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【银河军工】行业深度丨碳纤维行业系列报告之一：千锤百炼迎风舞直伴雄鹰上云霄

文章来源：产品展示时间：2023-12-26 03:52:50

原标题：【银河军工】行业深度丨碳纤维行业系列报告之一：千锤百炼迎风舞，直伴雄鹰上云霄

◆碳纤维应用领域广泛，市场空间巨大，国产替代步伐加快。根据广州赛奥数据，2020年全球碳纤维市场规模约为10.69万吨，预计2025年需求量将达20万吨，年复合增长率13.4%，2030年达40万吨，复合增长率14.1%。国内2020年碳纤维需求4.89万吨，预计2025年需求将达15万吨，年复合增速25.1%，其中国产碳纤维供应量达8.3万吨，年复合增速35.1%，进口碳纤维供应量6.65万吨，国产替代步伐将明显加快。

◆军机放量+民机接力有望推动高端碳纤维市场爆发。2020年全球航空航天用碳纤维市场需求约1.65万吨，考虑疫情对商业航空市场的扰动，预计2025年需求量约2.63万吨，年复合增速9.86%。从国内来看，军机方面，目前我国四代战斗机的碳纤维使用比例约为27%，而三代机碳纤维用量仅约为6%至10%，四代机单机碳纤维占比显著提升。我们大家都认为随着国内军机列装提速叠加单机碳纤维占比提升，军用碳纤维迎快速放量期。民机方面，由于复合材料在C919机体结构重量中占比较低，分两阶段占比约11.5%至25%。根据测算，未来20年C919对碳纤维市场的需求约86亿元，年均4.3亿元，而下一代CR929机型中复合材料占比或将达到50%，从而形成持续的碳纤维需求。预计未来5-10年，国内航空航天市场将维持25%的年复合增速。

◆“双碳”政策赋予风电确定性，百亿规模铸就庞大市场。根据《风能北京宣言》，为与国内碳中和目标相衔接，倡议2020-2025/2025-2030年均新增风电装机50/60GW以上，至2030/2060年均新增装机800GW/3TW。基于此宣言，广州赛奥预测2030年风电市场对碳纤维的需求约20万吨，按每吨8万元测算，市场空间约160亿元。随着装机数量增加，风电叶片长度增加，碳纤维行业将迎来更广阔的发展空间。

◆压力容器用碳纤维未来市场发展的潜力看好。2020年，全球能承受压力的容器用碳纤维需求为8800吨，占各类应用总需求的8.8%，预计到2025年总需求21897吨，年复合增长率达20%。2020年国内能承受压力的容器碳纤维消耗量2000吨，未来随着我们国家IV型瓶技术逐步突破，叠加中国巨大的市场需求，车载储氢瓶有望成为碳纤维的重要应用领域之一。

◆交通运输的“小车身”，碳纤维的“大市场”。2020年，全世界汽车用碳纤维需求约1.25万吨，预计到2024年总需求1.83万吨，年复合增长率为10%。中国市场2020年汽车碳纤维消耗量约1200吨，占各领域应用总需求的2.5%。当前碳纤维在轨道交通领域未实现规模化应用，但仍属于未来会大量使用碳纤维的领域。抓住轨道交通领域实现产业化的机会，是追赶国外厂商的一大契机。根据广州赛奥预测，到2030年，全世界汽车与轨道交通对碳纤维的需求约为9-10 万吨。

碳纤维是纤维状的碳素材料，含碳量在90%以上。它是利用各种有机纤维在惰性气体中、高温状态下碳化而制得。碳纤维具有十分优异的力学性能，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。尤其是在2000℃以上的高温惰性环境中，碳材料是唯一强度不下降的物质。碳纤维密度比铝低，强度比钢高，此外还兼具其他多种优良性能，如低密度、耐高温、耐腐蚀、耐摩擦、抗疲劳、震动衰减性高、电及热传导性高、热线胀系数低、光穿透性高、非磁体但有电磁屏蔽性等。

目前，工业化生产碳纤维按原料路线可分为聚丙烯腈（PAN）基碳纤维、沥青基碳纤维和粘胶基碳纤维三大类。相较于其他两种路线，由聚丙烯腈纤维原丝可制得高性能的碳纤维，其生产的基本工艺较其它方法简单，而且产品的力学性能优良，用途广泛，因而自20世纪60年代问世以来，取得了长足的发展，PAN基碳纤维产量占碳纤维90%以上，成为了碳纤维的主流。

