分子链的取向，原丝结构相比直接进入凝固浴 更为均匀致密，同时截面也更容易成圆形，从而提高力学性能。

干喷湿纺对纺丝原 液的要求比较高，需要采用双螺杆溶解机组对PAN颗粒进行溶解，进而对生产企业 的设备、操作、环境等提出更高要求，更适用于小丝束的生产。中复神鹰于2013年 在国内率先突破干喷湿纺关键技术，国内大部分碳纤维制造企业仍以湿法纺丝工艺 为主。

（3）碳丝制备包括预氧化、碳化工段。原丝中聚丙烯腈分子沿纤维轴向的取向度和 氧化环节对纤维轴向取向的影响是决定碳纤维拉伸性能的主要因素。（1）原丝经多 段氧化炉在空气气氛下反应得到预氧丝，原丝在氧化过程中聚丙烯腈分子主要发生 环化、脱氢和交联三种反应，生成梯形、交联的结构。氧化过程中因氧化和交联程度 不同造成的纤维皮部和芯部性质结构（简称皮芯结构），预氧丝主要衡量指标有体 密度和含氧量、环化指数等；（2）预氧丝在氮气保护下，经过300-1500度的低温碳 化、高温碳化，进行脱水、脱焦油、其他含碳气体及氮原子等非碳原子脱除，碳含量 逐渐提高到94%左右得到碳丝，碳化区各个温区的温度设置及停留时间、张力、炉 内气体纯度是碳化过程中最重要的工艺参数。

碳化后的纤维随后根据不同的复合材料基体对于碳纤维表面性质要求进行不同的表 面处理，表层涂覆不同的浆液，最后经烘干得到高强型碳纤维产品。为进一步提升 产品的弹性模量，将高强型、高强中模型碳纤维在惰性气氛下经高温石墨化处理， 得到石墨纤维。综上，碳纤维生产技术及生产工艺极为复杂，生产控制精度要求高， 只有具备生产线长周期连续稳定运行的技术水平及管理能力，才能保证产品质量的 稳定性，加上对生产设备的高要求、研发投入大，行业最终形成较高的技术壁垒。

（二）国外引领碳纤维技术迭代，国内打破国外技术垄断

聚丙烯腈碳纤维研究始于1959年日本大阪工业研究所的近藤昭男对民用腈纶的热处 理。1970年，日本东丽（Toray）看好碳纤维的发展前景购买了近藤昭男的专利技术， 并与美国联邦碳化物公司交换了碳化技术，兴建了一条年产12吨的聚丙烯腈碳纤维 生产线，产品定名为T300。目前海外碳纤维主要厂商中，日本除东丽外，还有日本东邦和三菱的技术水平达到 世界领先，其次，美国也是世界上碳纤维发展早、技术领先的国家，特别是在低成 本、大丝束方面具有独到之处，主要代表企业有赫氏（Hexcel）、氰特（Cytec，被 索尔维收购）和卓尔泰克（Zoltek，被日本东丽收购）。此外，德国的SGL也是擅长 大丝束制造的主要企业。

碳纤维技术经历三代技术，从单一通用型性能向综合高性能型方向发展，先后形成 T300、T800、T1100G等代表性产品，目前应用最广泛的是第二代高强度中等模量 碳纤维。但由于第二代碳纤维模量偏低，且碳纤维材料脆性大，易导致复合材料结 构部件的疲劳损伤，甚至发生灾难性破坏，限制了航空、军工装备性能的提升，第三 代碳纤维技术应运而生，第三代碳纤维技术能够同时实现高拉伸强度和高弹性模量， 碳纤维生产技术难度进一步提升。凭借多年的技术优势积累，近年来日美在第三代 碳纤维上取得技术突破，日本东丽、美国Hexcel分别成功研发出M40X型、HM50型、 HM54型等新型高模量碳纤维。

我国的碳纤维行业起步于20世纪60年代，几乎和日美等国家同时起步，但由于相关 知识储备不足、知识产权归属、国外实施严格技术及设备封锁等问题，发展缓慢，在 生产技术和装备水平上整体落后于国外，无法满足国家重大装备等高端领域的需求。进入2000年以后，随着国家对高性能碳纤维领域重视程度提升以及持续不断的科研 投入，产业化程度加快，应用领域扩大，国产化成效显著，已形成以江苏、山东和吉 林等区域为主的碳纤维聚集地，主要参与企业有江苏中复神鹰、中简科技、山东的 光威复材、吉林的吉林化纤和吉林碳谷、上海石化。近年国产碳纤维技术水平再攀 高峰，已经形成了M40J、M55J级高模量碳纤维工程化技术，突破了M60J、M65J级 高模量碳纤维实验室技术，在兼具高强度、高模量、高伸长特性的新一代PAN基高 模量碳纤维领域持续攻关中。

