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報告綜述：

• 碳纖維是一種力學性能極其優異的新材料，比強度是鋼的20倍。兩院院士師 昌緒曾說:「復合材料幾乎是一個無所不為的材料」。當前制約碳纖維材料大 規模應用的核心因素仍然是價格與成本。相比螺紋鋼與玻璃纖維4、5 元/千 克的價格中樞，低端碳纖維的價格也要達到近百元/千克。本文按照碳纖維生 產流程，分析決定碳纖維成本的關鍵環節，進而剖析國內外碳纖維價格存在 顯著差距的原因，揭示國內碳纖維企業成本下行的關鍵因素。
• 碳纖維生產成本主要包括原絲、預氧化、碳化、表面上漿和卷繞成本。其中，PAN 原絲占碳纖維生產成本的51%，是主要因素，其次是預氧化和碳化，成本 占比分別為16%、23%。
• 原絲很大程度上決定了碳纖維的質量和成本，一步法/二步法、紡絲溶劑種類、 濕法/乾濕法紡絲、絲束大小等因素都對原絲屬性、生產效率、生產成本等有 較大影響。
• 技術研發進度的差異會導致研發成本攤銷的不同。日本東麗於1971年開始生 產T300 級碳纖維，於1984 年成功研製T800H 碳纖維;光威復材於2008 年批 量投產300 級碳纖維，於2012 年開始研製T800 級碳纖維。同型號碳纖維生 產成本中的研發成本隨生產年限的增加而遞減，導致批產較早的企業具有相 對成本優勢。
• 碳纖維規模效應顯著。隨著碳纖維產量的提高，碳纖維生產成本中固定資產 成本攤薄效應明顯(生產設備價值高)。以光威復材為例，據公司公告，2014-2016 年，公司碳纖維產量從59.86 噸增長221%至192.22 噸，單位生產 成本從1696 元/千克減少65%至588 元/千克。2017 年，隨著公司產量大幅提 升至494 噸，該年上半年碳纖維單位生產成本減少至350 元/千克，僅為2016 年的60%。
• 研發攤銷、規模效應、電價差異導致國內外碳纖維成本存在顯著差異:1)我 國碳纖維研發起步晚，目前同等型號碳纖維研發成本攤銷水平高於國外巨頭; 2)2017 年，光威復材和中簡科技產能分別為3100 噸和360 噸，而日本東麗 為2.72 萬噸，規模效應顯著;3)東麗擁有超過500 萬kw 的發電能力，自備 電廠可以大幅降低能源開支，然而自備電廠只有在具有相對產業規模的前提 下才具有較好的經濟性，我國絕大部分碳纖維企業在產業規模上尚不具備條 件。

報告內容：

1、前言

碳纖維是一種力學性能極其優異的新材料，拉伸強度一般都在3500MPa 以上，是 鋼的7-9 倍，拉伸模量在200-700GPa，同樣高於鋼，而密度只有鋼的1/4，比強 度是鋼的20 倍。碳纖維構件製品具有強度高、重量輕、模量高、剛度大的特性， 還具有良好的耐疲勞性、耐腐蝕性、X 射線穿透性、導電性及導熱性等優越性能， 正因於此，碳纖維復合材料應用前景極其廣闊。我國兩院院士師昌緒先生生前曾 說:「復合材料幾乎是一個無所不為的材料。

據賽奧碳纖維技術，2017 年全球碳纖維市場空間僅約160 億元(23.44 億美元， 匯率按6.8)。當前制約碳纖維材料大規模應用的核心因素仍然是價格與成本。相 比螺紋鋼與玻璃纖維4、5 元/千克的價格中樞，低端碳纖維的價格也要達到近百 元/千克。本文按照碳纖維生產流程，分析決定碳纖維成本的關鍵環節，進而剖析 國內外碳纖維價格存在顯著差距的原因，揭示國內碳纖維企業成本下行的關鍵因 素。

2、碳纖維製作工藝流程成本分析

2.1、碳纖維生產成本構成

PAN 基碳纖維擁有優異的品質和優良的力學性能，在碳纖維中占比90%以上，因此 我們以PAN 基碳纖維為例分析碳纖維生產成本。PAN 基碳纖維由聚丙烯腈(PAN) 原絲經過預氧化、低溫和高溫碳化，再經過上漿和卷繞後製成。