原丝生产按照纺丝方法大致上可以分为湿法纺丝和干湿法纺丝，干湿法是一种更为先进的工艺，湿法纺丝的效率约只有干湿法纺丝的五分之一。按丝束大小分类：碳纤维可划分为小丝束和大丝束，小丝束碳纤维初期以 1K、3K、6K 为主，逐渐发展为 12K 和 24K。小丝束碳纤维工艺控制要求严格，生产所带来的成本较高，主要应用于国防军工等高科技领域，以及体育休闲用品领域。通常将48K 以上碳纤维称为大丝束碳纤维，包括 48K、60K、80K 等，主要应用于工业领域，包括纺织、医药卫生、机电、土木建筑、交通运输和能源等。大丝束产品性能相对较低但制备成本亦较低，因此往往运用于基础工业领域，应用最广泛的是风电叶片领域，西方国家对我国碳纤维实施严格的技术封锁和产品禁运，其主要针对的是小丝束碳纤维。

按力学性能分类：碳纤维可划分为高强型（GQ）、高强中模型（QZ）、高模型（GM）、高强高模型（QM）。碳纤维多作为增强材料，看中的是其优良的力学性能，因此应用中更多的是按其力学性能分类。实践中，拉伸强度及模量是国际碳纤维分类的主要标准，业内一般采用日本东丽（TORAY）分类法，2011 年国家发布实施《聚丙烯腈基碳纤维》，标志着我国的碳纤维行业有了自己的分类方法与标准。

碳纤维复合材料相比传统材料最大的优势是具备所需强度的前提下，具有最高比模量（弹性模量与密度之比），而不是单单强度高。结构减重首先选用弹性模量最高的材料，这就是碳纤维分代的依据，所以T300（模量230GPa）是第1代，T800（模量294GPa）是第2代，T1100（模量324GPa）是第3代。值得一提的是，T700和T1000的高强度是T300和T800采用低成本干喷湿纺工艺的产物，并不是根据用户的需求研发的新品种。

聚丙烯腈基碳纤维的生产主要包括原丝生产和原丝碳化两个过程。原丝生产过程主要包括聚合、脱泡、计量、喷丝、牵引、水洗、上油、烘干收丝等工序。碳化过程主要包括纺丝、预氧化、低温碳化、高温碳化、表面处理、上浆烘干、收丝卷绕等工序。碳纤维及其复合材料的制作过程中工艺繁多且对技术精细程度非常高，有很高的技术门槛。

聚丙烯腈（PAN）基碳纤维的全球生产从 20 世纪 60 年代起步，经过 70 ~ 80年代的稳定发展，90 年代的飞速发展，到 21 世纪初生产工艺技术逐步成熟。行业发展初期，碳纤维主要用于军工和宇航，碳纤维行业龙头日本东丽公司的发展正是得益于航空领域的规模应用，1975年实现碳纤维在波音737次承力结构的应用推动了东丽千吨级的量产，20世纪90年代起波音787机体结构质量的50%使用碳纤维则推动东丽碳纤维万吨级的量产。经过 50 余年的发展，碳纤维的应用领域正在向工业领域和普通民用领域拓展。

我国碳纤维工业的起步可以追溯到 1962 年，总体上与日本碳纤维的研发同步进行，但在产业化生产和集中度方面存在较大差距。2005 年，我国碳纤维行业总共仅有 10 家企业，合计产能仅占全球总产能的 1%左右；2008 年，以国有企业为主的大量工业企业涌入碳纤维行业，但大多数企业在一些关键技术上无任何突破，生产线运行及产品质量极不稳定，导致“有产能，无产量”的现象出现；2010 年，国内碳纤维生产能力仅占世界高性能碳纤维总产量的 0.4%左右，碳纤维需求严重依赖进口；2012年 1 月，国家工信部公布了新材料“十二五”规划，碳纤维“十二五”期间规划产能为 1.2 万吨/年。“十三五”产能的实现和技术的突破是碳纤维行业的主要发展方向，到2020年我国运行产能已达到3.62万吨，实际销量1.85万吨，销量/产能比为51%。以东丽的产业化道路为鉴，我国国产碳纤维产业化一定也是要伴随着工业领域复合材料制品的批量生产同时实现的。

根据广州赛奥测算，全球范围内碳纤维市场规模从2014年的5.35万吨增长至2020年的10.69万吨，年复合增长率达12%，预计2025年需求量达20万吨，5年复合增长率约为13.35%，2030年达40万吨，10年复合增长率约为14.11%。

分领域来看，2020年应用最广泛的领域主要集中在风电叶片、航空航天和体育休闲。值得一提的是，尽管从总重量占比来看，航空航天领域只占到15%的份额，但由于航空航天用碳纤维价格远高于普通碳纤维，因此航空航天领域的碳纤维金额占比达37.7%。

