碳纤维：产品性能突出，需求广阔。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，广泛应用于航空航天、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。
　　高资金投入、技术不断迭代构筑行业高壁垒。资金投入上，碳纤维研发、生产制造环节均需要高资金投入。2021年国内主要上市公司研发费用率均在5%以上，每万吨产能前期投入成本超过20亿元。技术迭代上，海外厂商引领技术迭代，国内企业迎头追赶。碳纤维产品性能持续提升，目前已发展到第三代高强、高模碳纤维，日本东丽产品强度实现T300到T1100，模量M35J到M65J全覆盖。国内企业近年技术不断突破，从生产工艺到产品覆盖面已实现快速追赶。
　　行业需求快速增长，全球市场航空价值最高，国内市场风电占比最大。根据奥赛碳纤维数据，2021年全球碳纤维需求总量11.80万吨，相较2020年增长10.38%，预计2025年全球的需求总量达到20.00万吨，2030年达到40.00万吨。2021年，航空航天以11.8亿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。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，其中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%。
　　国产替代进行时，国内企业尽享行业红利。2021年国内碳纤维需求量占全球需求总量比例突破50%，国内企业发展迎来大跨越。2021年国内碳纤维供应量2.93万吨，同比增长58.11%，进口3.31万吨，同比增长9.15%，国内供应量增速远高于进口增速，但对外依存度仍旧高达53.11%。我们认为随着国内企业技术、产能突破，碳纤维国产替代将进一步加速，尽享行业需求红利。
　　行业投资建议。我们认为基于“双碳”政策推动下新能源大发展、消费升级带动高端休闲体育需求、航空航天等高端制造的国产化推进，伴随国内企业产能释放带来碳纤维成本端下降，将进一步拉动下游需求释放，碳纤维行业需求保持持续快速增长可期。我们建议关注行业内优秀的碳纤维龙头企业中复神鹰、中简科技（广发军工覆盖）、光威复材（广发军工联合覆盖）、吉林化纤、上海石化等。
　　风险提示。需求不及预期、供给端竞争加剧，原材料价格波动风险。
　　

研究报告全文：TablePage深度分析化学纤维证券研究报告化学纤维行业TableTitleTableGrade行业评级持有报告日期2022-12-22碳纤维系列专题一国产替代进行时相对市场表现TablePicQuoteTableSummary核心观点2122102220422062208221022碳纤维产品性能突出需求广阔碳纤维被称为新材料之王是-5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-11化形成的含碳量高于90的碳主链结构无机纤维碳纤维是目前已大-18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广泛-24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-31化学纤维沪深交通建设海洋等领域300高资金投入技术不断迭代构筑行业高壁垒资金投入上碳纤维研发生产制造环节均需要高资金投入2021年国内主要上市公司研发分析师TableAuthor李凌芳费用率均在5以上每万吨产能前期投入成本超过20亿元技术迭SAC执证号S0260522090003代上海外厂商引领技术迭代国内企业迎头追赶碳纤维产品性能持SFCCENoBQE751续提升目前已发展到第三代高强高模碳纤维日本东丽产品强度实021-38003608现T300到T1100模量M35J到M65J全覆盖国内企业近年技术不lilingfanggfcomcn断突破从生产工艺到产品覆盖面已实现快速追赶分析师邓先河行业需求快速增长全球市场航空价值最高国内市场风电占比最大SAC执证号S0260521040006根据奥赛碳纤维数据2021年全球碳纤维需求总量1180万吨相较021-380036722020年增长1038预计2025年全球的需求总量达到2000万吨dengxianhegfcomcn2030年达到4000万吨2021年航空航天以118亿美金市场占比请注意邓先河并非香港证券及期货事务监察委员会的注碳纤维市场份额的3493排名第一其次为风电叶片以554亿美册持牌人不可在香港从事受监管活动金占比碳纤维1632市场份额在国内市场方面2021年碳纤维需相关研究TableDocReport求量为624万吨同比增长2769同比增速远快于全球水平其中风电叶片碳纤维需求量约为225万吨相较2016年的03万吨大幅增加5年CAGR为50国产替代进行时国内企业尽享行业红利2021年国内碳纤维需求量占全球需求总量比例突破50国内企业发展迎来大跨越2021年国TableContacts内碳纤维供应量万吨同比增长进口万吨同比2935811331增长915国内供应量增速远高于进口增速但对外依存度仍旧高达5311我们认为随着国内企业