在生產環節方面，據《高科技纖維與應用》，碳纖維原絲生產製備成本主要於包括PAN 原絲(購買或製備)、預氧化、碳化(低溫碳化、高溫碳化)、表面上漿和卷 繞成本。其中，PAN 原絲占碳纖維生產成本的51%，是影響碳纖維原絲成本的主要 因素，其次是預氧化和碳化，成本占比分別為16%、23%。

在成本要素方面，據美國Rocky Mountain Institute，原材料和燃料各占碳纖維 生產成本的30%，其中燃料即能源成本;折舊占10%，主要系碳纖維生產設備價值 量大，各期折舊大。

2.2、聚合和紡絲工序是造成原絲製備成本差異的重要因素

原絲製備是碳纖維製備的核心環節，原絲的質量和成本很大程度上決定了碳纖維 的質量和生產成本。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。以PAN 原絲為例，其製備流程較長，主 要包括聚合、紡絲、蒸汽牽伸、上油、卷繞等工序，其中，聚合和紡絲是原絲製 備的重要工序。

2.2.1、一步法生產成本更低

按照聚合和紡絲工藝的連續性可以將PAN 原絲的製備方法分為一步法和二步法。 其中，一步法採用均相溶液聚合工藝，流程較短，工序較少，操作性強，可控性 好，有利於獲得高質量的PAN 原絲，主要用來製備高性能的PAN 基碳纖維，目前 國內外主流碳纖維廠商多採用一步法工藝。二步法工藝相對複雜，但其採用水相 聚合能獲得溶液聚合所不能得到的高分子量以及分子量分布均勻的聚合物，由於具有較高的分子量以及適合的分子量分布是生產優質PAN 原絲的基本要求，因此 二步法在質量上較一步法具有相對優勢，但在成本上存在劣勢。

2.2.2、以DMSO 為溶劑紡絲更有利於降低原絲製備成本

PAN 基聚合物溶劑包括二甲基亞碸(DMSO)、二甲基甲醯胺(DMF)、二甲基乙醯胺(DMAc)、硫氰酸鈉(NaSCN)水溶液、氯化鋅(ZnCl2)水溶液等，其中，以DMSO 為溶劑紡絲得到的PAN 基原絲產量最大，碳纖維的力學性能最穩定。因此，在使 用單一溶劑紡絲的情況下，DMSO 溶劑紡絲效率更高，更有利於降低原絲製備成本。

2.2.3、乾濕法紡絲成本顯著低於濕法

按照紡絲方法可將PAN 基原絲的製備工藝主要分為濕法紡絲和乾濕法紡絲兩種。 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。乾濕法可紡出的纖維體 密度較高，表面平滑沒有溝槽的高性能碳纖維絲束，且可實現高速紡絲，逐漸成 為PAN 基碳纖維紡絲方法的主流研究方向。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。

乾濕法紡絲的紡絲速度是濕法紡絲的5-10 倍，是製備高性能原絲的有效方法。由 於碳纖維製備能耗高，因此採用乾濕法紡絲有利於提高生產效率，降低單位能耗， 降低單位成本。據光威復材招股說明書，公司募投項目「軍民融合高強度碳纖維 高效製備技術產業化項目」採用乾濕法紡絲工藝生產高強度碳纖維(12K 的T700S、T800S 碳纖維，公司目前主要採用濕法紡絲)能夠大幅降低公司碳纖維單位生產 成本。據《PAN 基碳纖維生產成本分析及控制措施》，在同樣的紡絲裝備及能源消 耗條件下，乾濕法紡絲的綜合產量是濕法紡絲的2-8 倍，PAN 基碳纖維絲束的生 產成本可降低75%。