从中国市场来看，2020年碳纤维国内市场总需求为4.89万吨（YOY+29%），其中进口约为3.04万吨（YOY+17.5%），国内供给1.845万吨（YOY+53.8%），国内供给量实现连续三年30%以上的高速增长，反映国产碳纤维产业逐步趋于成熟。

根据广州赛奥预测，2025年国内碳纤维总需求将达到约15万吨，五年复合增速25.1%，其中国产碳纤维供应量将达到8.3万吨，五年复合增速达35.1%，远超进口碳纤维供应量6.65万吨（五年复合增速17%），国产替代步伐有望明显加快。

从结构来看，中国的碳纤维主要用于风电和休闲体育领域，相比全球的应用结构，中国航空航天碳纤维占比较低，随着“十四五”期间军机列装提速以及国产大飞机逐步进入量产期，未来航空航天用碳纤维市场增长空间巨大。

根据广州赛奥数据，2020年全球航空航天用碳纤维市场需求总金额约为9.87亿美元，对应总量约为1.65万吨，其中商用飞机、军用飞机、直升机和航天需求占比分别为52.9%、15.8%、9.1%和1.8%。考虑未来航空航天市场对碳纤维需求的拉动以及疫情变化的影响，预计2025年全球航空航天碳纤维需求量约为2.63万吨，5年复合增速约为9.86%。

“十四五”期间，我国正值“百年未有之大变局”，周边局势波云诡谲，为应对各种不确定性，国内战备需求急剧增加，装备采购放量呈现明显的结构性特征，军机换装列装进程明显加速。在多样化作战需求牵引、颠覆性科学技术推动以及经济投入的支撑下，世界主要军事强国正加快对空军武器装备的探索与发展，加大对现役装备的升级改进，推动以作战飞机、支援保障飞机、无人机、机载武器等为重点的现代化建设，使空军装备发展进入新的阶段。

根据《World Air forces 2021》数据，2020年我国战斗机总量1571架，虽排名第三但远低于美国2717架；我国武装直升机也仅为美国的六分之一，运输机、教练机等数量也远少于美国。截至2020年底，我国二代机占比仍接近50%，美国则均为三代及以上战机；美国现役战斗机均为较为领先的三代机和四代机，占比分别为83%和17%，而我国现役四代机仅有约19架（占比约2%）。因此，不管是从存量维度还是从代差维度，我国都有巨大的追赶空间。

进入21世纪以来，中国航空装备百花齐放，各类自主机型崭露头角，其中最具代表的就是以沈飞为代表的苏系衍生机型和以成飞为代表的自主机型。我们认为“十三五”是四代机的孕育期，而“十四五”期间将成为国产四代机的茁壮成长期。三代半和四代机“量质齐升”，有望带动高端碳纤维用量显著提升。

由于碳纤维复合材料具备质量轻、高强度、高模量、耐高低温和耐腐蚀等特性，对飞机性能的提升有重要作用，因此碳纤维复合材料的应用程度是衡量飞机先进程度的重要指标之一。自20世纪60年代末以来，军用飞机的复合材料用量逐年增长。以美国军机为例，根据《军机+ 航天航空+ 风电，让碳纤维派上大用场》数据显示，F-14A战机碳纤维复合材料用量（复合材料质量占机体结构质量的比例，下同）仅有1%，到F-22和F-35 为代表的第四代战斗机上碳纤维复合材料用量分别达24% 和36%，B-2 隐身战略轰炸机的碳纤维复合材料占比高达38%。对比国内，根据《军机+ 航天航空+ 风电，让碳纤维派上大用场》数据显示，我国军用歼击机的复材用量也在不断提升，目前我国最先进的四代战斗机碳纤维使用比例约为27%，相比之下三代战斗机的碳纤维用量仅约为6% 至10%，新型战机的单机碳纤维占比明显提升。随着国内军机列装提速叠加单机碳纤维占比提升，军用碳纤维迎快速放量期。

根据《中国商飞市场预测年报（2020-2039年）》，未来20年，中国航空运输市场需求旺盛，预计中国航空市场将接收50座以上客机8725架，市场价值约1.3万亿美元（以2019年目录价格为基础），折合人民币约8.97万亿元。其中，50座级以上涡扇支线座级以上单通道喷气客机交付5937架，年均需求约300架；250座级以上双通道喷气客机交付1868架，年均需求约94架。机队年均增长率为4.1%，中国机队规模将达到9641架。

