国防军工行业深度报告：碳纤复材需求正劲“黑色黄金”迎来高景气放量.pdf

请务必仔细阅读本报告最后部分的重要法律声明 Table_Rank 评级： 看好 Table_Authors 邹序元 分析师 SAC 执证编号： S0110520090002 电话： 86-10-5651 1867 王洁若 联系人 电话： 86-10-5651 1804 Table_Chart 市场指数走势（最近 1 年） 资料来源： 聚源数据 相关研究 Table_OtherReport 国防军工行业深度报告：军工产业排 头兵，军用飞机更新列装迎高峰 国防军工： “十四五 ”黄金发展期，重点 关注整机及核心部件 国防军工：把握时间窗口，集中推进改 革创新 核心观点 Table_Summary 碳纤维是一种含碳量在 90%以上的高强度高模量纤维材料，具有最强的 耐高温性能。 其主要构成为石墨 微晶等有机纤维， 具有密度低、质量轻、 强度大、耐高温等特点，因其操作工艺复杂、生产成本高昂，是复合材 料领域集大成之作，被誉为“黑色黄金”。 碳纤维产业链由上游原材料供应、中游原丝 /碳纤维 /复合材料生产、到 下游应用市场三部分组成。 核心环节为中游的原丝 -碳纤维 -织物 -预浸 料 -复合材料等步骤，占据全产业链成本的超 60%，利润的超 90%。 中国碳纤维产业的发展主要受制于原丝的供应 及高温炭化炉设备的制 造 。 PAN 原丝性能在很大程度上决定了碳纤维的性能。而我国高级原丝 很大程度上只能依赖进口，在纺丝原液、喷丝组件等制备工 艺上实力尚 不足 ；同时将原丝碳化的高温炭化炉设备也主要依靠进口，二者均 限制 了我国碳纤维产业的发展。 2025 年我国碳纤维市场 需求 有望超 12 万吨。 2019 年中国碳纤维总需求 量 37840 吨，同比增长 22%，远超全球平均水平（ 12%左右），市场整 体呈现快速向上，供不应求的局面。预计到 2025 年，我国碳纤维总需 求将达到国产 57284 吨，进口 66284 吨，平均复合增速分别为 30%、 16%，市场空间广阔。 军用碳纤维有望保持中高速发展。 未来随着我国航空航天产业发展壮 大，新装备对高性能碳纤维复合材料需求不断提升，受益于 军用飞机及 民航发展，碳纤维行业中短期有望保持中高速发展。 相关标的： 中航高科、光威复材、中简科技、楚江新材 风险提示： 技术研发不及预期，产业迭代超出预期、航空航天发展不及 预期 -0.5 0 0.5 1 8- Jan 21 -Mar 2- Jun 14 -Aug 26 -Oct 7- Jan 国防军工 沪深 300 Table_Title 碳纤复材需求正劲，“黑色黄金” 迎来高景气放量 Table_ReportDate 国防军工 | 行业深度报告 | 2021.01.08 行业 深度报告 证券研究报告 请务必仔细阅读本报告最后部分的重要法律声明 目录 1 碳纤维：复材 “黑色黄金 ” . 1 2 碳纤维产业链：原丝是产 业链核心，树脂基复材垄断市 场 . 3 2.1 碳纤维产业上游：原油制品，附加值较低 . 4 2.2 碳纤维产业链中游：产业链关键构成，核心设备成突破重点 . 5 2.2.1 原丝：碳纤维性能决定性因素、国内产能受制关键 . 5 2.2.2碳纤维：制作工艺复杂，具备高技术壁垒、高成本、精确操作等特点 . 7 2.2.3 碳纤针织物：减少后续损伤、提升纤维强度 . 9 2.2.4 复合材料：树脂基占比最多，对上游依赖性高议价能力弱 . 10 3 碳纤维市场供应：美日垄断原丝供应，国内企业加速追赶 . 13 4 碳纤维市场需求：中国增长成主力，航空航天望腾飞 . 15 4.1 全球需求 大幅增加，中国市场供不应求 . 15 4.2 航空航天碳纤维：军工领域有望放量增长，国产大飞机带动民用发展 . 18 4.2.1 军用飞机：新型飞机大力配置，超音速 巡航关键技术 . 19 4.2.2 民用飞机：碳纤维增长最大动力，受益国产大飞机订单上涨 . 22 4.2.3 导弹及航天器：对标国际一流，卫星产业空间巨大 . 24 5 重点 公司 . 25 5.1 光威复材：全产业链布局，军民航空航天核心厂商 . 