（三）碳纤维属于资金密集投入行业

碳纤维高资金门槛之一：初始投入。（1）碳纤维生产属于重资产行业，生产线的 初始投入成本大，各公司固定资产占比总资产比例高，固定资产中设备涉及到反应 釜、牵引设备、氧化炉、碳化炉等核心设备。根据各主要企业环评报告及公告看， 单万吨投资额在20-100亿元。

碳纤维高资金门槛之二：生产环节。碳纤维制作过程中聚合环节成本主要包括前驱 体聚丙烯腈、衣康酸等共聚单体的原材料成本，纺丝环节中溶剂、水、蒸汽成本， 氧化碳化环节主要是能耗用电成本。碳纤维企业属于高能耗企业，能耗成本占比生 产成本高，根据中复神鹰招股说明书数据显示，公司2021年上半年主营业务成本 1.98亿元，上半年销量为2256.46吨，由此测算的单吨碳纤维生产成本为8.80万 元。

其中制造费用和直接材料成本合计占比84%，分别占比51%、33%。同时折旧 和能源成本分别占比制造成本的24%、49%（电力28%、蒸汽21%），三项合计占 到制造成本的74%。对于中简科技而言，因为其主要生产小丝束3K产品，因此公司 的产销量规模较小，对应的制造费用占比相较中复神鹰高。2021年公司的碳纤维制 造费用占比76%、根据公司招股说明书显示，2018年制造费用中，折旧和电力成本 分别占比30%、22%。直接材料占比仅为14%。

碳纤维高资金门槛之三：持续研发投入。碳纤维的技术进步离不开企业的持续研发 投入。国内企业中，以中复神鹰、光威复材、中简科技为代表的碳纤维核心企业持 续搞研发投入，2018年累计至今，中复神鹰、光威复材、中简科技研发费用投入共 计2.06亿元、10.53亿元、1.42亿元。从2022年前三季研发费用率看，光威复材达 到8.36%投入1.62亿元，中复神鹰前三季度研发费用率7.35%金额达到1.06，中简 科技4.84%投入0.25亿元。

（四）大小丝束各放异彩

碳纤维按照丝束的大小可分为大丝束（24K及以上）、小丝束（1K、3K等），丝束 大小在生产过程中要求控制不一，小丝束更加关注产品性能的突破，大丝束更侧重 产品的均一性。因此大小丝束的应用场景及对应的价值含量也不一样，下游市场开 拓的竞争优势亦不同。

小丝束“研发-验证-应用”长周期筑造行业壁垒，技术领先企业具备先发优势。在 高端应用领域，由于对碳纤维产品性能与质量稳定性要求严格，相关型号产品从研 制到应用过程包含复杂而漫长的验证流程大大增加应用难度，进一步深化行业壁 垒，而复杂的应用验证流程间接增加了企业和客户的机会成本，从而已具备稳定供 货资格的企业先发优势明显。以航空用碳纤维为例，航空结构通常采用积木式验证方法，从材料到结构逐步验证，一款新的复材产品进入机型，周期长达十年以上， 并且在航空航天等军工装备生产过程中，一旦型号确定下来后所有原材料不会轻易 更改，否则会触发新一轮应用验证流程，因此技术领先型企业先发优势明显，在高 端细分市场竞争格局相对稳定。

大丝束下游需求井喷，技术突破后国内产能大干快上。近三年来，受疫情影响小丝 束产品发展受限于民用航空市场疲软，大丝束产品成本优势明显，在工业应用领域 快速渗透，大丝束主要应用在风电等民用领域，高性价比将成为企业主要的竞争优 势。2017年前后，吉林化纤先后成功试生产出48K大丝束碳纤维。2019年吉林化纤 完成首批120t，48K大丝束碳纤维原丝出口订单；2021年上海石化启动了12000t/a 的大丝束碳纤维项目；光威复材在内蒙古包头的大丝束碳纤维项目正在建设中。同 时浙江精功、齐齐哈尔天九碳纤维科技有限公司等也开始生产大丝束碳纤维布局。

