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目錄：

• 1、碳纖維的概念、特點和分類
• 2、碳纖維行業發展概況
• 3、碳纖維產業鏈
• 4、碳纖維復材應用領域及其市場
• 5、碳纖維行業相關公司及單位

1、碳纖維的概念、特點和分類

1.1、碳纖維的概念、特點

碳纖維（Carbon Fiber，簡稱 CF）是由聚丙烯腈（PAN）(或瀝青、粘膠)等有機母體纖維，在高溫環境下裂解碳化形成碳主鏈機構，含碳量在 90%以上的無機高分子纖維。

碳纖維具有出色的力學性能和化學穩定性，密度比鋁低，強度比鋼高，是目前已大量生產的高性能纖維中具有最高的比強度和最高的比模量的纖維，擁有質輕、高強度、高模量、導電、導熱、耐高溫、耐腐蝕、抗沖刷、可復合性等一系列其他材料所不可替代的優良性能。碳纖維除了應用於體育用品、汽車工業、能源裝備、醫療器械、建築及其結構補強等民用領域外，還廣泛應用於國防軍工領域，是火箭、衛星、飛彈、戰鬥機和艦船等尖端武器裝備必不可少的戰略新興材料、國民經濟發展不可或缺的重要戰略物資。

1.2、碳纖維的分類

碳纖維可以按照原絲類型、製造條件和方法、力學性能、絲束大小等維度進行分類。

1.2.1 按原絲類型分類

按照原絲類型進行分類，PAN 基碳纖維相較於其他兩種碳纖維工藝難度更低，並且擁有優異的成品品質和優良的力學性能，是碳纖維的主流。據中國化學纖維工業協會，PAN 基碳纖維占據市場 90%以上的份額，而粘膠纖維不足 1%。

1.2.2 按力學性能分類

碳纖維在應用時多是利用其優良的力學性能作為增強材料使用，因此更多的是按其力學性能進行分類。在實務中，拉伸強度和模量是國際碳纖維分類的主要標準。我國已於 2011 年 11 月 13 日頒布了《聚丙烯腈（PAN）基碳纖維國家標準（GB/T26752-2011）》，由於日本東麗在全球碳纖維行業具有絕對領先優勢，國內一般採用日本東麗（TORAY）標準進行分類。

1.2.3 按絲束大小分類

在按絲束大小分類中，K 表示碳纖維單絲的數量，如 1K 代表一束纖維絲里包含了1000 根單絲。一般而言，每束碳纖維根數小於 24000 根（24K）的被稱為小絲束；大於 48000 根（48K）的則稱為大絲束。小絲束碳纖維在工藝控制上要求更嚴格，碳化等設備造價高，初期以 1K、3K、6K 為主，逐漸發展為 12K 和 24K，主要應用於國防工業和高技術領域，如飛機、飛彈、火箭、衛星等；大絲束碳纖維成本相對較低，具有更高的性能/價格比，主要應用於紡織、醫藥衛生、機電、土木建築、交通運輸和能源等領域。

2、碳纖維行業發展概況

碳纖維作為一種生產工藝較為複雜，技術附加值高，政治敏感性強的戰略新材料技術被國外長期封鎖，產能主要集中在日本、歐美等少數已開發國家。

2.1、國際碳纖維發展概況

國際上 PAN 基碳纖維的生產起步於 20 世紀 50 年代末，經過 70~80 年代的穩定發展，90 年代的飛速發展，到 21 世紀初其生產工藝技術已逐步成熟。行業發展初期，碳纖維主要用于軍工和宇航，經過 50 餘年的發展，現正在向工業領域和普通民用領域延伸。

2.2、國內碳纖維發展概況

我國碳纖維工業的起步可以追溯到 20 世紀 60 年代，但在關鍵技術、產量和行業集中度方面與西方已開發國家存在較大差距。

總體而言，五十多年來，我國碳纖維產業經過長期自主研發，從無到有，從小到大，打破了國外技術裝備封鎖，碳纖維產業化取得初步成果。從 20 世紀 60 年代的中科院山西煤化所、長春應用化學研究所、化學研究所（北京）等科研機構為主體，發展到初步形成以江蘇、山東和吉林等地為主的碳纖維產業聚集地。近年來，在國家的大力扶持下，國內碳纖維產業取得了重大突破，碳纖維及應用領域的技術水平和產業化程度出現了加速發展的勢頭，進入前所未有的新的發展階段。

3、碳纖維產業鏈

完整的碳纖維產業鏈包含從原油到終端應用的完整製造過程：先從石油、煤炭、天然氣等化石燃料中製得丙烯，並經氨氧化後得到丙烯腈；丙烯腈經聚合和紡絲之後得到聚丙烯腈（PAN）原絲；再經過預氧化、低溫和高溫碳化後得到碳纖維；碳纖維可製成碳纖維織物和碳纖維預浸料；碳纖維與樹脂、陶瓷等材料結合，可形成碳纖維復合材料，最後由各種成型工藝得到下游應用需要的最終產品。碳纖維產業鏈涉及的核心環節很多，主要有上游原絲生產、中游碳化、下游復合材料編織成型等。