25 5.2 中航高科：航空系统内预浸料核心企业 . 26 5.3 中简科技： 军用飞机 核心供货商 . 26 5.4 楚江新材：军工新材料头部企业 . 27 插图 目录 图 1 碳纤维成品 . 1 图 2 PAN 原丝纤维内简单石墨结构 . 1 图 3 依据原丝不同的碳纤维分类 . 1 图 4 沥青基制作工艺 . 2 图 5 粘胶基制作 工艺 . 2 图 6 依据丝束大小分类的碳纤维 . 2 图 7 全球大丝束市场份额 . 3 图 8 全球小丝束市场份额 . 3 图 9 碳纤维产业链全景图 . 4 图 10 2019国内丙烯腈产能（单位： 万吨） . 4 图 11 原丝制作流程 . 5 图 12纺丝原液生成 . 5 图 13四种纺丝工艺 . 6 图 14 干纺制作过程 . 6 图 15 湿喷湿纺制作 过程 . 6 图 16 干喷湿纺制作过程 . 7 图 17 PAN 原丝理论结构图 . 7 图 18碳纤维制作流程图 . 7 图 19 预氧化过程分子结构 . 8 行业 深度报告 证券研究报告 请务必仔细阅读本报告最后部分的重要法律声明 图 20 预氧化纤维指标 . 8 图 21碳化 +石墨化过程图 . 8 图 22表面氧化处理方法 . 9 图 23碳纤维编织物类型 . 9 图 24预浸料生产过程 . 10 图 25预浸料生产过程 . 10 图 26复合材料成型方法 . 11 图 27 手糊成型工艺 . 11 图 28 喷射成型工艺 . 11 图 29 缠绕成型工艺 . 12 图 30 热压罐成型工艺 . 12 图 31 板材层压成型工艺 . 12 图 32 连续拉挤成型工艺 . 12 图 33 树脂传递成型工艺 . 12 图 34 注塑成型工艺 . 12 图 35 全球主要碳纤维生产企业供应量（单 位：千吨） . 13 图 36 碳纤维主要生产地区 . 13 图 37 东丽工业财务摘要（单位：亿人民币） . 13 图 38 东丽公司碳纤维产品命名标准 . 13 图 39 中国原丝理论产能（单位：吨） . 15 图 40 中国碳纤维理论产能（单位：吨） . 15 图 41全球碳纤维需求总量 . 15 图 42 全球碳纤维细分市场需求总价值占比 . 16 图 43 全球碳纤维细分市场需求总价（单位：百万美元） . 16 图 44 全 球碳纤维细分市场需求总量占比 . 16 图 45 全球碳纤维细分市场需求总量（单位：千吨） . 16 图 46中国碳纤维需求总量（单位：吨） . 17 图 47 重工碳纤维细分市场需求总量占比 . 17 图 48 中国碳纤维细分市场需求总量（单位：吨） . 17 图 49中国 -全球碳纤维需求对比（单位：吨） . 18 图 50中国航空航天碳纤维需求预测（单位：吨） . 18 图 51 中国航空航天市场碳纤维需求份额 . 19 图 52 中国航空航天市场 2019 年碳纤维需求总量（单位：吨） . 19 图 53 美军 F-15E 飞机 . 19 图 54 美军 F-15E 飞机材料构成 . 19 图 55 美军 F-18E 飞机 . 20 图 56 美军 F-18E 飞机材料构成 . 20 图 57 美军 F-22 飞机 . 20 图 58 美军 F-22 飞机材料构成 . 20 图 59 中国鹤 FF-2A 制空战斗机 . 21 图 60 中国 L-15 猎鹰教练机 . 21 图 61 中国鹤 FF-2A 制空战斗机 . 21 图 62 中国 L-15 猎鹰教练机 . 21 图 65 2017-2036 年中国市场新机型需求占比 . 23 图 66 中国未来民用飞机需求机型比例 . 23 行业 深度报告 证券研究报告 请务必仔细阅读本报告最后部分的重要法律声明 图 1民用飞机市场规模预测（单位：亿元） . 25 图 68 美国战略导弹战队 . 25 图 69 美国 大力神 4 火箭 . 25 图 70 卫星太阳能电池板 . 25 图 71 合成孔径雷达卫星天线 . 25 图 72 光威复材营收（单位：亿元） . 26 图 73 光威复材归母净利润（单位：亿元） . 