民用碳纤维行业发展现状及未来前景分析 预计国产碳纤维需求增速将超过25.1%

1、碳纤维性能优越

碳纤维是由聚丙烯腈或沥青、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。目前绝大多数碳纤维以聚丙烯腈为原料。

1.1 碳纤维介绍

碳纤维具备出色的力学性能和化学稳定性，密度比铝低、强度比钢高，是目前已大 量生产的高性能纤维中具有最高的比强度和最高的比模量的纤维，具有质轻、高强度、 高模量、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。碳纤维在航空航天、风电叶片、体育休闲、压力容器、碳/碳复合材料、 交通建设等领域广泛应用。

各公司对碳纤维命名往往有一定差异，但以强度、模量为代表的指标仍有可比意义。 下图可以看出公司主要产品型号包括 SYT45、SYT45S、SYT49S、SYT55S、SYT65 和 SYM40 等，涵盖了高强型、高强中模型、高强高模型等类别。

1.2 碳纤维生产过程

碳纤维生产主要有湿法工艺、干喷湿纺两种，优势更显著的干喷湿纺技术由少数企 业掌握。干喷湿纺工艺相比于湿法工艺，在表面结构、拉伸强度以及复合材料加工工艺 性能上具有明显的优势，相比湿法纺丝，干喷湿纺喷丝头不直接浸入凝固浴，喷头温度 可独立的精确控制，纺丝液由喷丝板喷出在进入凝固浴之前先经过一段几毫米的空气层， 纺丝液在空气层中发生一定的拉伸流动，不仅提高纺丝速度，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。由于干喷湿纺技术难度高，国内外具有干喷湿纺碳纤维生产技术的企业较少。2010 年以前，仅日本东丽、美国赫氏两家具有成熟的干喷湿纺碳纤维产品面世，其产品是国 际市场主流的工业领域及航空航天领域碳纤维。

图：碳纤维原丝生产过程

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。

纺丝工段：聚丙烯腈原液通过干喷湿纺技术形成原丝，根据喷头的选择可决定 丝束的大小，喷头为 1000 个细孔、3000 个细孔、4000 个细孔和 6000 个细孔， 对应喷丝可以制得 1K、3K、6K、12K、24K 等型号原丝。喷丝产生的丝束在 凝固浴中凝固成型。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。

碳丝生产：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。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 2000°C 以上的温度石墨化处理，再经过表面处理、上浆和干燥处理， 得到石墨纤维。

碳纤维的成本主要是原材料、人工和制造费用。丙烯腈是碳纤维最主要的原材料， 2020 年其成本占比 28%，丙烯腈的价格受国际原油价格的影响；直接人工成本占比约 13%；制造费用占比 58%，其中最主要的电力成本占比 19%、折旧占比 14%、蒸汽占 比 16%。我们认为非原材料成本占比约 70%，碳纤维未来是可以做出成本差异化的行 业。

1.3 碳纤维下游

2020 年，全球碳纤维需求的前三大应用领域依次为风电叶片、航空航天和休闲体 育。

2020年全球碳纤维需求量最大的领域为风电叶片，需求量为3.06万吨，较2019 年增长 20%，需求量占比达 29%。

其次是航空航天，2020 年需求量为 1.65 万吨，较 2019 年下降 30%，2020 年需求量占比为 15%。民用客机是拉动碳纤维需求增长的主要力量。2020 年 全球新冠疫情对航空业造成不利影响，民用客机主要生产厂家对碳纤维的需求 有一定幅度的下降。

需求量排名第三的领域为体育休闲，需求量为 1.54 万吨，较 2019 年增长 3%， 需求量占比为 14%，主要使用在高尔夫球杆、自行车架、钓鱼竿、球拍、曲棍 球棍等高端休闲体育市场。

国内需求结果与海外差异大，风电、休闲体育是最大的两块应用领域。2020 年， 我国碳纤维需求达 4.88 万吨，较 2019 年增长达 29%。  国内 2020年风电领域的碳纤维需求由 2019年的 1.38万吨增长至 2020年 2.00 万吨，增幅达 45%。主要原因是全球风电叶片对碳纤维需求大幅增长，同时国 际风电叶片代工由欧洲转向国内。全球近 90%的碳纤维体育器材加工在中国大陆和中国台湾完成，2020 年国内 体育用品领域碳纤维需求量为 1.46 万吨，占国内需求总量的 30%，较 2019 年增长 4%。体育休闲领域产品类别广泛，对碳纤维的需求呈现高低端并存的 局面，国内需求主要以 T300 级、T700 级为主，包括少量 T800 级和高模量产 品。规格以 3K、12K 等小丝束为主，需求种类较多。