3.1、原絲與碳纖維

3.1.1 原絲

對於 PAN 基碳纖維而言，原絲製備技術是其製備的核心。據《高科技纖維與應用》，碳纖維的強度顯著地依賴於原絲的微觀形態結構及其緻密性。如果原絲的分子結構和聚集態結構存在不同程度的缺陷,必將嚴重影響碳纖維的質量和性能。質量過關的原絲是產業化的前提，是穩定生產的基礎。

對於 PAN 原絲，經過長期技術研發與工程化實踐，逐漸形成 PAN 溶液濕法紡絲和乾濕法紡絲兩種製備工藝。乾濕法紡絲兼備干法和濕法的優點，可紡出高性能碳纖維原絲，日本東麗生產的 T700、T800、T1000 碳纖維均是通過乾濕法紡絲工藝製備的。乾濕法紡絲即干噴濕紡，紡絲液經噴絲孔噴出後不立即進入凝固浴，而是先經過空氣層，再進入凝固浴進行雙擴散、相分離和形成絲條。干噴濕紡可紡高相對分子質量、高固質量分數和高粘度的紡絲溶液，且可實現高速紡絲。同時，紡出的纖維體密度較高，表面平滑沒有溝槽，可製得高性能碳纖維。

吉林碳谷、上海石化是碳纖維原絲領域的重量級企業。吉林碳谷將原絲商品化，原絲業務占其 2017 年總營收的 90%以上；上海石化是國內少有的、擁有自主腈綸技術、裝備完全國產化的企業，具備在現有的腈綸裝置上生產原絲的技術能力。

3.1.2 碳纖維

原絲經預氧化、低溫碳化、高溫碳化工藝即可製成碳纖維，再經石墨化即可製得石墨纖維，石墨纖維是含碳量高於 99%的碳纖維。

3.2、碳纖維製品

碳纖維生產出來後，除了纏繞成型可以直接使用碳纖維外，還可以製成碳纖維織物、碳纖維預浸料和短切纖維。

3.2.1 碳纖維織物

碳纖維織物是通過連續碳纖維的相互交叉、燒結等構成的片狀材料，是碳纖維重要的應用形式。據《棉紡織纖維》，按照碳纖維織物中紗線的取向，碳纖維織物可分為單向織物、雙向織物(分平紋、斜紋和緞紋)和多軸向織物。

3.2.2 碳纖維預浸料

碳纖維預浸料是由增強體，如碳纖維紗、樹脂基體、離型紙等材料，經過塗膜、熱壓、冷卻、覆膜、卷取等工藝加工而成的復合材料，又名碳纖維預浸布，是原材料和最終復合材料製品之間的一種中間產品。碳纖維預浸料的生產主要有熱熔法和溶液浸漬法。

3.2.3 短切碳纖維

短切碳纖維是由碳纖維長絲經纖維切斷機短切而成，其基本性能主要取決於其原料——碳纖維長絲的性能。短纖維具有分散均勻、喂料方式多樣、工藝簡單等的優點，可以應用於碳纖維長絲所不適合的特殊領域。

3.3、碳纖維復合材料

碳纖維復合材料是指以碳纖維為增強體，樹脂、金屬、陶瓷等為基體的復合材料的總稱。常見的碳纖維復合材料主要有碳纖維增強樹脂基復合材料(CFRP)、碳纖維增強炭基復合材料(C/C)、碳纖維增強金屬基復合材(CFRM)、碳纖維增強陶瓷基復合材料(CFRC)和碳纖維增強橡膠復合材料(CFRR)等。

據賽奧碳纖維技術，碳纖維復合材料 2017 年全球市場需求 171.4 億美元，其中碳纖維增強樹脂基復合材料是市場需求最為廣闊的碳纖維復合材料，2017 年的需求量為 118.7 億美元，占總碳纖維復合材料需求總量的 69.25%。

碳纖維增強樹脂基復合材料所用基體樹脂分為兩大類型：熱固性樹脂（TS）和熱塑性樹脂（TP），其中熱固性樹脂的應用更加廣泛，占碳纖維增強樹脂基復合材料市場的四分之三。

4、碳纖維復材應用領域及其市場

碳纖維復材具有高強度、耐高溫、耐腐蝕、耐疲勞等特性，廣泛應用於航空航天、海洋工程、新能源裝備、工程機械、交通設施等領域，是一種應用前景十分廣闊的戰略性新材料。

近年來，我國在碳纖維產業有了長足的進步，但整體而言碳纖維產業仍基本被西方已開發國家所壟斷。世界碳纖維技術主要掌握在日本公司手中，日本生產的碳纖維無論質量還是數量上均處於世界領先地位，日本東麗更是世界上高性能碳纖維研究與生產的「領頭羊」。美國是繼日本之後掌握碳纖維生產技術的少數幾個已開發國家之一，同時是世界上最大的 PAN 基碳纖維消費國，HEXCEL 和 CYTEC 公司依靠其龐大的航空航天需求在國際市場擁有較高的話語權。德國的 SGL 公司依靠德 國強大工業創新體系在全球碳纖維市場也擁有一席之地。

4.1、軍用領域

4.1.1 航天：火箭、飛彈和衛星的必須材料

1）火箭和洲際飛彈

碳纖維復合材料憑藉耐燒蝕和輕質高強的特點被廣泛應用於火箭的助推器、防護罩、發動機罩和飛彈殼體、發射筒等結構。洲際飛彈一般使用大型液體火箭發動機或固體火箭發動機，且多採用分級式設計，與火箭有許多相似之處。

