風電、氫能源、航空航天、汽車、碳碳復材等一眾應用領域同步發力，碳纖維大時代已經來臨。

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碳纖維是什么？

碳纖維被稱為“新材料之王”，是由聚丙烯腈（PAN）（或瀝青、粘膠）等有機纖維在高溫環境下裂解碳化形成的含碳量高于90%的碳主鏈結構無機纖維。

碳纖維具有出色的力學性能和化學穩定性，密度是鋼的1/4，比強度比鋼大16倍，是目前已大規模生產的高性能纖維中具有最高比強度和最高比模量的纖維，同時具有導電、導熱、耐腐蝕、耐疲勞、耐高溫、膨脹系數小等一系列其他材料所不可替代的優良性能。

目前已經應用于航空航天、風電葉片、體育休閑、壓力容器、碳/碳復合材料、交通建設、海洋等領域，是國防軍工和國民經濟發展不可或缺的重要戰略物資。

數據來源：中國碳纖維網

世界碳纖維產業已形成了黏膠基、瀝青基和聚丙烯腈基三大原料體系，其中黏膠基和瀝青基碳纖維用途較單一，產量也較為有限，而聚丙烯腈基碳纖維兼具良好的結構和功能特性，是碳纖維發展和應用的主要品種，2020年其產量占碳纖維總量的90%左右。

資料來源：中國化學纖維工業協會

PAN基碳基碳纖維強度絲束分類。根據力學性能分類，碳纖維可分為高強型（GQ）、高強中模型（QZ）、高模型（GM）、高強高模型（QM）。根據絲束數量，碳纖維主要有3K、12K、24K、48K等規格，分為大絲束和小絲束。

3-24K（含）為小絲束產品，一般用于航天軍工等高科技領域，以及體育用品中產品附加值較高的產品類別，主要下游產品包括飛機、導彈、火箭、衛星和釣魚桿、高爾夫球桿、網球拍等，24K以上為大絲束產品，主要應用于風電葉片和民用包括土木建筑、交通運輸和能源等行業，主要下游產品包括風電葉片、建筑補強產品、抽油桿、壓力容器等。

為何這個時點談起碳纖維？

多應用領域齊發力，碳纖維當下需求增長空間十分可觀。

根據賽奧碳纖維，2021年全球碳纖維需求量占比前三的領域依次是風電葉片28%、體育休閑16%、航空航天14%，國內碳纖維需求量占比前三的領域依次是風電葉片36%、體育休閑28%、碳碳復材11%。

首先在需求最大的風電領域，碳纖維應用于風電葉片中關鍵結構如梁帽、主梁等。碳纖維主梁的工藝主要有三種，分別為預浸料工藝、碳布灌注工藝和拉擠碳板工藝。

由于風機大型化是未來的發展趨勢，葉片長度的增加，也對增強材料的強度和剛度等性能提出了新的要求，玻璃纖維在大型復合材料葉片制造中逐漸顯現出性能方面的不足。為了保證在極端風載下葉尖不碰塔架，葉片必須具有足夠的剛度。在葉片產品升級過程中，既要減輕葉片的重量，又要滿足強度與剛度要求，碳纖維的替代作用愈發凸顯。

雖然碳纖葉片成本上升，但其帶來的傳動鏈上相關部件以及塔筒的優化減重，使得風電機組的整體成本降低10%以上。例如120m的碳纖維風輪葉片可以減少總體自重達38%，使得風電機組的整體成本下降14%。

根據WoodMackenzie，預計到2030年陸上風電將有超80%應用碳纖維拉擠板，而海上風電則100%應用碳纖維拉擠板。

未來隨著維斯塔斯拉擠工藝專利到期、國內碳纖維持續降本增效、海上風電快速滲透及風機大型化趨勢等多重利好因素疊加，機構預計2022年-2025年碳纖維滲透率有望達到11%/18%/29%/45%，對應碳纖維需求量為0.75/1.70/3.04/5.19萬噸，2021-2025年CAGR達84.3%。遠期國內年新增風電裝機達100GW且主梁用碳纖維滲透率達100%的前提下，碳纖維需求有望達13.1萬噸。

與此同時，光伏熱場部件對碳纖維同樣存在明顯拉動效應。2021年，碳碳復材的三大市場中，剎車盤市場和航天部件發展相對平穩，熱場部件單晶硅爐則發展勢頭突出。根據北極星太陽能光伏網的數據單晶硅爐即將破3萬臺，對碳氈功能材料和坩堝、保溫桶、護盤等碳碳復材結構材料高速增長提供有力支撐。

光伏熱場帶動下碳碳復材用碳纖維需求量將達到1.3萬噸，2021-2025年CAGR達38.4%，再加上氫能、航空航天、國產大飛機、新能源車等各個領域帶動，碳纖維需求將迎來可觀增長。

根據《2021全球碳纖維復合材料市場報告》，2021年全球碳纖維需求11.8萬噸，預計到2025年將達到24萬噸的規模，到2030年可能達到40萬噸，2021-2025年CAGR為19.5%，2021-2030年為14.5%。

其中中國碳纖維需求將實現更快的需求增速，彈性更大。根據《2021全球碳纖維復合材料市場報告》，2021年國內碳纖維總需求為6.24萬噸，預計到2025年將達到15.92萬噸，CAGR達26.4%，市場空間接近250億元。

資料來源：賽奧碳纖維

國產替代機遇還在進一步助推

長時間技術追趕之下，國產碳纖維已經拉開替代浪潮，但仍有較大空間。

由于日本早期就高度重視高性能PAN基碳纖維，培育出了東麗、三菱等一批碳纖維行業領軍企業。1988年，美國國會通過法令，軍用碳纖維所用聚丙烯腈原絲要逐步實現自給，由此扶持了赫氏、氰特等本土碳纖維企業的發展。

