一、碳纖維技術(shù)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(lǐng)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(lǐng)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(lǐng)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(zhì)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(dǎo)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(dǎo)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(fù)，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(dǎo)電性好、耐高低溫等等應(yīng)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(yīng)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(yù)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(yù)浸料；碳纖維與樹脂、陶瓷等材料結(jié)合，可形成碳纖維復(fù)合材料，最后由各種成型工藝得到下游應(yīng)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(shù)壁壘均較高：

（1）制造碳纖維產(chǎn)品的上游原絲端；

（2）中游復(fù)合材料。

原絲-碳纖維-織物-預(yù)浸料-復(fù)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(fù)神鷹（688295）、吉林碳谷（836077北交所）為國內(nèi)碳纖維原絲生產(chǎn)廠商。威海光威復(fù)材（300699）、中簡科技（300777）為碳纖維全產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)，光威復(fù)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(fù)合材料

碳纖維一般不是單獨使用，而是以復(fù)合材料的形式被使用。

復(fù)合材料指的是兩種或兩種以上材料復(fù)合而成具有一定的特殊功能和結(jié)構(gòu)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(fù)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(fù)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(fù)合材料重量輕，具有出色的抗沖擊、耐磨能力，常應(yīng)用于安全防護（如防彈衣）、橡膠增強以及耐磨領(lǐng)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(dǎo)電等優(yōu)異性能，因此在二十一世紀以來迅速擴展下游應(yīng)用領(lǐng)域，在能源、汽車、高鐵、建筑、機械以及航空等領(lǐng)域均具有廣闊的前景。

碳纖維原絲即PAN原絲質(zhì)量固然重要，但若在中游復(fù)材環(huán)節(jié)，沒有質(zhì)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(fù)材的核心設(shè)備，碳纖維仍然無法得到大規(guī)模的應(yīng)用。碳纖維主要以樹脂基復(fù)合材料（CFRP）為主，占全部碳纖維復(fù)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(fù)材行業(yè)是較為典型的增材制造，其最大特點是材料與結(jié)構(gòu)件同步成型。

高性能碳纖維復(fù)合材料制品、高性能碳纖維預(yù)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(yīng)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(lǐng)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(shù)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(fù)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(nèi)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(dǎo)地位。

日本是全球最大的碳纖維生產(chǎn)國，世界碳纖維技術(shù)主要掌握在日本公司手中，其生產(chǎn)的碳纖維無論質(zhì)量還是數(shù)量上均處于世界領(lǐng)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(lǐng)頭羊”。

2.1.2國內(nèi)碳纖維市場格局

國內(nèi)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(zhì)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(yù)計將降至39%。

精功科技（002006）已實現(xiàn)碳纖維生產(chǎn)設(shè)備的進口替代，中復(fù)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(zhì)量上尚待改進。目前行業(yè)內(nèi)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(shù)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(nèi)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(jié)構(gòu)等技術(shù)工藝的儲備；

②碳纖維復(fù)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(yīng)用領(lǐng)域的開發(fā)力度；

恒神股份、光威復(fù)材、中簡科技、中復(fù)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(jié)合兩步法的干噴濕紡技術(shù)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(lǐng)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(nèi)光威復(fù)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(yù)浸料等中游產(chǎn)品。

此外國內(nèi)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(yīng)，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(dǎo)致國內(nèi)供需缺口增加，國內(nèi)企業(yè)正積極擴產(chǎn)、填補相應(yīng)空缺。

國家強力支持國產(chǎn)碳纖維的技術(shù)攻關(guān)、工程產(chǎn)業(yè)化和應(yīng)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(shù)的逐步成熟以及規(guī)模化生產(chǎn)對成本的稀釋，國內(nèi)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(shù)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(yīng)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(nèi)相似品

（1）國內(nèi)碳纖維原絲與日本東麗的差距，主要是批次產(chǎn)品質(zhì)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(nèi)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(fù)合材料的上市公司只有光威復(fù)材、中簡科技、中復(fù)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(fù)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(fù)材科技有限公司（主做自行車和碳纖維輪轂）。