26 图 74 中航高科营收（单位：亿元） . 26 图 75 中航高科归母净利润（单位：亿元） . 26 图 76 中简科技营收（单位：亿元） . 27 图 77 中简科技归母净利润（ 单位：亿元） . 27 表格目录 表 1 东丽碳纤维性能参数 . 13 表 2 东邦碳纤维性能参数 . 14 表 3 三菱碳纤维性能参数 . 14 表 4 台塑碳纤维性能参数 . 14 表 5军用飞机未来 10 年市场需求规模预测 . 22 表 6 军用飞机未来 10 年市场需求规模预测 . 24 行业 深度报告 证券研究报告 请务必仔细阅读本报告最后部分的重要法律声明 1 1 碳纤维 ：复材 “黑色 黄金 ” “黑色 黄金 ”碳纤维 ： 碳纤维是一种含碳量在 90%以上的高强度高模量 纤维材料， 具有最强的 耐高温性能。其主要构成为石墨微晶等有机纤维，具有密度低、质量轻、强 度大、耐高温等特点，因 其操作工艺复杂、生产成本高昂， 是复合材料领域集大成之作， 被誉为“黑色黄金”。 图 2 碳纤维成品 图 3 PAN 原丝 纤维内简单石墨结构 资料来源： 百度 百科 ，首创证券 资料来源： 碳纤维 简史 ，首创证券 碳纤维 是军工发展技术方向。 世界 航空 史的 发展其实就是材料学的发展，一代新 材料的出现及应用 会 对整个行业带 来颠覆性的作 用和效果。 根据新闻 报道，美国第四代 军机 F-22 价值 相当于同等重量的黄金，原因之一是飞机大量采用了高性能碳纤维做机 体结构材料。碳纤维 因 其质量轻、性能强 等 多种因素，非常适合应用于单体价值高、质 量要求低的军工航空航天产业， 在 我国航空 动力 发动机 技术 尚未取得突破的情况下，通 过减轻质量推进超音速巡航性能的发展，有着重大意义。 碳纤维 依据原丝不同、数量不同、强度不同 进行分类 。 碳纤维 分类： 碳纤维依据 原 丝不同 可分为聚丙烯腈基碳纤维（ PAN 原丝） 、 沥青基碳纤维、粘胶基碳纤维三种；依 据 单丝数量 可分为小丝束及大丝束； 依据 强度 可分为 通用级 和高性能级。 图 4 依据原丝不同的碳纤维分类 资料来源： 公开资料整理 ，首创证券 依据原丝不同分类： 聚丙烯腈应用最广。 聚丙烯腈基碳纤维（ PAN 丝）因其丰富 的原料和优越的性能占据了总市场的 90%以上份额，主要原理及工艺后文详述；沥青基 行业 深度报告 证券研究报告 请务必仔细阅读本报告最后部分的重要法律声明 2 虽具备成本低下、含碳量高等优势，但因其产品性能低下而未能大规模发展；粘胶基碳 纤维原料主要为木浆和棉浆，虽然含碳量不足且生产效率低下，但由于其材料皆为天然 产物无需添加剂，适合一些避免信号干扰的产品制作。 图 5 沥青基制作工艺 图 6 粘胶基制作工艺 资料来源： 沥青基碳纤维工艺流程 ，首创证券 资料来源： 复合催化剂种有机硅组分在粘胶基碳纤维制备中 的作用 ，首创证券 依据丝束大小分类：大丝束性价比高，小丝束用于高精尖。 丝束指的是由几万根 到百万根单丝汇成一束，用来切断成短纤维，或经牵切而制成条子 (top)，后者又称做牵 切纤维。主要通过上浆剂处理将单丝束成一束，有利于增强碳纤维浸润性、减少加工滚 轴对纤维的伤害。 K 代 表单丝数量 （ 1K 是 1000 根单丝） ，一般将少于 24K 成为小丝束、 大于 48K 成为大丝束。 小丝束在工艺控制上要求更高，通常用于高精尖产品；大丝束成 本低性价比高、广泛用于一般民用领域。 图 7 依据丝束大小分类的碳纤维 资料来源： 碳纤维及石墨纤维 ，首创证券 美日垄断大小丝束市场，小丝束出口管制严格。 由下图可知，美日企业垄断了全 球大丝束市场的 90%，小丝束市场的 99%，具备碳纤维市场的行业标准制定权和定价权。 由于小丝束生产工艺要求更高，该类宇航级产品一直以来 都受到严格的出口管制，我国 在小丝束生产方面发展缓慢，目前已成为军用飞机及航天器突破的关键掣肘。 行业 深度报告 证券研究报告 请务必仔细阅读本报告最后部分的重要法律声明 3 图 8 全球大丝束市场份额 图 9 全球小丝束市场份额 资料来源： 中国化学纤维协会 ，首创证券 资料来源： 中国化学纤维协会 ，首创证券 依据强度不同的碳纤维分类 :分通用级和高性能级。 