技术产能突破碳纤维国产替代将进一步加速尽享行业需求红利行业投资建议我们认为基于双碳政策推动下新能源大发展消费升级带动高端休闲体育需求航空航天等高端制造的国产化推进伴随国内企业产能释放带来碳纤维成本端下降将进一步拉动下游需求释放碳纤维行业需求保持持续快速增长可期我们建议关注行业内优秀的碳纤维龙头企业中复神鹰中简科技广发军工覆盖光威复材广发军工联合覆盖吉林化纤上海石化等风险提示需求不及预期供给端竞争加剧原材料价格波动风险识别风险发现价值请务必阅读末页的免责声明137TablePageText深度分析化学纤维重点公司估值和财务分析表Tableimpcom最新最近合理价值EPS元PExEVEBITDAxROE股票简称股票代码货币评级收盘价报告日期元股2022E2023E2022E2023E2022E2023E2022E2023E光威复材300699SZCNY701520221012增持9195188263373126672890203919102100数据来源Wind广发证券发展研究中心备注表中估值指标按照最新收盘价计算识别风险发现价值请务必阅读末页的免责声明237TablePageText深度分析化学纤维目录索引一碳纤维行业概况7一碳纤维性能优越用途广泛前景光明7二碳纤维下游应用不断延伸拓展产品附加值不断提升8二碳纤维技术资金构筑高门槛大小丝束各放异彩10一碳纤维生产具备高技术门槛10二国外引领碳纤维技术迭代国内打破国外技术垄断13三碳纤维属于资金密集投入行业14四大小丝束各放异彩15三需求总量快速增长国内外细分行业和而不同17一碳纤维需求快速增长应用领域各有不同17二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19三航空航天新增长点出现国内市场蕴藏潜力20四休闲体育高端市场为主力需求持续推涨22五碳复材受益于光伏行业快速发展22六下游最具潜力领域之储氢瓶24四供给端海外先发优势明显国内奋起直追27一海外先发优势明显27二国内已打破有产能无产量局面28五行业内重点公司29六风险提示35一下游需求不及预期35二行业供给端竞争加剧风险35三原材料价格波动风险35识别风险发现价值请务必阅读末页的免责声明337TablePageText深度分析化学纤维图表索引图1碳纤维产业链全景图9图2碳纤维复合材料分类9图3碳纤维下游应用领域10图4原丝生产工艺流程11图5PAN基碳纤维生产全流程11图6碳丝生产工艺流程12图7碳纤维石墨化处理过程12图82022Q1-3上市公司固定资产在建工程占总资产比重14图92021H年中复神鹰主营业务成本构成15图102021年中简科技碳纤维业务成本构成15图11国内主要碳纤维企业研发费用百万元15图12国内主要碳纤维企业研发费用率15图13大小丝束的价格走势16图14全球碳纤维需求单位千吨17图15中国碳纤维需求单位千吨17图162021年全球碳纤维需求分行业情况17图172021年我国碳纤维需求分行业情况18图182021年我国碳纤维需求来源18图192022年1-10月份国内碳纤维需求分行业情况18图202021年全球碳纤维按价值量分布图19图2120212026年全球新增风电预测GW19图22风电机组单机功率大型化趋势MW19图23风电叶片碳纤维需求20图24碳纤维材料在B787客机上的应用实例21图252021年航空航天领域全球碳纤维需求情况21图262021年航空航天领域碳纤维需求分布21图272021年休闲体育领域全球碳纤维需求情况22图282021年休闲体育领域碳纤维需求分布22图29光伏装机量及预期23图30光伏硅片各尺寸份额占比23图31快速发展模式下2050年氢能消费占比预测24图32净零模式下2050年氢能消费占比预测24图33中国氢能的能源比重柱状图25图3435MPaIII型瓶成本构成26图3570MPaIII型瓶成本构成26图3635MPaIV型瓶成本构成26图3770MPaIV型瓶成本构成26图382021全球碳纤维运行产能区域分布图千吨27图392021全球主要企业理论产能及扩产计划千吨27识别风险发现价值请务必阅读末页的免责声明437TablePageText深度分析化学纤维图402020年碳纤维行业市场份额不完全统计27图41日本东丽营收营业利润及同比30图422021日本东丽营收结构30图43日本东丽毛利率与净利率30图44德国西格里营收营业利润及同比30图452021H德国西格里营收结构31图46德国西格里毛利率与净利率31图47美国赫氏营收营业利润及同比31图482022Q1-3美国赫氏产品营收结构31图49美国赫氏毛利率与净利率31图50中复神鹰营收营业利润及同比32图512022Q1-3中复神鹰营收结构32图52中复神鹰毛利率与净利率32图53吉林化纤营收营业利润及同比33图542022Q1-3吉林化纤营收结构33图55吉林化纤毛利率与净利率33图56光威复材营收营业利润及同比33图572022Q1-3光威复材营收结构34图58光威复材毛利率与净利率34图59中简科技营收营业利润及同比34图602022Q1-3中简科技营收结构34图61中简科技毛利率与净利率34表1碳纤维主要性能特征7表2碳纤维复合材料与其他材料性能比较7表3碳纤维按原丝种类分类8表4碳纤维按力学性能分类8