2.3、縮短預氧化時間是降低成本的有效手段

預氧化在碳纖維製備過程中起承上啟下的作用，是決定碳纖維生產效率和能耗成 本的關鍵，其成本約占碳纖維製備總成本的16%。PAN 基原絲預氧化目的是為了防 止原絲在碳化時熔融，通過氧化反應使線性PAN 大分子轉變成耐熱梯形結構，從 而使纖維在高溫碳化過程中不熔不燃。預氧化過程耗時較長，溫度較高(200°C -300°C)，工藝設備複雜，導致預氧化過程的能耗成本較高。若能在保證質量的前 提下縮短預氧化時間，則整條碳纖維產線的產量將得到提高，單位成本將大幅下 降。

據中國報告網，上世紀60 年代，東麗公司開始研製碳纖維時，其預氧化過程長達二十多小時，其後經過不斷改進，現在幾十分鐘即可實現良好預氧化。據《低成 本聚丙烯腈基碳纖維的創新發展》(2017 年)，美國能源部橡樹嶺國家實驗室(ORNL)研發的等離子體預氧化法可使預氧化時間縮短至25-35min，與傳統的熱 空氣預氧化法相比，等離子體預氧化法能耗下降75%，生產成本降低20%，且這種 預氧化方法可生產所有等級的碳纖維，從低端的工業用途到高端的航空航天級別。 據《PAN 基碳纖維生產成本分析及控制措施》(2015 年)，目前國內碳纖維生產過 程中，預氧化時間約為120min，國外已將預氧化時間縮短至90min 以下。預氧化 時間也是導致我國碳纖維價格顯著高於國外巨頭碳纖維價格的重要原因之一。

2.4、大絲束碳纖維單線產能更高，單位成本更低

碳纖維按絲束大小可分為大絲束和小絲束纖維兩種。一般而言，每束碳纖維根數 不超過24000 根(24K，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)的被稱為小絲束;大於24000 根(24K)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。大絲束碳纖維一般由民用PAN 製備，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。

大絲束碳纖維相比小絲束碳纖維最大的優勢在於其單線產能更高，單位成本更低。 以3k 和12k 的碳纖維為例，在工藝、設備和拉絲速度等條件相同的理想情況下，12k 的拉絲效率是3k 的四倍(單位時間生產的12k 碳纖維絲束重量約為3k 的四 倍)，因此12k 碳纖維的單位成本更低。據《大絲束碳纖維應用研究》，小絲束碳 纖維價格一般比大絲束碳纖維更高。

據《大絲束碳纖維應用研究》，大絲束碳纖維應用的主要技術問題是在製造預浸料 時，因絲束較粗不宜展開，導致單層厚度增加，不利於設計調整鋪層。此外，大 絲束碳纖維有時會出現粘連、斷絲現象，影響碳纖維的強度和剛度，導致其性能 有所降低，性能的分散性也相應較大。因此，大絲束碳纖維的製備難度較大，從 而導致大絲束碳纖維全球產量低於小絲束碳纖維。據中國產業信息網，2014 年， 全球PAN 基碳纖維產能約為12.8 萬噸，其中小絲束碳纖維約為9.2 萬噸，占72%; 大絲束碳纖維約3.6 萬噸，占28%。而目前我國生產的碳纖維基本為小絲束(占 比超過90%)。此外，在小絲束碳纖維市場上，日本企業占據全球產能的49%;在 大絲束碳纖維市場上，美國赫氏占據絕對優勢(全球市場份額高達58%)，其與德 國西格里、日本三菱占據了全球大絲束碳纖維市場98%的份額。據中國石化新聞 網2018 年3 月8 日報道，上海石化成功試製出國內真正意義上的48K 大絲束碳纖 維，並已貫通全流程，標誌著國產碳纖維大絲束原絲生產製備技術實現了質的突 破，填補了國內空白。據光威復材投資者關係公告，公司復材風機碳梁(採用T700S，48K)部分採購吉林精工產品。

2.5、前期高研發投入導致高性能碳纖維價格更高

對比東麗T700、T800、T1000 碳纖維，相同絲束大小的T800 碳纖維價格高於T700， 如東麗T700SC-12k 碳纖維的價格為150 元/kg，T800SC-12k 碳纖維的價格為180 元/kg;相同絲束大小的M55JB 碳纖維價格高於M46JB，如東麗M55JB-6k 碳纖維 的價格為11000 元/kg，M46JB-6k 碳纖維的價格為1800 元/kg，價格差距顯著。 造成價格差異的主要原因在於碳纖維拉伸強度/拉伸模量越高，性能越好，研製難 度也越大，所需研發投入也更大。