噴管喉襯

固體火箭發動機的噴管要承受高達 3500 ℃的燃氣溫度, 5~15MPa 的壓力, 以及液、固體粒子沖刷, 高溫燃氣的化學腐蝕, 因而工作環境極為嚴酷。由於沒有冷卻系統, 噴管必須能夠承擔高溫氣體衝擊, 特別是喉襯部分,其尺寸不能因燒蝕沖刷而變化。50 年代的第一代噴管多採用高強石墨作為喉襯。20 世紀 60 年代開始，美國開始研製並使用 C/CFRP 喉襯，它不僅具有優異的熱力學性能，而且在燒蝕過程中燒蝕率低、燒蝕均勻和燒蝕對稱，能夠保持良好的氣動外形。據中華網，我國研製的 C/CFRP 噴管於 1989 年點火成功，出口壁厚最薄處僅為 0.9mm，綜合性能優異。

發動機殼體

固體火箭發動機殼體既是燃料室又是貯箱，而且是火箭的一部分。當發動機工作時，殼體除了承受內壓強外，還要承受來自火箭的軸壓、彎曲、扭轉及橫剪等外載荷。因此，固體火箭發動機通常大量使用碳纖維復合材料，以減輕火箭質量、提升殼體強度。據《聚丙烯腈基碳纖維及其在固體火箭發動機殼體上的應用》，戰略飛彈固體火箭發動機第三級結構質量減少 1kg，可增加射程 16km。據《纖維復合材料》，當前絕大部分固體火箭發動機優先選用碳纖維復合材料殼體，尤其以拉伸強度≥5.49GPa、拉伸模量在 290GPa 左右的高強中模碳纖維為主。

據《高纖維科技與應用》，我國首次嘗試使用碳纖維復材殼體是在「開拓者一號」的第四級固體發動機上，並於 2003 年 9 月首飛成功。據《纖維復合材料》介紹，航天科技集團四院四十三所突破了高性能環氧樹脂配方、濕法纏繞及殼體補強等多項關鍵技術，完成了不同尺寸碳纖維發動機殼體的研製及地面熱試車，均取得圓滿成功，大幅提高了國產碳纖維復材容器的性能。

彈頭（鼻錐）

由於洲際飛彈彈頭在最後攻擊階段需要高速再入大氣層，其溫度在極短的時間內由-160℃驟升至 1700℃左右，因而防熱隔熱是洲際飛彈的核心技術之一。現役主流洲際飛彈彈頭多採用 C/CFRP 材料，利用其氧化、分解和升華過程帶走大量熱；同時生成的多孔碳層起到隔熱體的作用，阻止熱量向內部傳遞，起到熱防護作用。C/CFRP 材料彈頭表面流向內部的熱量僅為總熱量的 1-10 %左右，從而保障彈頭功能完好。同時，由於 C/CFRP 材料質量輕，可有效提高射程，或增加有效載荷。

2）衛星結構材料

據《合成纖維》，衛星的質量每減少 1kg，就可使運載火箭減輕 500kg。以高強高模碳纖維為增強體的復合材料質輕、尺寸穩定性和導熱性好，廣泛用於衛星承力筒、桁架、夾層面板及電池板支架等關鍵部件。在法國電信一號通信衛星本體結構中，中心承力筒是由 CFRP 製成，蒙皮是 T300 CFRP 製成；日本 JERS-1 地球資源衛星殼體內部的推力筒、儀器支架、8 根支撐杆和分隔環都使用了 M40JB CFRP，衛星的外殼、一些儀器的安裝板均採用了碳纖維/環氧蜂窩夾層結構。據中國質量新聞網報道，我國 2011 年發射的嫦娥二號探月衛星定向天線展開臂是由哈爾濱玻璃鋼研究院研發的 CFRP 復材，總重量僅 500 余克，較使用鋁合金材質減輕近 300克，但承重能力毫不遜色。

據新華網 2018 年 7 月 31 日報道，我國在太原衛星發射中心用長征四號乙運載火箭，成功將高分十一號衛星發射升空，衛星進入預定軌道，是長征系列運載火箭的第 282 次飛行。近年來，我國衛星發射頻率快速上升，火箭發射次數屢破記錄。據維基百科數據，截止 2018 年 7 月 31 日，我國共發射火箭 297 次，其中 2018年已成功發射 22 次，全年發射次數將創歷史新高，有望突破 40 次。

近年來，我國衛星發射任務增長明顯，航天科技集團長征系列火箭需求大幅提升，航天科工集團以及部分民營企業也紛紛推出運載火箭產品。我們認為，隨著衛星發射頻率的快速提升和戰略飛彈部隊的穩步建設，碳纖維復材在航天領域將獲得更廣闊的應用。

4.1.2 航空：輕量化為先，應用領域多樣

碳纖維因其「輕而強」和「輕而硬」的特性，被廣泛應用於戰鬥機和直升機的機體、主翼、尾翼、剎車片及蒙皮等部位，起到了明顯的減重作用。據《合成纖維》，目前碳纖維復合材料在部分軍用飛機上的使用量占 30~40%，並且碳纖維的使用逐漸從非承力、次承力結構向主承力結構方向發展。