表5碳纤维下游应用市场发展四阶段10表6湿法纺丝与干喷纺丝工艺对比11表7部分碳纤维生产企业纺丝工艺12表8碳纤维代价及特征13表9上市公司碳纤维企业生产线投入成本14表10大小丝束生产工艺要求差异16表112021年碳纤维下游价值量19表12风电叶片用碳纤维指标20表132021年空中客车与波音公司订单量单位架22表14静压石墨产品和碳基复合材料产品占比情况单晶拉制炉部件为例24表15中国十四五氢能发展近中远期目标策略24表16储氢瓶类型及特征25表17碳纤维生产企业现有产能统计28识别风险发现价值请务必阅读末页的免责声明537TablePageText深度分析化学纤维表18上市公司近年扩产项目统计28表192021年日本东丽碳纤维产能分布29表20东丽公司碳纤维产品特性一览29识别风险发现价值请务必阅读末页的免责声明637TablePageText深度分析化学纤维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14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表1碳纤维主要性能特征性能特点主要指标及特征强度高抗拉强度在3500MPa以上模量高弹性模量在230GPa以上密度小比强度高密度是钢的14是铝合金的12比强度比钢大16倍比铝合金大12倍耐超高温在非氧化气氛条件下可在2000使用在3000的高温下部熔融软化耐低温在-180低温下钢铁变得比玻璃脆而碳纤维依旧具有弹性能耐浓盐酸磷酸等介质侵蚀其耐腐蚀性能超过黄金和铂金同时拥有耐酸耐油耐腐蚀较好的耐油耐腐蚀性能热膨胀系数小导热系可以耐急冷急热即使从3000的高温突然降到室温也不会炸裂数大数据来源中复神鹰招股说明书广发证券发展研究中心表2碳纤维复合材料与其他材料性能比较密度抗拉强度弹性模量材料种类比强度比模量耐腐蚀性gcm-3MPaMPa高强度钢78100021400013027一般铝合金284207100015025较强镁合金1792804500016025差钛合金4594211200021025强玻璃纤维复合材料21100400005502强高强度型15140013000093087非常强碳纤维复合材料低强度型1611001900006212非常强数据来源碳纤维复合材料CFRP在汽车轻量化中的应用广发证券发展研究中心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基碳纤维识别风险发现价值请务必阅读末页的免责声明737TablePageText深度分析化学纤维表3碳纤维按原丝种类分类原丝种类优势劣势应用情况用途最广用量最大90以上的商用碳纤维都是由聚PAN基成品品质优异工艺较简单力学性能优良-丙烯腈原丝纤维碳化得到的已经成为碳纤维主流原料来源丰富碳化收率高具有耐磨强度高原料调制复杂产品沥青基耐疲劳受力变形小导热率良好预热不容易膨强度模量性能指标较目前规模较小胀等性能低碳化收率低技术难石墨化程度比较低导热系数小高耐温性密度主要用于耐烧蚀材料隔热材料也可以做成韧带假粘胶基度大设备复杂成较小生物相容性较好骨等医用生物材料本高数据来源光威复材招股说明书广发证券发展研究中心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3K12K24K48K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表4碳纤维按力学性能分类序号类别国家标准牌号强度MPa模量GPa日本东丽牌号1GQ352235304500220260T300高强型2GQ452245005500220260T7003QZ552655006000260350T800高强中模型4QZ602660006500260350T10005高模型GM304030003500350400M406QM403540005500350400M40J7QM404040005500400450M46J8高强高模型QM404540005500450500M50J9QM405040005500500550M55J10QM405540005500550600M60J数据来源国家标准委员会GBT26752-2020广发证券发展研究中心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识别风险发现价值请务必阅读末页的免责声明837TablePageText深度分析化学纤维图1碳纤维产业链全景图数据来源新材料在线广发证券发展研究中心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图2碳纤维复合材料分类数据来源中商产业研究院广发证券发展研究中心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识别风险发现价值请务必阅读末页的免责声明937TablePageText深度分析化学纤维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表5碳纤维下游应用市场发展四阶段阶段时间应用领域起步阶段1971-1983钓鱼竿飞机次承力结构成长阶段1984