風電、氫能源、航空航天、汽車、碳碳復材等一眾應用領域同步發(fā)力，碳纖維大時代已經(jīng)來臨。

(資料圖)

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碳纖維是什么？

碳纖維被稱為“新材料之王”，是由聚丙烯腈（PAN）（或瀝青、粘膠）等有機纖維在高溫環(huán)境下裂解碳化形成的含碳量高于90%的碳主鏈結(jié)構(gòu)無機纖維。

碳纖維具有出色的力學性能和化學穩(wěn)定性，密度是鋼的1/4，比強度比鋼大16倍，是目前已大規(guī)模生產(chǎn)的高性能纖維中具有最高比強度和最高比模量的纖維，同時具有導電、導熱、耐腐蝕、耐疲勞、耐高溫、膨脹系數(shù)小等一系列其他材料所不可替代的優(yōu)良性能。

目前已經(jīng)應用于航空航天、風電葉片、體育休閑、壓力容器、碳/碳復合材料、交通建設、海洋等領域，是國防軍工和國民經(jīng)濟發(fā)展不可或缺的重要戰(zhàn)略物資。

數(shù)據(jù)來源：中國碳纖維網(wǎng)

世界碳纖維產(chǎn)業(yè)已形成了黏膠基、瀝青基和聚丙烯腈基三大原料體系，其中黏膠基和瀝青基碳纖維用途較單一，產(chǎn)量也較為有限，而聚丙烯腈基碳纖維兼具良好的結(jié)構(gòu)和功能特性，是碳纖維發(fā)展和應用的主要品種，2020年其產(chǎn)量占碳纖維總量的90%左右。

資料來源：中國化學纖維工業(yè)協(xié)會

PAN基碳基碳纖維強度絲束分類。根據(jù)力學性能分類，碳纖維可分為高強型（GQ）、高強中模型（QZ）、高模型（GM）、高強高模型（QM）。根據(jù)絲束數(shù)量，碳纖維主要有3K、12K、24K、48K等規(guī)格，分為大絲束和小絲束。

3-24K（含）為小絲束產(chǎn)品，一般用于航天軍工等高科技領域，以及體育用品中產(chǎn)品附加值較高的產(chǎn)品類別，主要下游產(chǎn)品包括飛機、導彈、火箭、衛(wèi)星和釣魚桿、高爾夫球桿、網(wǎng)球拍等，24K以上為大絲束產(chǎn)品，主要應用于風電葉片和民用包括土木建筑、交通運輸和能源等行業(yè)，主要下游產(chǎn)品包括風電葉片、建筑補強產(chǎn)品、抽油桿、壓力容器等。

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為何這個時點談起碳纖維？

多應用領域齊發(fā)力，碳纖維當下需求增長空間十分可觀。

根據(jù)賽奧碳纖維，2021年全球碳纖維需求量占比前三的領域依次是風電葉片28%、體育休閑16%、航空航天14%，國內(nèi)碳纖維需求量占比前三的領域依次是風電葉片36%、體育休閑28%、碳碳復材11%。

首先在需求最大的風電領域，碳纖維應用于風電葉片中關鍵結(jié)構(gòu)如梁帽、主梁等。碳纖維主梁的工藝主要有三種，分別為預浸料工藝、碳布灌注工藝和拉擠碳板工藝。

由于風機大型化是未來的發(fā)展趨勢，葉片長度的增加，也對增強材料的強度和剛度等性能提出了新的要求，玻璃纖維在大型復合材料葉片制造中逐漸顯現(xiàn)出性能方面的不足。為了保證在極端風載下葉尖不碰塔架，葉片必須具有足夠的剛度。在葉片產(chǎn)品升級過程中，既要減輕葉片的重量，又要滿足強度與剛度要求，碳纖維的替代作用愈發(fā)凸顯。

雖然碳纖葉片成本上升，但其帶來的傳動鏈上相關部件以及塔筒的優(yōu)化減重，使得風電機組的整體成本降低10%以上。例如120m的碳纖維風輪葉片可以減少總體自重達38%，使得風電機組的整體成本下降14%。

根據(jù)WoodMackenzie，預計到2030年陸上風電將有超80%應用碳纖維拉擠板，而海上風電則100%應用碳纖維拉擠板。

未來隨著維斯塔斯拉擠工藝專利到期、國內(nèi)碳纖維持續(xù)降本增效、海上風電快速滲透及風機大型化趨勢等多重利好因素疊加，機構(gòu)預計2022年-2025年碳纖維滲透率有望達到11%/18%/29%/45%，對應碳纖維需求量為0.75/1.70/3.04/5.19萬噸，2021-2025年CAGR達84.3%。遠期國內(nèi)年新增風電裝機達100GW且主梁用碳纖維滲透率達100%的前提下，碳纖維需求有望達13.1萬噸。