1）戰鬥機

自 20 世紀 70 年代至今，復合材料的應用範圍已從最初的尾翼拓展到機翼、前機身、中機身、整流罩等多個部位。以美軍為例，1969 年，F14A 復合材料用量僅有1%，而以 F-22 和 F35 為代表的第四代戰鬥機上復合材料用量達到 24%和 36%。法國的陣風戰機復合材料用量達到 24%；英國的颱風戰機（EF2000）復合材料用量達到 40%左右，其中全機表面的 70%採用 CFRP。碳纖維復合材料在戰機的應用與日俱增。

我國戰機復合材料尤其是碳纖維復合材料的應用比例也在不斷提升。據《纖維復合材料》，殲-7Ⅲ中復合材料用量為 2%，殲-10 提升至 6%。據《合成材料老化與應用》，殲-11B 重型戰機的機翼、垂直尾翼和水平尾翼等部件採用了復合材料,占飛機結構總重量的 9%。此外，L-15「獵鷹」教練機在機頭罩、方向舵和垂尾也採用了碳纖維復合材料。據網易新聞 2017 年 9 月 15 日報道，殲-20 的復合材料用量達到 29%。

據 World Air Forces 2018，2017 年全球殲擊機數量 14706 架，其中美國擁有 2831架，占全球殲擊機份額的 19.3%，遙遙領先世界各國，中國以 1527 架殲擊機保有量（包含 H-6、Q-5），占比 10.4%，排名第三。

據《World Air Forces 2018》，2017 年中國共有殲擊機數量 1229 架（不含 H-6、 Q-5），其中二代機殲-7 共有 418 架，占比 34.0%，三代機殲-11 共有 276 架，占比 22.5%，四代機殲-20 僅有 2 架，占比 0.2%，飛機構成上仍以二代、三代機為主；而同期美國共擁有殲擊機 2353 架，其中數量最多的是 F-16C，共有 791 架，占比 33.6%，四代機 F-22 和 F-35 分別為 178 架和 53 架，占比分別為 7.6%和 2.2%，飛機構成上以三代機為主，四代機占比逐漸提升。（詳見《中航沈飛深度報告：契合航空裝備需求，戰機龍頭再迎春天》2018/08/02）

我國已經實現了第四代戰機列裝部隊，但與世界先進國家相比，我國戰機在數量和結構方面均存在巨大的差距，未來升級換代空間巨大，結合碳纖維復材在戰機應用比例逐漸上升的趨勢，有望為我國碳纖維復合材料帶來更廣闊的市場空間。

2）轟炸機

碳纖維復合材料在轟炸機中最典型的應用為 B-2 隱身轟炸機。據《高科技纖維與應用》，B-2 轟炸機為了提高隱身性，整機機身除了主梁和發動機機艙採用鈦合 金復合材料外，其餘部分都採用了碳纖維復合材料。

據環球軍事 2016 年 9 月報道，中國空軍司令員表示：中國空軍正在發展新一代遠程轟炸機。據《聯合早報》2018 年 3 月 31 日報道，轟-6 系列飛機研發團隊負責人透露，未來的轟炸機一定是和一流軍隊的要求，和中華民族偉大復興伴隨而行的，是一種支撐和保障。轟炸機的研發團隊核心人物談及未來轟炸機，新一代轟炸機呼之欲出。據網易軍事 2018 年 5 月 25 日報道，在西飛 60 周年宣傳片中，出現類似於 B-2 飛翼式布局的戰機輪廓。

根據《World Air Forces 2018》數據顯示，我國擁有的轟-6 系列轟炸機數量合計為 150 架，與美俄相當，但有效載荷合計 1350 噸，不到美俄的 23%、50%。而且需要注意的是，美俄目前轟炸機的數量是經過了冷戰之後的一系列削減，遠低於冷戰時期的水平。（詳見《中航飛機深度報告：營收增長強勁空間廣闊，改革驅動利潤提升預期》2018/05/03）

我國轟炸機整體實力與美俄等國家存在較大差距，存在較大的需求缺口。未來新一代轟炸機的出現有望帶動碳纖維復合材料在轟炸機領域的需求。

3）直升機

從 20 世紀 60 年代開始，直升機上開始逐步使用復合材料。經過幾十年的發展，復合材料在直升機中的應用從最開始的槳葉、旋翼系統，發展到機體結構，用量已占到結構件總質量的 35-50%。隨著碳纖維研究與應用的不斷深入，主要材料體系也從最初的玻璃纖維復合材料、芳綸復合材料逐漸發展到碳纖維復合材料。碳纖維復材在旋翼系統和機體結構上的大量使用成為了第三和第四代直升機的重要技術特徵，其用量現已成為衡量新一代直升機技術水平的重要標誌之一。

以 RAH-66「科曼奇」直升機為例，其機體結構的大部分採用先進的碳纖維/環氧、芳綸/環氧和蜂窩芯材，其中碳纖維/環氧占機體結構質量分數的 44%。主槳葉由碳纖維復合材料和玻璃鋼蒙皮製造，柔性梁採用 S2 玻璃纖維和 IM7 碳纖維混雜而 成，復合材料用量占旋翼系統結構質量分數的 67%。

據《高科技纖維與應用》，我國在研和在役直升機均大量採用復合材料。直 9 大量採用了環氧基碳纖維等的復合材料，主要用於主槳葉、垂尾、平尾、側端板、座艙罩等結構部件。