C919大飞机是我国首款完全按照国际先进适航标准研制的单通道大型干线公里，性能与国际新一代的主流单通道客机相当。目前C919 已经完成6架试飞测试，在手订单超1000架，21年年底或将首次商业化交付运营。作为国产120座级以上单通道喷气客机，C919未来有望逐步实现国产替代，发展空间广阔。

碳纤维在民用飞机上的应用起源于20世纪70年代的石油危机，为了降低燃油消耗，结构轻量化成为了民用飞机的最大需求。美国和欧洲纷纷开启了民机使用碳纤维复合材料应用的国家计划，如欧洲的TANGO计划和美国的复合材料经济可承受性计划（CAI）等，预研领域也从非承力结构向次承力结构再向主承力结构演进，所有这些计划的核心要素是安全、技术和成本，旨在为航空公司寻求“买得起的复合材料”。

经过数十年的发展，以碳纤维为主的先进复合材料正逐步成为飞机轻量化的主要手段，也有望成为未来发展的主流趋势。波音B737系列机型复合材料使用比例（复合材料质量占机体结构质量的比例，下同）已达15%，更为先进的超远程大型宽体客机787机型复合材料使用比例高达50%；空客A320、380系列也达到22%，更为先进的A350XWB双发宽体客机复合材料使用比例甚至达到52%。根据新华社数据，我国C919客机复合材料用量达到机体结构重量的11.5%，并首次在民用飞机的主承力结构、高温区、增压区使用复合材料，当前主要依赖进口。碳纤维复材主要用于C919 的尾翼和中央复合材料壁板以及主起落架舱门工作包、前起落架舱门工作包、翼身整流罩工作包和垂直尾翼工作包等。

根据中国商飞公司预测，C919大飞机商用化之后的正常年产量约为150架。目前有在手订单逾1000架，或可以保证未来6-7年稳定的碳纤维复合材料需求。根据中国商飞的规划，C919客机将采取分步走的策略，安全稳妥的提高复合材料使用比例：第一阶段采用10%-15%的碳纤维复合材料，第二阶段采用23%-25%碳纤维复合材料。随着碳纤维复材用量的提升，国产碳纤维厂商的机会有望凸显。

C919副总设计师曾表示，C919大飞机的国内需求保守估计是2000架左右，该口径约等于中国商飞未来20年120座级单通道喷气客机预测交付数量（5937架）的1/3。单架C919结构质量约为24吨，假设每个发展阶段各10年时间，且第一阶段的复合材料（碳纤维复材）占比均为11.5%，对应900架C919，第二阶段的复合材料占比均为24%，对应1100架C919，则未来20年将带动约8820吨碳纤维复合材料的市场需求量，根据《2020年全球碳纤维复合材料市场报告》相关数据计算得知，国内航空航天用碳纤维复材均价约700万/吨，则C919飞机预计将带动碳纤维复材市场需求额约617亿元，年均约30.85亿元。碳纤维在航空复材中的占比约为65%，对应碳纤维用量约为5733吨，但碳纤维制品价格远高于碳纤维材料本身，我们按照150万/吨的碳纤维单价计算，那么C919对碳纤维市场的需求额约86亿元，对应前10年年均约2.4亿元，后10年年均约6.2亿元。

此外，我国与俄罗斯合作的下一代CR929机型中复合材料使用比例或将达到50%，首批复材供应商名单包括多家国内公司，表明国产化进程正在提速。根据俄罗斯联合航空制造集团总经理的描述，目前中俄联合研制的远程宽体客机CR929已获得200架意向订单。CR929大飞机若可按期在2028年前后交付，将会形成持续的碳纤维复材需求。

值得一提的是，对于民机用碳纤维复合材料的成本，波音公司复合材料专家给出的飞机复合材料制品成本构成显示，材料占比约为8%～20%，工艺制造和装配占比80%以上，因此，降低材料成本固然重要，但工艺制造成本作为总成本中最高的单项成本，开发低成本的制造工艺或成为“买得起”的关键。

根据广州赛奥数据，2020年中国航空航天市场碳纤维需求为1700吨，同比增速21.4%，随着新一代军机的放量和大型民机的陆续商业交付，未来5-10年，国内航空航天市场有望保持25%左右的复合增速。