三、需求总量快速增长，国内外细分行业和而不同

（一）碳纤维需求快速增长，应用领域各有不同

全球需求持续增长，国内需求快速释放。全球及我国碳纤维需求长期处于持续增长 状态。据赛奥碳纤维数据，2021年的全球碳纤维需求总量为11.80万吨，较2020年增 长10.38%，继续保持稳定增长态势，其预计2025年全球需求总量达到20.00万吨， 2030年达到40.00万吨。在国内市场方面，2021年碳纤维需求量为6.24万吨，同比增 长27.69%，同比增速远快于全球水平，同时需求量占全球需求总量比例突破50%。除了需求增速快、规模大的特征外，我国碳纤维需求量还表现出国产替代速度快、 对外贸易依存度持续改善的特征。2021年我国碳纤维国产产品需求量为2.93万吨， 同比增长58.11%，进口产品需求量3.31万吨，同比增长9.15%，对外贸易依存度 53.11%，同比下降14.52%。

下游需求分行业看，全球碳纤维需求集中于风电叶片、体育休闲、航空航天三大领 域。目前全球碳纤维最大应用市场仍是风电叶片市场，2021年风电叶片碳纤维需求 达到3.30万吨，占比28%。其次为体育休闲市场，碳纤维需求达到1.85万吨，占比 15.7%，第三大应用市场为航空航天市场，碳纤维需求达到1.65万吨，占比14%。其 余细分行业中，压力容器、汽车、碳碳复材碳纤维需求均占比5%以上。

我国碳纤维需求以风电叶片、体育休闲、碳碳复材为主，国产替代迎来发展窗口期。2021年风电叶片领域碳纤维需求量达到2.25万吨，占比36.1%；体育休闲领域碳纤 维需求量达到1.75万吨，占比28.1%；碳碳复材领域碳纤维需求量0.7万吨，占比 11.2%。三大主要应用领域合计占据国内需求的75.4%，航空航天、压力容器、混配 模成型、汽车等其他领域需求份额与全球份额相比存在差距。从碳纤维来源国看， 我国碳纤维进口来源主要是日本、中国台湾、韩国、美国，进口份额均达到5%以上， 在新冠疫情增加产品进口难度、美日等主要来源国限制碳纤维对华出口、国内碳纤 维产能释放等多重因素叠加下，我国碳纤维的国内产品需求有望持续增长，国产替 代迎来发展窗口期。

全球碳纤维市场航空价值量最高，风电领域增长最快。从销售单价看，航天航空应 用领域对产品性能要求高，2021年产品单价排名第一达到72美元/公斤，工业领域 整体价值量远低于航天航空，其中以风电产品平均单价最具经济性，2021年平均销 售价格为16.8美元/公斤。其他工业领域在20-28美元/公斤范围内波动。综合需求量 看，2021年，航空航天以11.88亿美金市场占比碳纤维市场份额的34.93%，排名第 一，其次为风电叶片以5.54亿美金占比碳纤维16.32%市场份额，传统体育休闲以 5.51亿美金占比碳纤维15%市场份额，压力容器以2.64亿美金占比碳纤维7.8%市场 份额，混配成模以2.29亿美金占比碳纤维6.7%市场份额，汽车以2.05亿美金占比碳纤维6%市场份额，碳碳复材以1.84亿美金占比碳纤维5.4%市场份额。建筑补强以 1.01亿美金占碳纤维3%市场份额。

（二）风电叶片：“双碳”政策利好行业发展，叶片大型化拉动需求增长

双碳目标带来风电行业发展新机遇。在双碳政策利好背景下，全球风电产业迅猛发 展。根据全球风能理事会发布的《2022年全球风电报告》，预计未来五年全球风电 市场将保持年均6.6%的增速。随着风电产业发展和风电技术进步，基于风资源使用 效率持续提升和度电成本不断降低的要求，根据风力发电工作原理，风轮半径越大， 扫风面积越大，单机功率愈大发电成本就愈低。随着全球风电产业的快速发展，特 别是海上风电的崛起，风电机组大型化已成为行业发展必然趋势。