根據《World Air Forces 2018》數據顯示，世界各國擁有的各類軍用直升機總數在 2 萬架左右，美軍擁有 5427 架，俄羅斯 1414 架，日本 637 架，我國 884 架。我國擁有直升機數量雖然總數排名靠前，但是相比於我國的國土面積以及軍隊的規模而言，直升機的數量遠遠不足。

我國軍用直升機目前國產在役型號主要是直-8/9/10/11/18/19，根據騰訊網報道，目前中國陸軍航空兵擁有 6 個陸航旅，7 個陸航團，1 個陸航學院訓練飛行團。預計到 2020 年中國陸軍航空兵將擁有 15 個陸航旅（或團）。按照美國陸航旅 110架直升機的裝備量，那麼 15 個陸航旅（或團）至少需要 1650 架直升機，假設空軍和海軍各需要 200 架直升機，保守估計到 2020 年，我國需要 2000 架以上的軍用直升機，目前缺口 1000 架以上。（詳見《興業軍工行業深度系列之五：直升機行業深度研究》2017/09/11）

我國直升機碳纖維復合材料行業有望在直升機需求的牽引下，實現國產化率逐步提升，技術水平不斷提高。

無人機

無人機（UAV）復合材料的使用比例是所有航空器中最高的，美國全球鷹（GlobalHawk）高空長航時無人偵察機復材比例達到 65%，X-47B、「神經元」、「雷神」無人機復材比例高達 90%。據《揚州時報》2017 年 5 月報道，翼龍Ⅱ上使用了新揚新材自主研發的碳纖維復合材料。

隨著無人機的種類和功能日益豐富，無人機在全軍中的使用也越來越普遍。未來無人機有望為碳纖維復材帶來更大的增量市場。

4.1.3 艦船：艦體有望大規模應用

碳纖維復合材料應用於船舶上層建築，可減輕上層建築的質量，提高安全性能；用於艦船推進器，可減輕推進器質量，降低油耗、延長使用壽命；用於桅杆、船體結構，可增加整體強度。

2000 年 6 月下水的瑞典海軍維斯比號護衛艦(Stealth Visby) 是世界第一艘在艦體結構中採用碳纖維復合材料的海軍艦艇，艦體採用 CFRP 夾層結構，具有高強度、高硬度、低質量、耐衝擊、低雷達和磁場信號等優異性能。

據中國國防科技信息網，2014 年 8 月，亨廷頓英格爾斯公司向美海軍交付了朱姆沃爾特級驅逐艦上的核心部件——復合船艛結構（艦上唯一一個單一全封閉式結構，重達 900 噸），其充分利用了碳纖維材料和輕木芯的性能特點，並採用空心復合結構，具有堅固、質量輕、耐海水腐蝕等特點。

碳纖維復合材料在船體的應用尚在嘗試階段，但在艦船關鍵部件的應用已較為廣泛。CFRP 葉片不僅更輕、更薄，還可改善空泡性能、降低振動、減少燃油消耗。以色列 Deadliest 號潛艇、太鼓丸號化學品貨輪上的螺旋槳，班尼蒂遊艇推進器系統均使用碳纖維復合材料。

據中新社，美軍表示將在2020年前後把空軍和海軍的六成海外軍力轉移至亞太地區，並會在亞太地區優先部署美軍最先進的戰鬥裝備。與美軍相比，我國海軍力量非常薄弱，僅有一艘航空母艦「遼寧」號，第一艘國產航母尚未服役（美軍核動力航母11艘）；現代化的大型防空驅逐艦052D僅有7艘服役，相比美軍差距巨大（美軍阿利伯克級驅逐艦現役62艘）；首艘萬噸級驅逐艦055型已下水、尚未服役，美國朱姆沃爾特級驅逐艦已服役1艘，正式接收1搜，在建1艘。

考慮到東海南海領土主權及「一帶一路」沿線利益維權需要，同時參考美國部署西太平洋的第七艦隊以及部署印度洋、波斯灣、紅海的第五艦隊規模，我們以 4個航母編隊進行測算：未來我軍需要 4 艘航母、20 艘 055 型驅逐艦、24 艘 052D型驅逐艦、8 艘補給船、8 艘攻擊型核潛艇。展望未來，我國海軍艦隊規模提升空間巨大，有望給碳纖維復材帶來新的需求。

4.1.4 其他軍用領域

1）碳纖維炸彈

碳纖維炸彈俗稱石墨炸彈或軟炸彈(Soft Bomb)，由經過特殊處理的碳絲製成，每根碳絲的直徑相當小，可在高空中長時間漂浮。碳絲可進入電子設備內部、冷卻管道和控制系統的黑匣子，造成電力短路，破壞電廠生產、各種輸變電功能，從而達到破壞以電為能源的軍事指揮及各種武器裝備的目的。

2）裝備減重

得益於碳纖維質輕、高強的特點，在保持裝備高強度的條件下減重成為了現實，為裝備的輸送帶來極大的便利。ECS Composites 推出一種軍用機架箱，由碳纖維和碳-Kevlar 纖維製造，具有超輕質和很高的結構硬度，箱子的質量能夠減輕 45 %，同時滿足 MIL Spec 810F 標準。據吉林經開區網站 2017 年 9 月 2 披露，騰祥科技將投資 2 億元，以建設年產 30 件彩虹無人機殼體、1000 件軍用物資周轉箱、600件高射炮腳架及 410 件陸軍作戰用腳架等軍工碳纖維復合材料製品生產線。未來各類裝備減重需求給碳纖維復合材料帶來的新增市場空間極為廣闊。