3、碳纖維規模效應顯著

碳纖維生產製備過程需要長周期連續穩定生產運行，前期投入大，生產設備、生 產用電和配套公用工程等固定成本高，具有很強的規模效應，即生產線的單線產 能越高、利用率越高，則成本越低。據江蘇恆神招股說明書，同等效率下，單線 年產1000t 的生產線的碳纖維單位成本較年產100t 的生產線低約30%。

PAN 基碳纖維生產成本主要包括PAN 基原絲生產成本和碳纖維絲束生產成本兩大 部分。原絲生產成本包括直接成本(聚合單體原料成本、電力消耗成本等)、固定 資產折舊和流動成本(人工費用、包裝費等)。據《PAN 基碳纖維製備成本構成分 析及其控制探討》，採用山東大學開發的二步法製備工藝，產能為3300t 的碳纖維 產線其生產的原絲單位成本為3.81 萬元/噸，較1100t 產線的單位成本4.78 萬元/噸減少20.29%。其中，直接成本由3.81 萬元/噸減少16%至3.21 萬元/噸;固定 資產折舊由0.5 萬元/噸減少50%至0.25 萬元/噸;流動成本由0.47 萬元/噸減少26%至0.35 萬元/噸。可見隨著生產規模的增加，原絲的單位製備成本呈下降趨勢。

與原絲類似，碳纖維絲束生產成本包括直接成本(原絲成本、電力消耗成本等)、 固定資產折舊和流動成本。據《PAN 基碳纖維製備成本構成分析及其控制探討》， 生產1kg 碳纖維需要消耗2.2kg PAN 原絲，即生產500t 碳纖維需配備1100t PAN 原絲生產能力。以上述1100t 和3300t PAN 基原絲產線的單位成本為基礎測算生 產500t(小規模)和1500t(大規模，2 條國產單線產能750t 的產線)碳纖維的 成本:大規模產線生產碳纖維的單位成本為11.68 萬元/噸，較小規模產線的單位 成本15.9 萬元/噸減少26.54%。其中，直接成本由13.67 萬元/噸減少23%至10.53 萬元/噸;固定資產折舊由2 萬元/噸減少 50%至1 萬元/噸;流動成本從0.23 萬 元/噸減少35%至0.15 萬元/噸。可見碳纖維規模效應顯著。

以光威復材為例，據公司公告，2014-2017 年上半年，隨著公司碳纖維產量的提 升，公司單位成本呈明顯的下降趨勢。2014-2016年，光威復材碳纖維產量從59.86 噸增長221%至192.22 噸，單位生產成本從1696 元/千克減少65%至588 元/千克。2017 年，隨著公司產量由2016 年的192 噸大幅提升至494 噸，該年上半年碳纖 維單位生產成本減少至350 元/千克，僅為2016 年的60%，規模效應顯著。

據Oak Ridge National Laboratory(美國橡樹嶺國家實驗室)，萬噸線碳纖維理 論生產成本為17.44 美元/公斤，較1000 噸產線的21.96 美元/公斤減少約30%; 若上游原絲採用乾濕法工藝製備，且萬噸線開滿後，極限假設下，生產成本可以 降至12-13 美元/公斤(約70 元/公斤)，即目前技術條件下的，碳纖維的理論最 低成本。

4、研發攤銷、規模效應、電價差異導致國內外碳纖維成本差 異顯著

4.1、國內外碳纖維價格差異顯著

2016 年，光威復材碳纖維銷量為55.8 噸，碳纖維銷售收入為2.05 億元，碳纖維 均價為3670 元/千克。據光威復材招股說明書，公司具備T300、T700 等不同系列 碳纖維產品的規模化生產能力，已規模化生產的碳纖維型號為T300 級，且T300 級是公司的主要產品，已穩定供貨近十年。因此，我們假設光威復材2016 年碳纖 維銷量均來源於T300 級，則其T300 級碳纖維(小絲束)均價約為3670 元/千克。