风电叶片方面，传统的叶片制造材料主要为玻璃纤维复合材料，而当叶片长度超过一定值后，全玻璃钢叶片重量比较大，性能上也有较多不足，已经无法满足风电叶片大型化、轻量化的要求。而碳纤维复合材料相比玻璃纤维复合材料具有更低的密度，更高的强度，其突破了玻璃纤维复合材料的性能极限，保证风电叶片在增加长度的同时，重量得到大大降低。近年来，风电叶片实现快速发展，叶片长度从2015年的40-50米增长至如今的80-90米甚至100米以上。在叶片制造技术不断地升级过程中，复合材料是风电叶片的核心材料，起到至关重要的作用，决定着叶片的成本、性能、价格。

目前，风电叶片的碳纤维需求在总需求中占比较大。2020年碳纤维用量超过3万吨，其中80%都用于生产拉挤碳梁片材。这主要得益于风电巨头企业维斯塔斯的工艺创新：维斯塔斯采取全新的叶片设计，并使用拉挤碳板制备叶片大梁工艺，减重40%左右，成本稍有增加，但效率大幅提升，优势非常明显。碳纤维主梁的工艺主要有三种：预浸料工艺、碳布灌注工艺和拉挤碳板工艺，其中拉挤工艺效率最高、成本最低，而且纤维含量高，质量稳定，连续成型易于自动化，适合大批量生产。市场格局方面，维斯塔斯是仅有的一家大规模商业应用碳纤维的企业，在风电叶片的碳纤维用量中占据了80%以上的市场份额，其碳纤维复合材料梁板生产大部分由江苏澳盛和光威复材承担。

风电叶片梁板主要使用的是湿法大丝束碳纤维，其应用的湿喷湿纺大丝束技术在国际上只有少数企业掌握，国内则只有吉林精功成功开发出了相关产品，但产品的性能和稳定性与国外产品尚有差距。

2015年以前，碳纤维应用在风电叶片的工艺主要采用预浸料或织物的真空导入，部分采用小丝束碳纤维，因此平均价格较高，近年来主要采用大丝束碳纤维拉挤梁片，价格降幅可观，也促成了碳纤维用量的急剧增加。

从全球范围来看，风电市场的碳纤维需求从2016年的18000吨增长至2020年的30600吨，年复合增长率达14%，其中中国市场表现最为亮眼，中国风电叶片的碳纤维需求呈爆发式增长，从2016年的3000吨上升至2020年的20000吨，占到世界范围需求的65%，年复合增长率超过60%，但85%以上的需求来自维斯塔斯。根据广州赛奥预测，预计2025年全球风电领域碳纤维需求量为93384吨，年复合增长率达25%，其中中国市场仍然是主力。

2020年的《风能北京宣言》提出，“十四五”规划要为风电设定与碳中和国家战略相适应的发展空间，保证年均新增装机50GW以上。2025年后，中国风电年均新增装机容量应不低于60GW，到2030年至少达到800GW，到2060年至少达到3000GW。广州赛奥预测，到2030年风电市场需要约20万吨碳纤维，按每吨8万元人民币测算，2030年风电市场碳纤维需求约为160亿元。随着装机数量增加，风电叶片长度增加，碳纤维行业迎来更广阔的市场空间。

压力容器是碳纤维应用的另一领域，复合材料储氢气瓶由内至外包括内衬材料、过渡层、纤维缠绕层、外保护层、缓冲层。高强度、高模量的碳纤维材料通过缠绕成型技术而制备的复合材料气瓶不仅结构合理、重量轻，而且良好的工艺性和可设计性在储氢气瓶制备上具有广阔的应用空间。从压力容器具体应用看，我国在氢燃料电池汽车储氢瓶、天然气汽车用储气瓶和氢气容器等领域有较大发展潜力。

车用气瓶共分为四种类型：全金属气瓶（I型）、金属内胆纤维环向缠绕气瓶（II型）、金属内胆纤维全缠绕气瓶（III型）、非金属内胆纤维全缠绕气瓶（IV型）。在四种类型的气瓶中，适合车载储氢瓶的是III型与IV型瓶。国际主流技术以铝合金/塑料作为氢瓶内胆用于保温，外层则用3公分左右厚度的碳纤维进行包覆，提升氢瓶的结构强度并尽可能减轻整体质量。目前车载氢气瓶用碳纤维市场主要被东丽公司和台塑集团占据。

以车载氢气瓶为例，同等体积下的氢气瓶，压力越大储氢量越高，车辆行驶距离越远。Ⅲ型和Ⅳ型氢气瓶都有35Mpa和70Mpa两种，国内在35MpaⅢ型瓶有成熟产品，但35MpaⅢ型瓶的续航里程相比纯电动车没有优势，必须采用70MpaⅣ型在燃料电池乘用车上才有里程优势。