4.2、民用領域

4.2.1 航空：雙重因素拉動需求

對於民用航空而言，對碳纖維的需求主要來自兩大方面，一是不斷增加的碳纖維復合材料的應用比例，二是新增的飛機訂單。

1）商務飛機需求占比大，增速穩定

據賽奧碳纖維技術，2017 年航空航天碳纖維需求總量 1.92 萬噸，其中商用飛機占 1.34 萬噸，占比 69.79%。據波音和空客官網，2017 年波音的復材飛機 B787交付 136 架，與去年持平，空客的復材飛機 A350 交付 78 架，比 2016 年增加 60%， 是 2017 年商用飛機碳纖維用量增加的增長點之一。

2）復材應用凸顯經濟效益，應用比例逐年上升

碳纖維復合材料是大型整體化結構的理想航空材料：碳纖維復材可使飛機減重20%-40%；碳纖維復材克服了金屬材料容易出現疲勞和被腐蝕的缺點，增加了飛機的耐用性；碳纖維復材的良好成型性可以使結構設計成本和製造成本大幅度降低。

20 世紀 80 年代起，復合材料開始應用在客機上的非承力構件。在早期的 A310、B757 和 B767 上，復合材料的占比僅為 5%-6%，且多為玻璃纖維材料。21 世紀以來，碳纖維復材逐漸作為次承力構件和主承力構件應用在客機上，其質量占比也開始逐步提升。例如波音 B787 復合材料的用量達到了 50%；空客 A350XWB 在結構材料中，復合材料的結構重量高達 53%，是復合材料用量占全機結構重量比例最大的客機之一，其中碳纖維復合材料得到大量應用。

據澎湃新聞，中國商飛在 C919 的設計中也選用了包括碳纖維在內的復合材料。復合材料應用範圍涵蓋方向舵等次承力結構和飛機平尾等主承力結構，主要包括雷達罩、機翼前後緣、活動翼面、翼梢小翼、翼身整流罩、後機身、尾翼等部件，用量達到機體結構重量的 11.5%。

3）訂單支撐碳纖維長期需求

截止 2018 年第一季度，波音共有 5946 架未交付訂單，其中 B787 訂單 669 架。截止 2018 年 6 月，空客共有未交付訂單 7168 架，其中 A350 訂單 700 架。據商飛官網，截至目前，C919 已獲累計 28 家客戶 815 架訂單。商業航空的海量訂單預示著碳纖維未來長期的充足需求。

4.2.2 風機葉片：葉片大型化趨勢明顯，碳纖維成為必然要求

風力作為清潔能源的代表之一，自 20 世紀 80 年代以來，經歷了全球化的高速增長。據全球風能理事會，2017 年全球市場新增裝機 52.57GW, 累計裝機容量達到539.58GW。據 GWEC 預測，截至 2022 年底，全球風電累計安裝總量將達到 840GW， 是 2017 年的 1.56倍，年均復合增長率達 9.26%。

隨著全球風電市場向低速風場和海上風場傾斜，風機葉片尺寸呈上升趨勢。據《中國科學》介紹，由丹麥 LM 公司和 Adwen 公司共同開發並已投產的風機葉片長 88.4 m，是目前最長的風機葉片之一，配套 8MW 海上風電機組。此外，丹麥 SSP technology 生產的 83.5 m 葉片、德國 EUROS 設計開發的 81.6m 葉片以及 Vestas設計製造的 80m 葉片等都屬於超長葉片，葉片大型化趨勢明顯。

出於經濟性考慮，當前主流的葉片為玻璃鋼材質（GFRP），但全玻璃鋼葉片重量大，無法滿足風機葉片大型化、輕量化的要求。碳纖維復合材料比玻璃纖維復合材料具有更低的密度和更高的強度，用於 40 米以上風機葉片中關鍵結構（梁帽、主梁）可使葉片自重減少 38%，成本降低 14%，同時提高葉片抗疲勞性能，提高輸出功率。

2017 年 5 月，由洛陽雙瑞公司自主研發的風機葉片（83.6 米）成功下線，突破了業界公認的碳纖維大梁真空灌注關鍵技術瓶頸，是世界上最長的真空灌注碳纖維大梁。該葉片由 WINDnovation 公司設計，其碳纖維主梁採用真空灌注技術生產，主梁長度達到 80.5m，橫截面最厚的地方厚度達到 70mm。我們認為，隨著全低速風場和海上風場的加速建設以及葉片工藝的不斷發展，大型風機葉片的需求將不斷攀升，風機葉片領域碳纖維需求有望同步增長。

4.2.3 汽車：輕量化推動碳纖維需求

隨著排放標準趨嚴及低碳生活被人們普遍接受，節能減排已成為汽車工業的重要研究課題，在能源革新有限的情況下，輕量化是解決問題的關鍵之一。據網易新聞，歐盟規定從 2020 年初起，歐盟範圍內所銷售的 95%的新車二氧化碳排放平均水平須達到每公里不超過 95 克，到 2021 年這一要求必須覆蓋所有在歐盟範圍銷售的新車。據我國《節能與新能源汽車產業發展規劃（2012—2020 年）》，要求到2020 年乘用車平均燃料消耗量降至 5.0L/百公里，節能型乘用車燃料消耗量降至4.5L/百公里以下。

