一、碳纤维技术分析

1.1碳纤维

碳纤维是含碳量在90%以上的高强度高模量纤维，用途广泛。耐高温性能出众，位于所有化纤之首。一般用腈纶和粘胶纤维做原料，经高温氧化碳化而成。

按照每束碳纤维中单丝根数，碳纤维可以分为小丝束和大丝束两大类别。

一般按照碳纤维中单丝根数与1,000的比值命名，12K指单束碳纤维中含有12,000根单丝的碳纤维。早期小丝束碳纤维以1K、3K、6K为主，逐渐发展出12K和24K。小丝束碳纤维性能优异且价格较高，一般用于航空等高精尖领域，以及体育用品中产品附加值较高的产品类别。

一般认为 24K 以上（不含 24K）以上的型号为大丝束，包括 48K、50K、60K 等。大丝束产品性能相对较低但制备成本亦较低，因此多运用于风电及其他工业领域。随着目前碳纤维制作工艺的提升及产品价格的下降，小丝束碳纤维在工业领域的运用已逐步拓宽。

1.1.1碳纤维特性

碳纤维被誉为“新材料之王”、“黑色黄金”，比钢轻50%，比铝合金轻30%，硬度是钢的7-9倍，铝合金的4倍，但价格是铝合金的1.5倍；其物理特性：

（1）密度小，质量轻，碳纤维的密度相当于钢的1/4，铝合金的1/2。

（2）强度高，其拉伸强度可达3000~4000MPa，弹性比钢大4~5倍，比铝大6~7倍。

（3）弹性模量高。

（4）具有各向异性，热膨胀系数小，导热率随温度的升高而下降，耐骤冷、急热，即使从几千度的高温突然降到常温也不会炸裂。

（5）导电性好，25℃时高模量纤维为775μΩ/cm，高强度纤维为1500μΩ/cm。

（6）耐高温和耐低温性表现好，碳纤维可在2000℃下使用，在3000℃非氧化气氛下不融化、不软化。在-180℃低温下，钢铁变得比玻璃脆，而碳纤维依旧很柔软，也不脆化。

（7）成本高，损坏不易修复，一次性使用。这是它的物理缺陷。

需要高强度、高韧性、热膨胀系数小、导电性好、耐高低温等等应用场景时，碳纤维就是最顶级的材料。

1.1.2碳纤维产业链

完整的碳纤维产业链包含从原油到终端应用的完整制造过程。

先从石油、煤炭、天然气等化石燃料中制得丙烯，并经氨氧化后得到丙烯腈；丙烯腈经聚合和纺丝之后得到聚丙烯腈（PAN）原丝；再经过预氧化、低温和高温碳化后得到碳纤维。

碳纤维可制成碳纤维织物和碳纤维预浸料；碳纤维与树脂、陶瓷等材料结合，可形成碳纤维复合材料，最后由各种成型工艺得到下游应用需要的最终产品。

全产业链看碳纤维有两个核心环节，技术壁垒均较高：

（1）制造碳纤维产品的上游原丝端；

（2）中游复合材料。

原丝-碳纤维-织物-预浸料-复合材料等步骤，总计占据全产业链成本超60%，利润超90%。

1.1.3碳纤维原丝厂商比较

其中江苏恒神股份（832397创新层）、中复神鹰（688295）、吉林碳谷（836077北交所）为国内碳纤维原丝生产厂商。威海光威复材（300699）、中简科技（300777）为碳纤维全产业链企业，光威复材少量碳纤维原丝需要进口，中简科技由于主要涉及军工，其碳纤维原丝全部自产。

1.1.4碳纤维复合材料

碳纤维一般不是单独使用，而是以复合材料的形式被使用。

复合材料指的是两种或两种以上材料复合而成具有一定的特殊功能和结构的新型材料，可理解为：基体材料+增强材料，其中基体材料多为树脂，陶瓷，金属，橡胶等材料，增强材料常为碳纤维。

复合材料按增强纤维类别可分为玻璃纤维、芳纶纤维、碳纤维等复合材料。

（1）玻璃纤维成本相对较低且具有适中的物理性能，适合对强度、耐用性要求不高部件；

（2）芳纶纤维复合材料重量轻，具有出色的抗冲击、耐磨能力，常应用于安全防护（如防弹衣）、橡胶增强以及耐磨领域等；

（3）碳纤维拥有较高的拉伸强度和模量，且密度较低，具有优异的减重效果，此外还具有耐热、耐腐蚀、导电等优异性能，因此在二十一世纪以来迅速扩展下游应用领域，在能源、汽车、高铁、建筑、机械以及航空等领域均具有广阔的前景。

碳纤维原丝即PAN原丝质量固然重要，但若在中游复材环节，没有质量与性能突出、产业化规模的树脂基材，以及没有用于配套生产复材的核心设备，碳纤维仍然无法得到大规模的应用。碳纤维主要以树脂基复合材料（CFRP）为主，占全部碳纤维复合材料市场份额的90%以上。相比传统金属材料的减材制造，复材行业是较为典型的增材制造，其最大特点是材料与结构件同步成型。