目前国内III型瓶技术已经较为成熟，已在多领域取得应用。然而，国内厂家不能量产成熟的IV型瓶，所有的国内IV型瓶均处于研发过程中。相比而言，国外乘用车已经开始使用质量更轻、成本更低、质量储氢密度更高的IV型瓶。中集安瑞科、京城股份、亚普股份、科泰克等多家公司参与布局IV型瓶项目，佛吉亚、Hexagon等国外企业也对中国IV型储氢瓶市场加快开拓。

全球来看，压力容器用碳纤维2020年需求为8800吨，占到应用总需求的8.8%，预计到2025年总需求21897吨，年复合增长率达到20%。2020年国内压力容器碳纤维消耗量2000吨，全球需求占比约为22.7%。未来随着我国IV型瓶技术逐步突破，叠加中国巨大的市场需求，车载储氢瓶有望成为碳纤维的重要应用领域之一。

根据“中国制造2025”的需求，对于国产碳纤维厂商来说，最为看好的领域是交通运输车辆的应用，包括轨道交通、汽车等。与其他工业领域不同，交通运输车结构形式和受力要复杂得多，与飞机结构类似，飞机复合材料结构的设计和制造技术基本适用于交通运输车辆结构，但也存在部分差异，例如飞机结构普遍采用热压罐工艺，但交通运输车辆结构更多采用快速固化高效的液体成型和OOA成型，甚至模压成型等。

交通运输车辆与民用飞机对复合材料的需求有很大差别：首先，民用飞机在开始使用复合材料时很多技术人员具有军机应用的经验，交通运输部门的技术人员对复合材料的认识和技术基础基本为零；其次，民用飞机结构轻量化是在使用最轻的铝材基础上进行轻量化，碳纤维是唯一选择;而交通运输结构是在主体结构采用钢材的基础上进行轻量化，因此碳纤维的应用往往不是第一选择。再次，不同应用领域对复合材料结构特点的需求有所差异，对价格的接受程度也是不同的（具体价格取决于制件的复杂程度），军用飞机复合材料可接受的价格是10000~20000元/kg，民用飞机可接受的价格是6000~8000元/kg，轨交车辆可接受的价格是800~1500元/kg，汽车可接受的价格是200~500元/kg，差异较大。

汽车整车用碳纤维市场仍处于导入期。汽车使用碳纤维最主要的目的就是轻量化，从而实现节能减排+性能（动力性）提升。宝马最早2013年在i3车型上大量引用碳纤维材质：碳纤维轮圈、中网、行李架、前唇、侧裙、后扩散器、外后视镜盖，空调出风口、下部中控台面板等等。由于碳纤维强化塑料结构几何融合性高，其车身部件的数量只相当于普通钢制车身的三分之一，整个基本架构由大约150个碳纤维强化塑料组件组成。对比来看，国内最早使用碳纤维的量产汽车是2018年发布的蔚来ES6，ES6后端多数关键负载由碳纤维后地板承受，4个碳纤维部件组合在一起构成蔚来ES6的碳纤维后地板总成、碳纤维座椅板总成、碳纤维后地板横梁总成三大部件。但总体来看，碳纤维在全球汽车整车的轻量化应用中进展依然缓慢，汽车整车用碳纤维市场仍处于导入期。

制约碳纤维大规模应用的首要问题是成本比较高。据测算，宝马应用的碳纤维价格约16欧元/KG，而焊接普通钢还不到1欧元/KG；其次是碳纤维厂商和下游应用商缺乏合作开发的契机，由于汽车厂商没有成熟的应用技术，碳纤维厂商就不会盲目地批量生产车用碳纤维，而对汽车厂商来说，由于碳纤维成本过高，应用研发不积极。我们认为解决这一问题的关键是碳纤维制造商、碳纤维复合材料供应商与汽车制造商之间应建立战略合作关系。未来，随着碳纤维制造技术迭代升级，碳纤维复合材料工艺逐步优化以及碳纤维上下游合作更加紧密，汽车整车用碳纤维市场仍是一片蓝海。

据统计，全球汽车领域用碳纤维2020年需求约为12500吨，占各领域应用总需求的12%，比重依然较小，预计到2024年总需求18301吨，年复合增长率为10%。中国市场2020年汽车碳纤维消耗量约1200吨，占各领域应用总需求的2.5%。根据广州赛奥预测，到2030年，全球汽车与轨道交通对碳纤维的需求约为9-10 万吨。

轨道车辆在运行过程中需要克服巨大的运行阻力，消耗的能量非常多，如果能够有效减轻车体的重量，就能够实现结构的轻量化，减少能源消耗，而节能减排是当前世界各国发展的要求，碳纤维复合材料又是实现结构轻量化的首选材料。