碳纤维是实现超大型叶片轻质高强要求的理想材料。为实现大型化、轻量化和低成 本，复合材料成为风电叶片主流可选材料，目前风电叶片应用的复合材料增强纤维 主要是玻璃纤维和碳纤维。随着叶片尺寸的增加，其重量也越来越大，全玻纤叶片 无法满足机组大型化和轻量化的要求，与玻璃纤维相比，碳纤维的比模量和比强度 均大幅增加，其模量比玻纤高3~8倍、比重约小30％。碳纤维将成为实现超大型叶片 轻质高强要求的理想选择材料。

风电叶片碳纤维需求量持续快速增长。据赛奥碳纤维统计，2021年全球风电叶片碳 纤维的需求量为3.30万吨，同比增长7.8%。2021年国内风电叶片碳纤维需求量约为 2.25万吨，相较2016年的0.3万吨大幅增加，5年CAGR为50%。风电叶片市场需求以 国外风电主机厂应用为主，使用产品主要以国内外T300级24K、48K、50K等产品为 主，国内主机厂用量相对较少。碳纤维用量大但对价格敏感度较高，随着国际风电 主机厂将碳纤维拉挤板代工由欧洲转向国内，近年来风电叶片对于碳纤维需求量的 高速增长为国内碳纤维企业带来了快速发展机遇。

2020年国内风电叶片领域碳纤维需求量为2.00万吨，占国内碳纤维需求总量的41% 份额，较2019年的1.38万吨增长45%，2021年国内风电叶片领域碳纤维需求量为 2.25万吨，同比增长12.5%，风电叶片已经成为国内最大的碳纤维应用领域。同时国 内风电下游碳纤维需求占全球风电下游碳纤维总需求份额达到68%，全球风电叶片 碳纤维需求量的持续增长为国内碳纤维企业创造广阔的发展空间。

（三）航空航天：新增长点出现，国内市场蕴藏潜力

采用碳纤维材料是实现航空航天器减重的有效方法。碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维 和硼纤维等纤维增强复合材料是航空航天领域的常用材料，与碳纤维相比，玻璃纤维质量较大，芳纶纤维拉伸弹性模量较低，而硼纤维价格较高，因此，碳纤维增强复 合材料在航空航天领域的应用比较广泛。碳纤维还具有产品大丝束化的趋势，可以 提高复合材料生产效率，降低生产成本，主要应用于飞机的非承力部件上，如飞机 雷达罩、舱门、整流罩、飞机尾翼的垂直尾翼、水平尾翼及方向舵等。根据航空知识 公众号，波音787机身、机翼和尾翼采用的是碳纤维层合板复合材料，升降舵和方向 舵采用的是碳纤维夹芯复合材料，碳纤维增强复合材料和玻璃纤维增强材料占全机 结构重量的50%。

商用航空需求低迷，无人机需求快速增长。根据奥赛纤维数据显示，2021年，航天 航空碳纤维需求总量1.65万吨，同比持平。因为全球新冠疫情出行受限，航空航天对 碳纤维的需求量显著收缩。从结构上看，2021年商用飞机、无人机、军用飞机、公 务机分别以35.26%、20.97%、15.81%、12.77%的占比位列前四需求细分市场。商 用飞机方面，2021年波音和空客共交付商用飞机951架，目前没有恢复到2019年的 1243架，但同比2020年的723架提升了31.5%，同时新增确认订单1680架，同比增 长197%。但无人机、军机等其他航空市场需求正快速增长， 2021年无人机碳纤维 需求占比航天航空市场21%，需求量增加至0.35万吨，同比增加360%。

当前先进复合材料在我国航空航天器上应用与发达国家相比还有明显的差距，随着 国内设计和制造技术的不断积累、自主创新不断提升，国产大飞机的推进，碳纤维 复合材料在航空航天领域的使用水平将有望提升，国内碳纤维需求蕴藏巨大潜力。

（四）休闲体育：高端市场为主力，需求持续推涨

体育休闲领域对碳纤维的需求量增长稳定，2021年总需求为1.85万吨，2016-2021 年碳纤维需求量复合增速达12.53%。高尔夫球杆、自行车架、钓鱼竿、球盘、曲棍 球棍等高端休闲体育市场对碳纤维的需求量较大，其中钓鱼竿对碳纤维需求量最大， 占比35.14%，需求量达到6500吨，其次是高尔夫和自行车，分别占比22.16%和 19.46%。随着运动健康理念深入人心，人均消费能力逐步提升，体育休闲市场需求 趋向长期平稳增长。