據歐洲鋁協研究，汽車重量每降低 100kg，每百公里可節約 0.6L 燃油，二氧化碳排放可減少約 10g/Km。目前而言，用碳纖維為代表的高性能纖維增強復合材料部分代替傳統金屬材料是實現汽車輕量化的最有效的途徑之一。

燃料電池也是碳纖維在汽車復材的增長點之一。燃料電池堆主流採用的是碳纖維紙，並且高壓碳纖維氣瓶，例如 35&70MPA 氫氣瓶仍是儲氫的最佳選擇，是未來碳纖維在汽車領域應用的重點。

4.2.4 體育休閒：最早商業化市場，需求穩定

體育休閒領域是碳纖維最早的商業化應用市場之一。碳纖維在體育領域的應用主要是高爾夫球棒、釣魚杆和網球拍框架等。據《合成纖維》，全世界每年的高爾夫球棒的產量約為 3400 萬副，產地主要是美國、中國、日本, 其中美國和日本是高爾夫球棒的主要消費國, 占 80%以上；全世界碳纖維釣魚杆的產量約 2000 萬副/年。除此以外, 碳纖維在冰球棍、滑雪杖、射箭、自行車、划船、賽艇、衝浪等體育用品中也有非常廣泛的應用。

4.2.5 建築建材：主要應用於建築補強，或能成為建築材料

碳纖維復合材料在建築建材領域主要的作用是對建築（包括橋樑、隧道、各類工業管道等）的補強，主要採用碳布手糊、現場粘接的工藝。

據《產業用紡織品》，世界各國都在嘗試將 CFRP 直接用作建築結構材料。如利用CFRP 的導電性製作建築用電磁防護材料；在 CFRP 中嵌入傳感器製作智能建築材料，利用傳感器傳送的數據實時掌握建築物結構可能受到的損害等。這些應用有望為碳纖維復材在建築建材領域帶來新的需求。

4.2.6 軌道交通：減重帶來需求

碳纖維復合材料是新一代高速軌道列車車體選材的重點，它不僅可使軌道列車車體輕量化，還可改進高速運行性能、增強安全性。當前，碳纖維復合材料在高速列車領域的應用從車箱內飾、車內設備等非承載結構零件向車體、構架等承載構件擴展；從裙板、導流罩等零部件向頂蓋、司機室、整車車體等大型結構發展。韓國鐵道科學研究院研製的 TTX 型擺式列車車體，其蒙皮採用碳纖維復合材料構成的三明治結構，車體外殼總質量比鋁合金結構降低 40%。日本川崎重工研製出碳纖維復合材料構架邊梁，其質量比金屬梁減少約 40%。

由於地鐵需要頻繁啟停，輕量化帶來的經濟效益十分顯著。地鐵車體車身約占總 重量的 36%、車載設備約占 29%、內部裝飾約占 16%。由於車載設備幾乎沒有減重空間，車體車身和內部裝飾是輕量化的重點對象。韓國鐵道科學研究院研製出碳纖維復合材料地鐵轉向架構架，其質量比採用鋼質構架減少約 30%。

據中國紡織網 2018 年 5 月報道，中車四方所聯合中科院寧波材料所、中科院長春應化所等國內頂尖材料研究機構，組織開展軌道交通用熱塑性碳纖維復合材料快速成型及裝備關鍵技術研發與應用，以適應高速列車對結構材料輕量化、高強度、高模量等性能要求。隨著應用研究的深入，碳纖維復合材料在城軌車輛上的用量有望逐漸加大。

4.3、供給：國際巨頭壟斷，我國有產能無產量

4.3.1 全球市場

2017 年全球碳纖維理論產能 14.7 萬噸，其中美國產能 3.86 萬噸占比 27%，日本產能 2.72 萬噸占比 18%，兩國幾乎占據了碳纖維產能的半壁江山。碳纖維理論產能前五家公司 Toray（東麗，日本）、Zoltek（卓爾泰克，2014 年被東麗收購，日本）、SGL Carbon（西格里，德國）、MRC（三菱麗陽，日本）、Toho（東邦，日本）理論產能共 8.52 萬噸，占全球碳纖維理論產能的 57.92%，其中東麗公司約占全球產能的 18.42%。

4.3.2 國內市場

「有產能，無產量」依舊是近期我國碳纖維產業存在的問題之一。據前瞻產業數據顯示，2005 年，我國碳纖維行業僅有 10 家企業，產能之和占全球總產能的 1%。此後，我國碳纖維行業產能增長迅速，從 2006 年的 1330 噸，增長到 2017 年的2.6 萬噸理論產能，年均復合增速 31.03%。2017 年我國碳纖維理論產能占全球的17.68%，位居全球第三位。

雖然產能增長迅速，但由於我國碳纖維行業技術水平較日美已開發國家存在較大差距，銷路不暢，受國外優質產品衝擊較大，導致我國碳纖維產業出現有產能、無產量的狀況。據賽奧碳纖維技術，我國碳纖維 2017 年銷量約 7400 噸，銷量/產能比為 28.5%，遠低於國際的銷量/產能比 57.2%（若除去中國數據，國際銷量/產能比為 63.4%）。

據賽奧碳纖維技術，2017 年我國碳纖維產能千噸以上企業有 7 家：中復神鷹、恆神股份、精功集團、光威復材、中安信、蘭州藍星、太鋼鋼科，共占據了我國碳纖維理論總產能的 85%，產業集中度較高。