據中簡科技招股說明書，2016 年，公司碳纖維銷售單價約為2900 元/千克;公司 可生產高強型ZT7 系列(對標東麗T700 級)、ZT8 系列(對標東麗T800 級)等不 同系列碳纖維，其中，ZT7 系列已規模化生產，且已批量穩定供貨。因此，我們 假設中簡科技2016 年碳纖維銷量均來源於T700 級，則其T700 級碳纖維(3K/12K) 價格為2900 元/千克。

日本東麗T300B-3K 級碳纖維的售價約為800 元/千克，T700-12K 級碳纖維的售價 約為150 元/千克，價格差距明顯。光威復材與中簡科技當前下游應用主要為航空 軍品，採用濕法工藝。而乾濕法工藝生產成本顯著低於濕法。除了下游應用領域 不同及濕法/乾濕法工藝帶來的成本差異，研發攤銷、規模效應、電價差異導致國 內外碳纖維成本差異較大也是影響產品價格的重要因素。

4.2、研發攤銷、規模效應、電價差異導致國內外碳纖維成本差異顯著

以光威復材為例，碳纖維生產成本由直接材料、直接人工和製造費用組成，其中， 製造費用占碳纖維生產總成本的近八成，是影響公司碳纖維生產成本的主要因素。

4.2.1、研發攤銷導致我國碳纖維成本高於國外巨頭

我國企業碳纖維研製起步晚，研發成本攤銷水平高。據日本東麗官網，公司於1971 年開始生產T300 級碳纖維，於1984 年成功研製T800H 碳纖維。據光威復材公告， 公司於2002 年突破了T300 級碳纖維工程化的關鍵技術，並於2008 年投產;並於2012 年開始研製T800 級碳纖維，目前已在某型號實現首飛。對於相同型號的T300 級碳纖維，由於光威復材投產時間較日本東麗晚，導致其目前的研發成本攤銷水 平更高。

2013-2018 年，光威復材研發支出快速增長，從0.68 億元增長至1.94 億元，年均復合增速為23.33%，占公司營收比重保持在13%以上。而研發支出是碳纖維總 成本的一部分，將逐步攤銷至碳纖維價格中。此外，公司高度重視研發有利於公 司碳纖維技術的不斷突破，提升公司核心競爭力。

4.2.2、我國碳纖維企業產量較東麗存在巨大差距，規模效應顯著弱於東麗

固定資產折舊是構成光威復材碳纖維生產成本的主要部分，這主要是因為碳纖維 生產所需設備價值高，各期折舊較大。而規模效應能有效攤薄由於高價值生產設 備帶來的高固定成本。此外，規模效應下的碳纖維產量高，有利於提高生產的連 續性，提高碳纖維生產設備等配套設施的使用效率，並減少設備反覆升溫次數， 降低單位能耗，進而攤薄直接成本和流動成本。2017 年，光威復材和中簡科技產 能分別為3100 噸和360 噸，而日本東麗為2.72 萬噸，產能差距巨大。

4.2.3、碳纖維製備能耗高，我國碳纖維企業用電成本高於國外龍頭，能耗成本更 大

據光威復材公告，電費約占公司碳纖維生產成本的20%，僅次於固定資產折舊。 這主要是因為碳纖維生產過程中的預氧化、碳化等環節均需要高溫加熱環節，且 預氧化時間較長，耗電量大。據復合材料網，我國部分企業生產任務不飽滿，實 際開機率不足30%。在碳纖維生產不連續的情況下，生產設備反覆升降溫會導致 能源的浪費，進而在一定程度上影響碳纖維的單位耗電量。

據日本東麗環境能源開發中心，東麗擁有從太陽光發電組件試製到發電示範曝曬 試驗的系列基礎設備，並擁有超過500 萬kw 的發電能力(2014 年)，可為公司生 產碳纖維自供電力。據亞洲金屬網，2017 年四季度我國自備電廠的平均電價約為0.29 元/kwh，而我國企業電價約為0.7 元/kwh。可見自備電廠可以大幅降低能源 開支，然而自備電廠只有在具有相對產業規模的前提下才具有較好的經濟性，我 國絕大部分碳纖維企業在產業規模上尚不具備條件。

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（報告來源：興業證券；分析師：石康、黃艷等）