国外用于轨道交通装备上的纤维增强复合材料多为碳纤维或玻璃纤维增强复合材料，其也经历了从非承载结构到主承载结构的发展过程。国内也进行了诸多探索，2018年中车长春轨道客车股份有限公司与恒神股份合作研制出了具有完全自主知识产权的世界首辆全碳纤维复合材料地铁车体，同年中车四方股份公司正式发布了新一代碳纤维地铁车辆“CETROVO”。

当前碳纤维在轨道交通领域尚未出现定型产品，未实现规模化应用，但仍属于未来会大量使用碳纤维的领域。对于复合材料产品而言，设计是龙头、材料是基础、制造是关键、应用是目的，因此对于国内碳纤维厂商来说，加强与轨道交通厂商对碳纤维复合材料应用的研发，抓住轨道交通领域实现产业化的机会，是追赶国外厂商的一大契机。

碳纤维“全产业链”是指包含“碳纤维-织物-树脂-预浸料-设计与产品开发服务”的完整产业链，落脚点是设计与产品开发服务。需要强调的是，高端碳纤维复合材料的成本构成中原材料成本通常只占20%，工艺制造成本是总成本中最高的单项成本，因此对于国内厂商来说，必须主动掌握碳纤维复合材料制品的开发权，按照国产碳纤维实际达到的性能和用户对产品的性能要求，设计和制造出全寿命成本优于其他结构材料的复合材料制件。

具体来看，碳纤维的成本中，原丝成本占到51%，因此降低成本应从原丝生产入手，其次，氧化、碳化等环节也要降低成本。首先看原丝，原丝产能从250t/a上升到3000t/a，单耗成本可以降低43%，碳纤维产能从100t/a上升到1000t/a，单耗成本可以降低56%，规模效应明显。其次，在纺丝工艺上，国内大多数企业采用的湿法纺丝生产工艺，纺丝原液中的PAN浓度一般不超过20%，纺丝速度小于100m/min。若改进纺丝工艺为干喷湿纺，在相同条件下，固含量可提高到22%以上，纺丝速度提高到300m/min。采用新纺丝工艺，同样的纺丝装备及能源消耗条件下，产量提高可2至8倍，PAN基碳纤维原丝的生产成本可降低75%。再次，在氧化碳化工序上，国内碳纤维生产过程主要采用外热式氧化炉，预氧化时间约为120 min，国外已将预氧化时间缩短至90 min以下。流态化加热技术的预氧化炉提高了传热、传质的效率，缩短了预氧化的反应时间，碳纤维生产效率提高50%以上。最后，碳纤维表面处理过程中，由传统的热风非接触式干燥方式改为蒸汽、热油等热辊接触式干燥方式，干燥时间和能耗均降低约2/3。

目前我国已经能够量产T300和T700的碳纤维，尽管性能不及东丽的产品，但也能够应用于部分高端领域。由于碳纤维原材料成本只占到制成品的20%左右，因此我国碳纤维企业除了提高碳纤维技术和降低成本之外，应该积极参与工艺开发和成品研制，做长自身产业链条，将原材料成本影响将至最低。

在我国碳纤维产业链上，主要上市公司有光威复材，中简科技，中航高科，中复神鹰，江苏恒神等，其中光威复材产品种类较多，涉及军用和民用碳纤维，民用碳纤维预浸料和风电碳梁，其中碳梁供应量占到风电巨头维斯塔斯30%左右的份额。军用高端碳纤维主要供应商是光威复材和中简科技，再由中航高科进一步制备高端碳纤维复合材料。

2020年中国碳纤维需求量为4.89万吨，其中国内供给1.85万吨，整体处于供不应求的状态。基于旺盛的市场需求，行业内多家公司均开始扩产。根据统计，近两年行业内公司正实施扩产计划17.55万吨，随着募投项目逐步投产以及产能利用率逐步提升，现有产能和行业规划产能或可满足未来5至7年的国内下游需求。

1、日本东丽（TORAY）。日本东丽成立于1926年，经历九十年的发展，完善了从上游原丝制备到下游复合材料制品设计制造的整个产业链。东丽在全球26个国家和地区开展业务，目前主要从事纤维和织物、树脂和化学成品、IT相关产品、碳纤维复合材料、环境和工程等业务。东丽在全球碳纤维行业处于领先地位，研发水平超前，于2014年已开发出TORAYCA®T1100G高拉伸强度和高弹性模量碳纤维，当时我国大部分企业尚未能大批量生产T700级碳纤维。由于东丽先进的研发理念、大规模化的生产模式，使其在同级别碳纤维生产方面具有低成本优势，和较强的市场竞争力。2020财年日本东丽实现营业收入22,146.3亿日元，净利润557.3亿日元。