4.4、需求：全球市場穩步提升，國內市場國產需求旺盛

4.4.1 全球市場

全球碳纖維需求整體上呈現穩步上升的態勢，2017 年全球碳纖維需求 8.42 萬噸，2012 年為 4.6 萬噸，年均復合增長率 12.7%。假設未來三年碳纖維需求復合增速為 10%，則 2020 年碳纖維需求將達到 11.21 萬噸。

據《纖維技術》，從產品的角度，碳纖維需求最多的是標模的大絲束與小絲束碳纖維，分別占碳纖維總需求的 41.45%與 38.95%。其中，美國企業占據了多半大絲束市場，日本企業則占據了小絲束碳纖維領域的半壁江山。

從應用領域的角度，風機葉片、航空航天、體育休閒與汽車是碳纖維應用最廣的四個領域，分別占比 23.52%、22.8%、15.68%和 11.64%，合計占碳纖維總需求的73.63%。

不同應用領域碳纖維價格差距明顯，航空航天作為高性能碳纖維的主要應用領域，碳纖維平均單價明顯高於其他應用領域。據賽奧碳纖維技術，2017 年全球碳纖維需求 23.44 億美元，其中航空航天領域需求金額 11.52 億元，占比 49.14%，而其用量占比僅 22.8%。風機葉片碳纖維用量占比雖然最大，但由於其主要使用低成本大絲束，市場金額僅為 2.77 億元，占比 11.82%。

4.4.2 國內市場

需求提升明顯，整體形勢向好。據復合材料網，我國碳纖維需求總量從 2014 年的1.48 萬噸，增長到 2017 年的 2.35 萬噸。2015-2017 年我國碳纖維需求增長率分別為 14.3%、15.7%、20.1%，呈加速增長趨勢。若保守估計未來三年國內碳纖維需求增長率為 12%，則 2020 年我國碳纖維需求量為 3.3 萬噸。

進口碳纖維仍占大頭，國產碳纖維需求躍升。近年來，我國碳纖維製品需求中進口產品仍占多數，但國產產品需求已從 2013 年的 1500 噸，增長至 2017 年的 7400噸，年均復合增速高達 49.03%。國產占有率已從 2013 年的 10.8%，提升至 2017年的 31.51%。而進口碳纖維需求增長相對穩定，2017 年需求量為 1.6 萬噸，同比去年僅增長 0.8%，其中體育休閒與工業用碳纖維進口量最大。

體育用品領域占據我國碳纖維應用的半壁江山。2017 年，我國碳纖維需求中有 1.2萬噸應用於體育用品，占我國碳纖維總需求的 51%，顯示出了我國高端領域碳纖維應用相對薄弱。與全球碳纖維需求相比，我國在航空航天與汽車領域的碳纖維應用明顯偏低。

民用碳纖維全球化競爭激烈，國產化替代任重道遠。我國碳纖維需求的半壁江山被體育用品占領，雖然體育用品對於碳纖維技術要求相對較低，但其所屬行業對成本和供貨穩定性敏感度較高。我國碳纖維企業在工藝適應性、可靠性和精細化控制水平等方面與已開發國家相比還有差距，導致國產碳纖維在成本、連續性上處於劣勢。加之民品不存在准入壁壘，全球化競爭充分，我國企業不具備競爭優勢。未來，隨著我國碳纖維企業在大絲束碳纖維領域生產工藝逐步穩定、品質提升、成本降低，國產碳纖維市占率有望在民品碳纖維領域顯著提升。

軍用碳纖維是我國碳纖維生產企業的突破口。軍工行業對外企存在天然壁壘，且以美國為首的西方國家長期以來對我國軍用產品與技術實施出口限制。但碳纖維產品，特別是碳纖維上游原絲和中游纖維製品（織物、預浸料等）具有極強的軍民兩用屬性，因此，我國軍用高端碳纖維仍有部分依靠進口。近年來，以美國為首的西方國家愈發有針對性的遏制我國武器裝備的發展，未來不排除會擴大限制出口範圍至具有潛在軍用價值的高端民用工業領域，高端碳纖維國產化需求迫切。另一方面，隨著我國高強（T700）、高強中模（T800/T1000）和高強高模碳纖維的相關工藝裝備自主設計製造能力提升，軍用高端碳纖維實現全面國產化的條件愈發成熟。我們認為，未來我國軍用高端碳纖維國產化率有望獲得大幅提升。

5、碳纖維行業相關公司及單位

全球範圍內，碳纖維核心生產技術主要掌握在日本、美國和歐洲少數國家，生產能力和市場需求亦主要集中在上述地區。碳纖維行業具有代表性的境外企業主要有日本東麗（TORAY）、日本東邦（TOHO）、日本三菱麗陽（MITSUBISHI）、美國赫克塞爾（HEXCEL）、美國卓爾泰克（ZOLTEK）、德國西格里（SGL）、美國氰特（CYTEC）、土耳其阿克薩（AKSA）。近幾年，隨著國內企業在碳纖維領域不斷加大投入，研發生產實力得到大幅提升，出現了以光威復材、中簡科技、恆神股份、中復神鷹等為代表的一批優秀企業。

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（報告來源：興業證券；分析師：石康/張亞濱/黃艷/李博彥）