2、 风电带动碳纤维需求旺盛

根据公司招股书（注册稿），风电叶片被普遍认为是碳纤维最重要的增长市场，特别 是制造超大型风电机组所需叶片，必须使用质量轻、强度高、刚性好的碳纤维，保证结 构强度的同时避免叶片在风载作用下发生大变形甚至撞击风车支柱。

碳中和背景下全球风电装机市场旺盛，且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，风电叶片已经成为国内最大的碳纤维应用领域之一。2020 年国内风电 叶片领域碳纤维需求量为 2.00 万吨，占国内需求总量的 41%，2021 年风电领域的碳纤 维应用占比预计将进一步提升。目前风电叶片市场需求以国外风电主机应用为主，国内 主机用量相对较少，随着碳纤维用于风电叶片技术成熟、接受度提升，有望向国内风电 主机渗透。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。

3、 光伏带动碳纤维需求旺盛

2020 年，我国碳/碳复合材料碳纤维需求量为 0.30 万吨，占比为 6%，较 2019 年 增长 150%，增长幅度较大。碳/碳复合材料主要使用在刹车盘、航天部件、热场部件等 领域。 单晶硅炉内主要有碳毡功能材料和坩埚、保温桶、护盘等碳/碳复合材料，随着国内 先进碳/碳复合材料制备技术的发展，先进碳/碳复合材料成为降低硅晶体制备成本、提 高硅晶体质量的最优选择，正逐步形成在晶硅制造热场系统中对石墨材料部件的升级换 代，未来拥有巨大市场空间。

根据公司招股书（注册稿）援引中国光伏行业协会数据，2019 年度全国硅片产量 134.6GW，同比增长 25.70%，2020 年度全国硅片产量 161.3GW，同比增长 19.84%。 考虑到当前全球大部分硅片均由中国生产，我们预计 2025 年硅片产量将超过 300GW， 较 2020 年接近翻倍，对碳/碳复合材料需求有较强的拉动。

图：全球光伏年度新增装机规模及预测

4、 国内碳纤维供不应求

此外碳纤维在储氢等领域也正积极渗透。由于压力容器对于产品安全性能要求较 高，目前压力容器对于碳纤维的用量整体较少，2020 年全球需求量为 8800 吨，国内需 求量为 2000 吨，市场整体处于起步阶段。目前，压力容器领域用碳纤维最具发展前景 的方向为储氢气瓶领域的使用。氢能应用的储运环节为关键环节。氢能储运要求安全高 效，特别是各类交通工具上的应用。我国目前储存氢能主要采用高压气态储运氢技术， 其特点在于利用气瓶作为储存容器，通过高压压缩方式储存气态氢。复合材料纤维缠绕 成型的储氢气瓶不仅结构合理、重量轻，而且具有良好的工艺性和可设计性，碳纤维缠 绕复合材料储氢气瓶具有安全可靠和储存效率高等优点，被视为氢能储运的重要技术。

能源革命驱动碳纤维需求高速增长，考虑到国产碳纤维进口替代，国内产量增速或 更高。 无论在光伏、风电还是储氢等方面，碳纤维均为极为重要的用途，鉴于上述三 部分需求高增，未来碳纤维的需求将高速增长。未来随着航空航天、风电叶片、 碳/碳复合材料等新兴产业的需求带动，公司预计 2025 年国内碳纤维总需求将 接近 14.95 万吨，2020-2025 年需求复合增速高达 25.1%。国产碳纤维的市场占比也将逐渐提高。国产替代趋势明显。受疫情影响，碳纤 维进口难度增加；另一方面为日本、美国等主要碳纤维生产国家缩紧了对我国 碳纤维的供给，导致国内需求缺口增加，国产替代正当时。2020 年国内碳纤 维需求中，进口碳纤维供应量为 3.04 万吨，占需求量的 62%，国产碳纤维供 应量为 1.84 万吨，占需求量的 38%，国产占比较 2019 年的 32%增长 6 个百 分点。

我们预计国内对国产碳纤维需求增速将超过 25.1%，成长性显著。

（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）