（五）碳复材：受益于光伏行业快速发展

复合材料是两种或两种以上材料经过一定的复合工艺所得到的新型材料，它在具有 原有组分的主要特点的同时，还通过协同效应获得了原有组分所不具备的特异性 能。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。碳基复合材料优点：

（1）整个系统均由碳元素构成，由于碳原子彼此间具有极强的亲和力，使碳基复 合材料无论在低温下还是在高温下，都有很好的稳定性。同时，碳素材料高熔点的 本性，赋予了该材料优异的耐热性，可以经受住2000℃左右的高温，是目前在惰性 气氛中高温力学性能最好的材料。更重要的是碳基复合材料随着温度的升高，其强 度不降低，甚至比室温还高，这是其他材料无法比拟的。（2）密度低（小于2.0g/cm3），仅为镍基高温合金的1/4，陶瓷材料的1/2。（3）抗烧蚀性能良好，烧蚀均匀可以用于3000 ℃以上高温短时间烧蚀的环境 中，可作为火箭发动机喷管、喉衬等材料。（4）耐摩擦，耐磨损性能优异，其摩擦系数很小，性能稳定，是各种耐磨和摩擦 部件的最佳候选材料。

（5）良好的生物相容性，具有与人体骨骼相当的密度和模量，在人体骨骼修复与 替代材料方面具有较好的应用前景。根据中商产业研究院数据显示，2020年中国碳基复合材料的产量为48.27万吨，预 计2021年碳基复合材料产量超过50万吨。2021年国内碳纤维需求中，碳碳复材领 域对碳纤维的需求量达到7000吨，成为国内第三大应用领域。碳基复合材料下游主 要应用在半导体、航空航天、光伏、真空热处理刹车制动、化学防腐蚀、密封耐磨 等行业。

基于技术进步光伏转化效率提升及双碳背景下，光伏行业装机迎来大发展。根据中 国光伏行业协会数据显示，国内2022年前三季度光伏累计装机3.58亿千瓦，新增装 机52.6GW，未来新增装机规模将保持快速增长。同时随着光伏硅片尺寸大型化， 对光伏硅片生产制造环节提出了更高的要求，碳基复合材料热场部件大幅度提高了 拉晶热场系统安全性，提升了拉晶速率，显著降低了单晶拉制炉的运行功率，对节 能降耗起到较大促进作用。2016年以来，碳基复合材料产品在单晶拉制炉热场中的 产品替代率快速提高，碳基复合材料坩埚、导流筒产品的市场占有率已超过等静压 石墨产品，成为光伏用单晶拉制炉热场系统部件的主要材料。

（六）下游最具潜力领域之：储氢瓶

氢能是最有潜力的终极替代能源之一。氢能具有来源丰富、应用广泛、燃烧热值 高、清洁绿色等特点，其燃烧热值远高于其他燃料，燃烧产物只有水，是目前最有 潜力替代传统化石资源的“未来”能源之一。世界主要发达国家都以建成“氢能社会” 为目标，积极制定政策，大力推动氢燃料电池和汽车的发展，力争2050年前实现能 源转型。BP公司预测2050年世界能源消费终端结构：在快速发展模式下，氢能占比为7%；而在净零模式（在快速发展模式基础 上提高社会对清洁能源的使用比例）下，氢能的占比将提高到16%。中国作为一个 能源大国，氢能在其能源结构中的占比也呈现逐年升高的趋势，预计在2049年将达 到10%，可以实现7×108t(CO2)的减排。

储氢瓶制造为氢能产业链核心部分，碳纤维助力其发展。目前市场销售有4种氢气 瓶。Ⅰ型瓶：全金属储氢气瓶，其制作材料一般为Cr-Mo钢、6061铝合金、316L 等。由于氢气的分子渗透作用，钢制气瓶很容易被氢气腐蚀出现氢脆现象，导致气 瓶在高压下失效，出现爆裂等风险。一般用作固定式、小储量的氢气储存。纤维复 合材料缠绕气瓶分为Ⅱ型瓶、Ⅲ型瓶和Ⅳ型瓶。Ⅱ型瓶：钢制内胆纤维缠绕瓶，纤 维并没有完全缠绕，工作压力有所增强可达26～30MPa。但由于其缠绕的内胆仍 然是钢制内胆，并没有减轻气瓶质量，应用场景受限。