90年代卓爾泰克開始研發并推進低成本大絲束在工業領域的應用，形成了高性能小絲束和低成本大絲束兩種技術路線，2014年，卓爾泰克被東麗收購。

目前，世界碳纖維技術主要掌握在日本公司手中，其生產的碳纖維無論質量還是數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的“領頭羊”。

我國碳纖維工業總體上與日本碳纖維的研發同步進行，經歷了長期低水平徘徊、技術轉型和快速發展33個階段。依靠長期自主研發，打破了國外技術裝備封鎖，碳纖維產業化目前取得長足進步。

碳纖維發展歷史資料來源：賽奧碳纖維，《美國卓爾泰克公司炭纖維的發展》

2021年，中國首次超越美國成為全球碳纖維最大產能國。

根據賽奧碳纖維，2021年國內碳纖維產能6.34萬噸，占全球總產能20.76萬噸的31%。國內企業已克服低達產率瓶頸。產能利用率從2015年的10.5%達到了2020年的51.2%，已趨近國際水平。

據中國能源報數據，我國碳纖維國產化率已從2016年的18.4%提升至2021年的46.9%，國產替代趨勢明顯，不過仍有超50%依賴進口。進口來源主要包括日本、中國臺灣、美國、韓國等，國產替代空間巨大。

隨著國產碳纖維不斷縮小技術和性能差距，尤其是吉林化纖、中復神鷹等主要碳纖維廠商大量擴產，碳纖維國產化率持續提升，未來對外依存度有望持續下降，加速國產化。機構預計國內碳纖維產能將從2021年6.3萬噸增長至2025年29.9萬噸，2021-2025年CAGR47.4%。

產業鏈相關企業有哪些？

碳纖維行業目前產能集中度較高，根據賽奧碳纖維，2021年CR5為57.1%。國產碳纖維廠商擴產持續推進，將改變全球碳纖維供應格局。

碳纖維產業鏈及相關公司資料來源：各企業招股書

其中上游有碳纖維碳化設備龍頭精功科技，公司在碳纖維及復合材料裝備、機器人智能裝備、太陽能光伏專用裝備、建筑建材專用設備、輕紡專用設備等制造領域具有深厚產業基礎。

當前公司與吉林化纖、新疆隆炬、吉林國興、浙江寶旌正在履行的4個合同總計金額18.28億元；同時吉林化纖在建6萬噸碳纖維項目、新疆隆炬在建5萬噸項目、浙江寶旌規劃1.8萬噸項目等。

光威復材則是碳纖維全產業龍頭，業務覆蓋碳纖維原絲、碳纖維、復合材料等全產業鏈，是國內碳纖維行業第一家A股上市公司。公司具備碳纖維生產線及關鍵設備、預浸料生產線以及復合材料成型設備等自主設計與制造能力，主要產品包括碳纖維及織物、預浸料、碳梁等。

公司碳纖維在建產能5030噸，是現有產能近2倍，根據公司公告，預計將于短期內建成投產；此外，公司170萬米碳梁原計劃2022年內建成投產，近期有望落地，85萬平方米預浸料已建設完成。此外，內蒙古光威項目規劃年產一萬噸碳纖維，遠期可擴展至兩萬噸。

吉林化纖正積極向碳纖維產業轉型，打造原絲碳纖維復材的碳纖維產業鏈。公司大股東吉林化纖集團已形成年產6萬噸碳纖維原絲、3萬噸碳絲生產能力，成為國內最大的碳纖維生產企業。

公司15萬噸原絲項目、6000噸碳化項目、1.2萬噸復材項目正在建設，2022年下半年將陸續投產，未來有望具備16萬噸原絲、4.9萬噸碳絲、1.5萬噸復材生產能力；2022年7月，集團子公司國興碳纖維年產6萬噸碳纖維項目正式啟動，計劃建設18條自主研發的智能化碳絲生產線，同時配套建設12萬噸原絲和6萬噸復材。

中復神鷹是民用小絲束碳纖維龍頭，建成了國內首條具有自主知識產權的千噸級干噴濕紡碳纖維產業化生產線。在國內率先實現了干噴濕紡碳纖維的關鍵技術突破，基本實現對日本東麗主要碳纖維型號的對標。

截至2022年6月底，公司產能為14500噸/年，包括連云港基地的3500噸/年產能，以及西寧萬噸碳纖維項目于2022年5月建成并投產的11000噸/年產能，產能及產量均處于國內碳纖維生產企業前列。西寧二期碳纖維項目正處于建設階段，截至目前各廠房已封頂，預計2022年底至2023年期間各生產線開始陸續建成并投產。

作為高度綜合性石油化工企業的上海石化，也在進軍碳纖維，公司年產1500噸PAN基碳纖維項目已投產，目前擁有3000噸原絲、1500噸碳纖維產能；同時，2.4萬噸/年原絲、1.2萬噸/年48K大絲束碳纖維項目建設中，并于2022年8月15日實現首套大絲束碳纖維生產線中交，預計短期內將完成6000噸產能建設，打破了國外對48K大絲束碳纖維的壟斷，至2024年全部完成1.2萬噸的建設。

軍用碳纖維龍頭中簡科技，也在逐步釋放產能。公司專注于航空航天領域碳纖維研發生產，能實現批量供應，產品性能達到國際領先巨頭水平，已成為國內航空航天領域ZT7系列（高于T700級）碳纖維產品的批量穩定供應商。公司現有400噸（3K）的碳纖維產能，IPO募投項目的300噸（3K）產能建成投產，產能逐步釋放。

隨著碳纖維需求逐步放量，以上企業有望享受一波較為可觀的市場紅利。