高性能碳纤维复合材料制品、高性能碳纤维预浸料使用碳纤维作为增强材料，树脂作为基体材料制造，最终应用于交通装备、医疗健康、体育健康、民用航空及其他工业等领域。

二、碳纤维行业格局及上市公司分析

2.1碳纤维行业格局

2.1.1国际碳纤维市场格局

高端碳纤维行业产业链格局同军工产业一样，在具有较高的技术门槛的同时，又具有配方、工艺、工程等行业壁垒。

全球碳纤维市占率方面，国际碳纤维市场依然为日、美企业所垄断。国际巨头几乎都拥有从原材料到复合材料全产业链生产能力，并且充分利用自身产能降低成本、匹配产品，东丽的碳纤维材料完全利用自产。而国内企业产业链的各个环节较为分散；根据中国化学纤维工业协会数据，在小丝束碳纤维市场上，日本企业所占有的市场份额占到全球产能的49%；在大丝束碳纤维市场上，美国企业所拥有市场份额占到全球产能的89%，处于明显的主导地位。

日本是全球最大的碳纤维生产国，世界碳纤维技术主要掌握在日本公司手中，其生产的碳纤维无论质量还是数量上均处于世界领先地位，日本东丽更是世界上高性能碳纤维研究与生产的“领头羊”。

2.1.2国内碳纤维市场格局

国内碳纤维市场尚在起步阶段，低端碳纤维原丝产能过剩竞争激烈，高端碳纤维原丝还以日本东丽进口为主；国产高端碳纤维原丝质量和价格稳定性较国外产品，尚有差距，但高端碳纤维依赖度正逐年下降，从2017 年的69%稳步下降到2021 年的53%，2025年预计将降至39%。

精功科技（002006）已实现碳纤维生产设备的进口替代，中复神鹰（688295）、吉林碳谷（836077）、恒神股份（832397）已实现碳纤维原丝的进口替代，但工艺和质量上尚待改进。目前行业内碳纤维原丝的纺丝工艺主要分为：湿法和干喷湿纺两种。干喷湿纺技术是做高性能碳纤维更为先进的工艺路线，兼具缺陷少、纺速快、产品工艺性更优等特点。与东丽等世界一流碳纤维企业相比，国内碳纤维企业下一步需要继续提升的方面在于：

①碳纤维原丝厂商需要改进提高的地方：需加强高性能碳纤维微观结构等技术工艺的储备；

②碳纤维复合材料厂商需要改进提高的地方：需进一步加大碳纤维下游产品的丰富程度和不同应用领域的开发力度；

恒神股份、光威复材、中简科技、中复神鹰等均通过干喷湿法生产小丝束，吉林碳谷主要为湿纺，但也有结合两步法的干喷湿纺技术储备。但超高端的碳纤维仍是我国痛点，主要是军工级使用。

T300、T600、T700、T800和T1000；碳纤维行业的领头羊日本东丽公司所使用的碳纤维型号,常见的有T300、T600、T700、T800和T1000。型号表示的是碳纤维的强度,值越大,强度越高,T300的强度最低,而T1000的强度是最高的。国内光威复材等企业，产业链比较完整，但原材料等部分仍需外购，且主要销售产品是预浸料等中游产品。

此外国内企业大客户多为军工或民航企业，定制化需求及行业标准高，对产业进行整合促使上下游合作，才能提高产品适配性。碳纤维整体具有显著的规模效应，产量的增加利于提高碳纤维制造商的盈利能力，绑定大客户利于借助其市场需求较为稳定的增长充分发挥规模优势。

近几年碳纤维国产化替代进程加速，一是因为疫情影响、碳纤维进口难度增加；二是日本、美国等主要碳纤维生产企业所在国家收紧对中国碳纤维供给，同时下游需求不断增长导致国内供需缺口增加，国内企业正积极扩产、填补相应空缺。

国家强力支持国产碳纤维的技术攻关、工程产业化和应用牵引，使国产碳纤维的发展取得长足进步。未来随着碳纤维技术的逐步成熟以及规模化生产对成本的稀释，国内碳纤维产业必然会在降低成本与提高性能方面同步发力，产能利用率有望逐步走高，生产企业的盈利能力也将大幅跃升。

碳纤维作为新材料的“无冕之王”，今后将进一步受到国家政策的长期扶持，行业环境有望不断改善，为技术突破、产品性能升级的注入源源不断的强大动力。我国碳纤维需求量、产能产量稳步增长，供不应求，国产化进程加速，碳纤维迎来历史性的发展机遇。

2.2碳纤维国内相似品

（1）国内碳纤维原丝与日本东丽的差距，主要是批次产品质量的稳定性，价格的稳定性，目前在性价比上与日本东丽产品尚有差距，但已满足国产替代，目前不存在断供会影响国内碳纤维生产的风险；随着国产碳纤维原丝的逐步稳定，其国产碳纤维对日本东丽的取代正在逐年提高。

（2）碳纤维复合材料的上市公司只有光威复材、中简科技、中复神鹰3家，其他碳纤维股多为蹭概念的非纯碳纤维上下游企业。

非上市公司中的：江苏澳盛复合材料科技有限公司（风电碳梁），江苏亨睿碳纤维科技有限公司（主做汽车行业），厦门鸿基伟业复材科技有限公司（主做自行车和碳纤维轮毂）。