-1993网球拍高尔夫球拍和飞机主承力结构扩张阶段1994-2003压力容器工业机器船艇土木工程和建筑修复补强等领域航空航天风电叶片体育休闲压力容器碳碳复合材料交全面发展阶段2004年至今通建设等领域数据来源中复神鹰招股书广发证券发展研究中心图3碳纤维下游应用领域数据来源中国碳纤维网广发证券发展研究中心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识别风险发现价值请务必阅读末页的免责声明1037TablePageText深度分析化学纤维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图4原丝生产工艺流程图5PAN基碳纤维生产全流程数据来源中复神鹰招股说明书广发证券发展研究中心数据来源我国高性能高分子复合材料发展现状与展望广发证券发展研究中心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表6湿法纺丝与干喷纺丝工艺对比方法喷丝孔径纺丝液牵伸率纺丝速度纤维形态中低相对分子质喷丝后为负牵伸密度较低表面有湿法纺丝小005-007mm量和中等固质量分一般负牵伸30-一般沟槽数50高相对分子质量喷丝后为正牵伸密度较高表面较干喷湿纺大010-030mm高固质量分数和高一般负牵伸100-比湿法快2-8倍平滑粘度400数据来源高性能碳纤维及干喷湿纺广发证券发展研究中心识别风险发现价值请务必阅读末页的免责声明1137TablePageText深度分析化学纤维表7部分碳纤维生产企业纺丝工艺公司纺丝工艺中复神鹰干喷湿法纺丝湿法纺丝吉林碳谷湿法纺丝两步法国内企业光威复材湿法纺丝干喷湿法纺丝上海石化湿法纺丝中简科技湿法纺丝干喷湿法纺丝T700T800和T1000采用干喷湿法纺丝其日本东丽余均为湿法纺丝国外企业日本东邦湿法纺丝三菱丽阳湿法纺丝数据来源吉林碳谷招股说明书广发证券发展研究中心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图6碳丝生产工艺流程图7碳纤维石墨化处理过程数据来源中复神鹰招股说明书广发证券发展研究中心数据来源中复神鹰招股说明书广发证券发展研究中心识别风险发现价值请务必阅读末页的免责声明1237TablePageText深度分析化学纤维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T300T800T1100G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表8碳纤维代价及特征代际分类特征代表性产品用途T300主要用于波音737等型号的次承力构件AS4应用第一代低强度低模量东丽公司的T300和赫氏公司的AS4在早期F-14战斗机的平尾等部位T800大量用于A350波音787等飞机机翼机身的主承力结构IM7大量用于美国的三叉戟潜射导弹及第二代高强度中等模量东丽公司的T800和赫氏公司IM7系列为代表F-22F-35战斗机等目前第二代碳纤维在航空航天等领域应用最广泛东丽的第三代碳纤维产品强度更高更适用于抗拉强度设东丽研制成功的T1100G佐治亚理工学院的第三代高强度高模量计值高的结构件美国的产品弹性模量更高更适用抗研发产品弯抗冲击抗疲劳强度设计值高的部件数据来源复材应用技术广发证券发展研究中心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M40JM55J级高模量碳纤维工程化技术突破了M60JM65J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识别风险发现价值请务必阅读末页的免责声明1337TablePageText深度分析化学纤维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20-100亿元表9上市公司碳纤维企业生产线投入成本上市公司项目名称年产能吨投资额亿元单吨投资亿元万吨西宁年产万吨高性能碳纤维及配套原丝项目10000206206中复神鹰航空航天高性能碳纤维及原丝试验线项目20023115大丝束碳纤维产业化项目10000202202光威复材军民融合高强度碳纤维高效制备技术产业化项目200047235上海石化24万吨年原丝12万吨年48K大丝束碳纤维项目1200035292中简科技高性能碳纤维及织物产品项目15001871247数据来源各公司定增公告募投项目公告广发证券发展研究中心图82022Q1-3上市公司固定资产在建工程占总资产比重固定资产亿元在建工程亿元固定资产在建工程总资产3060255350204035153010232051000中复神鹰光威复材中简科技数据来源wind广发证券发展研究中心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198亿元上半年销量为225646吨由此测算的单吨碳纤维生产成本为880万元其中制造费用和直接材料成本合计占比84分别占比5133同时折旧和能源成本分别占比制造成本的2449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3022