與此同時，光伏熱場部件對碳纖維同樣存在明顯拉動效應。2021年，碳碳復材的三大市場中，剎車盤市場和航天部件發(fā)展相對平穩(wěn)，熱場部件單晶硅爐則發(fā)展勢頭突出。根據(jù)北極星太陽能光伏網(wǎng)的數(shù)據(jù)單晶硅爐即將破3萬臺，對碳氈功能材料和坩堝、保溫桶、護盤等碳碳復材結(jié)構(gòu)材料高速增長提供有力支撐。

光伏熱場帶動下碳碳復材用碳纖維需求量將達到1.3萬噸，2021-2025年CAGR達38.4%，再加上氫能、航空航天、國產(chǎn)大飛機、新能源車等各個領域帶動，碳纖維需求將迎來可觀增長。

根據(jù)《2021全球碳纖維復合材料市場報告》，2021年全球碳纖維需求11.8萬噸，預計到2025年將達到24萬噸的規(guī)模，到2030年可能達到40萬噸，2021-2025年CAGR為19.5%，2021-2030年為14.5%。

其中中國碳纖維需求將實現(xiàn)更快的需求增速，彈性更大。根據(jù)《2021全球碳纖維復合材料市場報告》，2021年國內(nèi)碳纖維總需求為6.24萬噸，預計到2025年將達到15.92萬噸，CAGR達26.4%，市場空間接近250億元。

資料來源：賽奧碳纖維

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國產(chǎn)替代機遇 還在進一步助推

長時間技術追趕之下，國產(chǎn)碳纖維已經(jīng)拉開替代浪潮，但仍有較大空間。

由于日本早期就高度重視高性能PAN基碳纖維，培育出了東麗、三菱等一批碳纖維行業(yè)領軍企業(yè)。1988年，美國國會通過法令，軍用碳纖維所用聚丙烯腈原絲要逐步實現(xiàn)自給，由此扶持了赫氏、氰特等本土碳纖維企業(yè)的發(fā)展。

90年代卓爾泰克開始研發(fā)并推進低成本大絲束在工業(yè)領域的應用，形成了高性能小絲束和低成本大絲束兩種技術路線，2014年，卓爾泰克被東麗收購。

目前，世界碳纖維技術主要掌握在日本公司手中，其生產(chǎn)的碳纖維無論質(zhì)量還是數(shù)量上均處于世界領先地位，日本東麗更是世界上高性能碳纖維研究與生產(chǎn)的“領頭羊”。

我國碳纖維工業(yè)總體上與日本碳纖維的研發(fā)同步進行，經(jīng)歷了長期低水平徘徊、技術轉(zhuǎn)型和快速發(fā)展33個階段。依靠長期自主研發(fā)，打破了國外技術裝備封鎖，碳纖維產(chǎn)業(yè)化目前取得長足進步。

碳纖維發(fā)展歷史 資料來源：賽奧碳纖維，《美國卓爾泰克公司炭纖維的發(fā)展》

2021年，中國首次超越美國成為全球碳纖維最大產(chǎn)能國。

根據(jù)賽奧碳纖維，2021年國內(nèi)碳纖維產(chǎn)能6.34萬噸，占全球總產(chǎn)能20.76萬噸的31%。國內(nèi)企業(yè)已克服低達產(chǎn)率瓶頸。產(chǎn)能利用率從2015年的10.5%達到了2020年的51.2%，已趨近國際水平。

據(jù)中國能源報數(shù)據(jù)，我國碳纖維國產(chǎn)化率已從2016年的18.4%提升至2021年的46.9%，國產(chǎn)替代趨勢明顯，不過仍有超50%依賴進口。進口來源主要包括日本、中國臺灣、美國、韓國等，國產(chǎn)替代空間巨大。

隨著國產(chǎn)碳纖維不斷縮小技術和性能差距，尤其是吉林化纖、中復神鷹等主要碳纖維廠商大量擴產(chǎn)，碳纖維國產(chǎn)化率持續(xù)提升，未來對外依存度有望持續(xù)下降，加速國產(chǎn)化。機構(gòu)預計國內(nèi)碳纖維產(chǎn)能將從2021年6.3萬噸增長至2025年29.9萬噸，2021-2025年CAGR47.4%。

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產(chǎn)業(yè)鏈相關企業(yè)有哪些？

碳纖維行業(yè)目前產(chǎn)能集中度較高，根據(jù)賽奧碳纖維，2021年CR5為57.1%。國產(chǎn)碳纖維廠商擴產(chǎn)持續(xù)推進，將改變?nèi)蛱祭w維供應格局。

碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈及相關公司 資料來源：各企業(yè)招股書

其中上游有碳纖維碳化設備龍頭精功科技，公司在碳纖維及復合材料裝備、機器人智能裝備、太陽能光伏專用裝備、建筑建材專用設備、輕紡專用設備等制造領域具有深厚產(chǎn)業(yè)基礎。

當前公司與吉林化纖、新疆隆炬、吉林國興、浙江寶旌正在履行的4個合同總計金額18.28億元；同時吉林化纖在建6萬噸碳纖維項目、新疆隆炬在建5萬噸項目、浙江寶旌規(guī)劃1.8萬噸項目等。

光威復材則是碳纖維全產(chǎn)業(yè)龍頭，業(yè)務覆蓋碳纖維原絲、碳纖維、復合材料等全產(chǎn)業(yè)鏈，是國內(nèi)碳纖維行業(yè)第一家A股上市公司。公司具備碳纖維生產(chǎn)線及關鍵設備、預浸料生產(chǎn)線以及復合材料成型設備等自主設計與制造能力，主要產(chǎn)品包括碳纖維及織物、預浸料、碳梁等。

公司碳纖維在建產(chǎn)能5030噸，是現(xiàn)有產(chǎn)能近2倍，根據(jù)公司公告，預計將于短期內(nèi)建成投產(chǎn)；此外，公司170萬米碳梁原計劃2022年內(nèi)建成投產(chǎn)，近期有望落地，85萬平方米預浸料已建設完成。此外，內(nèi)蒙古光威項目規(guī)劃年產(chǎn)一萬噸碳纖維，遠期可擴展至兩萬噸。

吉林化纖正積極向碳纖維產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型，打造原絲—碳纖維—復材的碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈。公司大股東吉林化纖集團已形成年產(chǎn)6萬噸碳纖維原絲、3萬噸碳絲生產(chǎn)能力，成為國內(nèi)最大的碳纖維生產(chǎn)企業(yè)。

公司15萬噸原絲項目、6000噸碳化項目、1.2萬噸復材項目正在建設，2022年下半年將陸續(xù)投產(chǎn)，未來有望具備16萬噸原絲、4.9萬噸碳絲、1.5萬噸復材生產(chǎn)能力；2022年7月，集團子公司國興碳纖維年產(chǎn)6萬噸碳纖維項目正式啟動，計劃建設18條自主研發(fā)的智能化碳絲生產(chǎn)線，同時配套建設12萬噸原絲和6萬噸復材。

中復神鷹是民用小絲束碳纖維龍頭，建成了國內(nèi)首條具有自主知識產(chǎn)權(quán)的千噸級干噴濕紡碳纖維產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)線。在國內(nèi)率先實現(xiàn)了干噴濕紡碳纖維的關鍵技術突破，基本實現(xiàn)對日本東麗主要碳纖維型號的對標。

截至2022年6月底，公司產(chǎn)能為14500噸/年，包括連云港基地的3500噸/年產(chǎn)能，以及西寧萬噸碳纖維項目于2022年5月建成并投產(chǎn)的11000噸/年產(chǎn)能，產(chǎn)能及產(chǎn)量均處于國內(nèi)碳纖維生產(chǎn)企業(yè)前列。西寧二期碳纖維項目正處于建設階段，截至目前各廠房已封頂，預計2022年底至2023年期間各生產(chǎn)線開始陸續(xù)建成并投產(chǎn)。

作為高度綜合性石油化工企業(yè)的上海石化，也在進軍碳纖維，公司年產(chǎn)1500噸PAN基碳纖維項目已投產(chǎn)，目前擁有3000噸原絲、1500噸碳纖維產(chǎn)能；同時，2.4萬噸/年原絲、1.2萬噸/年48K大絲束碳纖維項目建設中，并于2022年8月15日實現(xiàn)首套大絲束碳纖維生產(chǎn)線中交，預計短期內(nèi)將完成6000噸產(chǎn)能建設，打破了國外對48K大絲束碳纖維的壟斷，至2024年全部完成1.2萬噸的建設。

軍用碳纖維龍頭中簡科技，也在逐步釋放產(chǎn)能。公司專注于航空航天領域碳纖維研發(fā)生產(chǎn)，能實現(xiàn)批量供應，產(chǎn)品性能達到國際領先巨頭水平，已成為國內(nèi)航空航天領域ZT7系列（高于T700級）碳纖維產(chǎn)品的批量穩(wěn)定供應商。公司現(xiàn)有400噸（3K）的碳纖維產(chǎn)能，IPO募投項目的300噸（3K）產(chǎn)能建成投產(chǎn)，產(chǎn)能逐步釋放。

隨著碳纖維需求逐步放量，以上企業(yè)有望享受一波較為可觀的市場紅利。

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