2、日本东邦（TOHO）。日本东邦成立于1934年6月，是一家领先的全球化公司，在日本、德国和美国均设有机构和生产工厂，碳纤维年产能力逾1万吨，产品广泛应用于航空航天、汽车、工程塑料、电子、体育休闲等领域。日本东邦母公司为帝人集团（Teijin）公司，主要涉及碳纤维复合材料业务、纺织纤维业务，是全球屈指的碳纤维、芳纶纤维制造商之一，同时也是全球领先的聚碳酸酯树脂制造商之一。2019财年帝人集团实现营业额8,537.5亿日元，净利润252.5亿日元。

3、日本三菱丽阳（MITSUBISHI）。日本三菱丽阳成立于1933年8月，1962年10月，开始生产聚丙烯纤维，1975年开始生产预浸料，1983年开始生产碳纤维。日本三菱丽阳实现了从丙烯纤维原料丙烯腈的合成到聚合、原丝、碳纤维、产品等一条龙生产。日本三菱丽阳同时拥有PAN基碳素纤维和沥青基碳素纤维，以及以碳素纤维为基本原材料生产的中间材料和成型加工品，通过完善的产品链，在体育用品、航空航天、汽车及环境等广泛领域内展开经营。

4、美国赫克塞尔（Hexcel Corporation）。美国赫克塞尔成立于1946年，是一家全球领先的复合材料公司，该公司开发制造轻质、高性能的复合材料，包括碳纤维、增强织物、预浸料、蜂窝芯、树脂系统、胶粘剂和复合材料构件，产品广泛应用于民用飞机、宇航、国防和一般工业。2020财年美国赫克塞尔营业总收入15.02亿美元，净利润3,170.0万美元；2020财年复合材料业务收入为11.86亿美元，占营业收入比例为79.0%。

5、德国西格里（SGL Group - The Carbon Company）。德国西格里是德国SIGRI股份有限公司和美国大湖碳素公司于1992年合并而成，德国西格里（SGL）是全球领先的碳素石墨材料及相关产品制造商之一，拥有从碳石墨产品到碳纤维及碳碳复合材料在内的完整生产线。在风能、航空航天、国防工业等领域的碳素石墨材料及其相关产品的应用呈上升趋势。德国西格里在全球拥有超过40个生产基地，市场及服务网络覆盖100多个国家。2020财年德国西格里营业收入为9.19亿欧元，实现净利润-1.32亿欧元。

6、光威复材。威海光威复合材料股份有限公司成立于1992年， 2017年9月1日创业板上市。光威复材产品最重要的包含碳纤维及碳纤维织物、碳纤维预浸料、玻璃纤维预浸料、碳纤维复合材料制品等，光威复材可生产T300级、T700级、T800级等级别的高性能碳纤维与M40J、M55J等高模量石墨纤维。光威复材生产的部分T300级、T800级、M40J、M55J高性能碳纤维应用于航空航天领域，其他产品主要分布于风电、体育休闲等工业领域。2020年光威复材实现营业收入21.16亿元，归母净利润6.42亿元，其中碳纤维及织物营业收入为10.78亿元，占营业收入比重为50.95%。

7、恒神股份。江苏恒神股份有限公司成立于2007年， 2015年5月在新三板挂牌。公司主营产品有丹强丝和碳纤维两大板块，2013年丹强丝产品营收占比达到98%。2015年开始专营碳纤维及相关产品，丹强丝业务不再经营，其主要产品为T300级碳纤维。2020年度，恒神股份实现营业收入5.42亿元，净利润为-9,819.96万元。

8、中复神鹰。中复神鹰碳纤维股份有限公司成立于2006年，是中国建筑材料集团公司碳纤维业务的核心企业，主营业务为碳纤维原丝、碳纤维、碳纤维制品的研发与制造。2020年度，中复神鹰营业收入53,230.51万元、净利润8,523.18万元。

从上市公司公开数据来看，目前盈利能力较好的是中简科技和光威复材，最大的共同点是两家均为军方碳纤维供应商。近年来受益于军品需求放量，收入增长迅速，且军品的高毛利也为公司带来了丰厚的利润。军品市场让碳纤维行业得以生存，但行业的大发展需要民品市场的突破，我们大家都认为随着碳纤维成本逐步走低，民用市场有望逐步发力，千亿市值公司不再遥不可及。