直接材料占比仅为14识别风险发现价值请务必阅读末页的免责声明1437TablePageText深度分析化学纤维图92021H年中复神鹰主营业务成本构成图102021年中简科技碳纤维业务成本构成1096069直接材料093直接人工909直接材料折旧32560321089煤炭直接人工13571453电力制造费用1573天然气7642蒸汽204运输费1229其他制造费用运输费数据来源中复神鹰招股说明书广发证券发展研究中心数据来源中简科技2021年年报广发证券发展研究中心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206亿元1053亿元142亿元从2022年前三季研发费用率看光威复材达到836投入162亿元中复神鹰前三季度研发费用率735金额达到106中简科技484投入025亿元图11国内主要碳纤维企业研发费用百万元图12国内主要碳纤维企业研发费用率中复神鹰光威复材中简科技中复神鹰光威复材中简科技3001625012200150810045000201820192020202122Q1-3201820192020202122Q1-3数据来源wind广发证券发展研究中心数据来源wind广发证券发展研究中心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1K3K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识别风险发现价值请务必阅读末页的免责声明1537TablePageText深度分析化学纤维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120t48K大丝束碳纤维原丝出口订单2021年上海石化启动了12000ta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表10大小丝束生产工艺要求差异参数大丝束碳纤维48K小丝束碳纤维124K小丝束成本高的原因纯度要求一般纯度要求聚合组分提纯成本增加92ANMA等高92ANMAIA等原丝纯度允许定杂质严格控制杂质含量纺丝速度慢高重均分子量且分子量分原丝性能重均分子量适中聚合纺丝成本增加布窄AN含量少使得氧化快长时高能耗致使成本氧化过程高AN含量致使氧化慢需控制放热集中增加破化工艺碳化温度相对较低有时需要较高温度能耗高产品认证相对简单非常关键过程复杂周期长认证昂贵数据来源国产聚丙烯腈基大丝束碳纤维发展现状与分析广发证券发展研究中心图13大小丝束的价格走势市场价格碳纤维大丝束国内元千克市场价格碳纤维小丝束国内元千克250002000015000100005000000022005200820112002210521082111210222052208221122数据来源百川盈孚Wind广发证券发展研究中心识别风险发现价值请务必阅读末页的免责声明1637TablePageText深度分析化学纤维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1180万吨较2020年增长1038继续保持稳定增长态势其预计2025年全球需求总量达到2000万吨2030年达到4000万吨在国内市场方面2021年碳纤维需求量为624万吨同比增长2769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293万吨同比增长5811进口产品需求量331万吨同比增长915对外贸易依存度5311同比下降1452图14全球碳纤维需求单位千吨图15中国碳纤维需求单位千吨进口国产总量450400180400160350140300120971542502001002008053308150103710686118607658429262923100534048851620850204535313784331290016789195632348720152016201720182019202020212025E2030E20152016201720182019202020212023E2025E数据来源赛奥碳纤维广发证券发展研究中心数据来源赛奥碳纤维广发证券发展研究中心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330万吨占比28其次为体育休闲市场碳纤维需求达到185万吨占比157第三大应用市场为航空航天市场碳纤维需求达到165万吨占比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以上图162021年全球碳纤维需求分行业情况风电叶片169127093136356体育休闲720航空航天压力容器2797混配模成型805汽车898碳碳复材1568建筑932电子电气1398船舶电缆芯其他数据来源赛奥碳纤维广发证券发展研究中心识别风险发现价值请务必阅读末页的免责声明1737TablePageText深度分析化学纤维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225万吨占比361体育休闲领域碳纤维需求量达到175万吨占比281碳碳复材领域碳