Ⅲ型瓶：内胆为铝合金，外 部进行了全瓶身的碳纤维复合材料缠绕，瓶重量轻、抗压性能好、适用于氢燃料电 池汽车等移动设备，目前主要的压力规格为35MPa和70MPa两种，国内现阶段 35MPa已实现量产。IV型瓶的内胆为聚合物，复合材料则以螺旋和环箍的方式缠绕 在内胆的外围，以增加内胆的结构强度。IV型瓶国内技术仍有欠缺，尚未达到量产 条件。储氢瓶往减重、抗压发展，碳纤维复合材料需求倍增。

III型和IV型储氢瓶碳纤维复合材料成本占比高达6-7成。碳纤维是目前储氢瓶制造 的关键原材料，其成本和性能对储氢瓶的成本和使用性能影响重大。根据美国能源 局（DOE）的研究成果， III型、IV型储氢瓶成本中碳纤维复合材料成本占比分别 达到65%、75%左右。

氢气瓶中长期对碳纤维需求拉动明显。工信部发布的《节能与新能源汽车技术路线 图2.0》，对FCV（燃料电池车）2025年规划保有量10万辆，2035保有量100万 辆。截至2021年末，国内FCV保有量8909辆，意味着2022-2025年期间将新增9.1 万辆。根据广发汽车统计的数据显示，目前保有量中全部是商用燃料电池车，我们 假设到2025年按照商用车和乘用车的80：20的比例，根据中科院宁波材料技术与 工程研究所对于单车用量的预估数据，单车平均碳纤维用量商用车按照320kg，乘 用车按照单车75kg需求进行预估测算，2022-2025年燃料电池车中氢气瓶对碳纤维 的需求共计约2.5万吨（9.1万辆*0.8*320kg/辆+9.1*0.2*75kg/辆），预计将对碳纤 维需求拉动明显。

四、供给端：海外先发优势明显，国内奋起直追

全球碳纤维运行产能逐年增长，我国成为产能第一的国家。2021年全球碳纤维产 能20.76万吨，同比增长20.91%，其中中国大陆首次超过美国成为产能最多的国 家，2021年碳纤维产能达到6.34万吨，同比增长75.38%，占全球总产能的 30.5%，其次是美国产能为4.87万吨，占全球总产能的23.5%，日本位列第三，运 行产能为2.50万吨，占比12%。海外碳纤维主要企业包括日本东丽（TORAY）、 日本东邦（TOHO）、日本三菱丽阳（MITSUBISHI）、美国赫氏（HEXCEL）、 美国卓尔泰克（ZOLTEK）、德国西格里（SGL）等。近年来，国内碳纤维企业成 长迅速，研发技术水平不断提高，市场销量也稳步提升，形成了中复神鹰、光威复 材、中简科技等具有竞争力的碳纤维企业。

（一）海外先发优势明显

欧美日企业具有先发优势，碳纤维生产工艺已非常成熟。由于欧美日企业很早就开 始研发碳纤维技术，并将技术与产业发展相融合，技术和市场均具备先发优势，对 高端碳纤维的市场更是形成了部分垄断。目前，世界碳纤维技术主要由日本企业掌 握，其生产的碳纤维无论是质量还是数量均处于世界领先地位。日本的三家碳纤维 企业（东丽、东邦、三菱）占据全球PAN基碳纤维约50%的市场份额，日本东丽则是 全球高性能碳纤维的龙头企业。

（二）国内已打破有产能无产量局面

国产碳纤维扩产增量趋势明显，积极缩小差距。据赛奥碳纤维数据，2021年国产碳 纤维供给量为2.93万吨，同比增长58.1%，占我国碳纤维总需求的46.9%，国内产能 供不应求，这是由于较多国产碳纤维企业尚未实现关键技术的突破，生产线运行及 产品质量不稳定，因而出现国产碳纤维理论产能较大，实际产量较少，长期存在“有 产能，无产量”现象。随着下游应用的拓展，碳纤维的需求逐步提升，倒逼上游企业 开始大力发展，一些企业在工业级大丝束碳纤维的生产工艺上取得突破，具备产业 链自主化能力的产品类型。国内企业产能规模和产量上都得到明显提升。