纤维需求量07万吨占比112三大主要应用领域合计占据国内需求的754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图172021年我国碳纤维需求分行业情况图182021年我国碳纤维需求来源048064224189风电叶片401229体育休闲406中国大陆4211122航空航天日本488压力容器中国台湾2563607混配模成型美国481汽车8464689韩国481碳碳复材670墨西哥建筑321匈牙利2805电子电气1119德国船舶其他进口电缆芯1131其他数据来源赛奥碳纤维广发证券发展研究中心数据来源赛奥碳纤维广发证券发展研究中心图192022年1-10月份国内碳纤维需求分行业情况400500200风电叶片体育休闲碳碳复材10003500200建筑补强压力容器1500航空航天混配模成型2700其他数据来源百川盈孚BAIINFO广发证券发展研究中心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168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1188亿美金市场占比碳纤维市场份额的3493排名第一其次为风电叶片以554亿美金占比碳纤维1632市场份额传统体育休闲以551亿美金占比碳纤维15市场份额压力容器以264亿美金占比碳纤维78市场份额混配成模以229亿美金占比碳纤维67市场份额汽车以205亿美金占比碳识别风险发现价值请务必阅读末页的免责声明1837TablePageText深度分析化学纤维纤维6市场份额碳碳复材以184亿美金占比碳纤维54市场份额建筑补强以101亿美金占碳纤维3市场份额图202021年全球碳纤维按价值量分布图160120090110300航空航天541风电叶片601体育休闲压力容器3493混配模成型汽车671碳碳复材781建筑电子电气1502船舶1632电缆芯其他数据来源赛奥碳纤维广发证券发展研究中心表112021年碳纤维下游价值量应用航空航天风电叶片体育休闲压力容器混配模成型汽车碳碳复材建筑电子电气船舶电缆芯其他总量需求千吨数16533185111069585422151116118需求量百分比14002800157093090081072036017013009014010000单价美元公斤72168276242162162162427627627624市场百万美元1188554511264229205184101554130383401价值量百分比34901630150078067060054030016012009011010000数据来源赛奥碳纤维广发证券发展研究中心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66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图2120212026年全球新增风电预测GW图22风电机组单机功率大型化趋势MWOnshoreOffshore14012031424510087125135802116091989992294997440725200202120222023202420252026数据来源2022年全球风电报告广发证券发展研究中心数据来源复合材料在大型风电叶片上的应用与发展广发证券发展研究中心识别风险发现价值请务必阅读末页的免责声明1937TablePageText深度分析化学纤维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38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330万吨同比增长782021年国内风电叶片碳纤维需求量约为225万吨相较2016年的03万吨大幅增加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24K48K50K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表12风电叶片用碳纤维指标ManufacturerTORAYZOLTEKSGLFormosaZFSYTypeT720PX35CT50TC35SY45TowsK3650504824ModulusGpa265242260240230数据来源复合材料在大型风电叶片上的应用与发展广发证券发展研究中心2020年国内风电叶片领域碳纤维需求量为200万吨占国内碳纤维需求总量的41份额较2019年的138万吨增长452021年国内风电叶片领域碳纤维需求量为225万吨同比增长125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图23风电叶片碳纤维需求风电叶片碳纤维需求量吨同比25000200200001601500012010000805000400020172018201920202021数据来源赛奥碳纤维广发证券发展研究中心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识别风险发现价值请务必阅读末页的免责声明2037