行业中将抗拉强度小于 1400Mpa、抗压模量小于 140Gpa 的碳纤维分为通用级，将抗拉强度大于 2000Mpa、抗 压模量小于 250Gpa 的 分 为高性能级。以行业龙头日本东丽公司为例，其 1970年推出的 T300型号碳纤维属于通用级，而后续研发的 T700、 T1000 等属于高性能的碳纤维产品。 我国目前仅能研发 T300 同级别的碳纤维产品，近两年有少数企业突破了 T700 技术封 锁，但距离国际领先水平还有显著的差距。 2 碳纤维 产业链： 原丝是 产业链 核心 ， 树脂基 复材垄断市场 碳纤维产业链由上游原材料供应、中游原丝 /碳纤维 /复合材料生产、到下游应用 市场三部分组成。核心环节为中游的原丝 -碳纤维 -织物 -预浸料 -复合材料等步骤，占据 全产业 链成本的超 60%，利润的超 90%。 中国碳纤维产业的发展主要受制于原丝的供应及高温炭化炉设备的制造。 PAN 原 丝是制造碳纤维的原材料，其性能在很大程度上决定了碳纤维的性能。而我国高级原丝 很大程度上只能依赖进口，在纺丝原液、喷丝组件等制备工艺上实力尚不足，限制了我 国碳纤维产业的发展。 Hexcel（美） 58% SGL（美） 31% 三菱（日） 9% 东丽（日） 1% 蓝星（中） 1% 东丽（日） 26% 东邦（日） 13% 三菱（日） 10% 台塑（中国 台湾） 8% Hexcel（美） 7% Cytec（美） 6% AKSA（土耳 其，美资 助） 4% 其他 26% 行业 深度报告 证券研究报告 请务必仔细阅读本报告最后部分的重要法律声明 4 图 10 碳纤维产业链 全景图 资料来源： 中国 知网 ，首创证券 2.1 碳纤维 产业上游：原油制品，附加值 较 低 上游：从“原油”到“丙烯腈”，两桶油系统占主导： 碳纤维主要分为粘胶基、沥 青基和聚丙烯腈（ PAN）基 三大种类，其中聚丙烯腈综合性能最好、应用最广，是全 球主 流碳纤维产品，占全球总产能的 90%以上，本文主要介绍以聚丙烯腈为主的碳纤维产业 链。其中 国内丙烯腈 和聚丙烯腈 产能主要集中于两桶油体系， 具体产能见下图 ， 2020 年 10 月 30 日国内丙烯腈报价为 9900元 /吨 ， 相较于全产业链，上游环节附加值 偏低 。 图 11 2019 国内 丙烯腈产能 （单位 ：万吨 ） 资料来源： 中国 知网 ，首创证券 9.2 45.2 8 8 21 13 52 26 3.5 13 0 10 20 30 40 50 60 抚顺石化 吉林石化 大庆石化 大庆炼化 安庆石化 科鲁尔化学 赛科石化 斯尔邦 兰州石化 山东海力 行业 深度报告 证券研究报告 请务必仔细阅读本报告最后部分的重要法律声明 5 2.2 碳纤维 产业链 中游：产业链关键构成，核心设备成突破重点 2.2.1 原丝：碳纤维 性能决定性因素、国内产能 受制关键 中国碳纤维产业的发展主要受制于原丝的供应。 PAN 原丝是制造碳纤维的原材料， 其性能在很大程度上决定了碳纤维的性能。而全球原丝供应主要集中在日本及美国，且 对我国有着严格的技术封锁与进口禁运政策，导致我国原丝品质相较国际水平还有很大 的提升空间，一定程度上限制了碳纤维行业的爆发式增长。 原丝制作 流程 ： 原丝以 丙烯腈为原料， 通过 聚合打开 C=C 双 键， 同时加入 提升 稳 定性的共聚单体 有机 材料，共同形式纺丝原液； 再 通过 喷组设备口向外喷出，经 凝固浴 形成原始纤维，然后通过牵伸形成高 质量 高密度的 PAN 原丝。 图 12 原丝制作 流程 资料来源： 中国 知网 ，首创证券 纺丝原液 制作 ：聚合工艺控制分子结构，纺丝工艺影响分子排列。 PAN 原丝性能 主要受分子结构及排列影响，关键在于聚合工艺的设计及纺丝工艺的方法。常见的聚合 工艺路线有连续聚合法及间歇聚合法，我国企业主要采用间歇法，具备流程短、质量可 靠等优点。 图 13 纺丝原液 生成 行业 深度报告 证券研究报告 请务必仔细阅读本报告最后部分的重要法律声明 6 资料来源： 中国 知网 ，首创证券 PAN 原丝制作： 由 纺丝原液经过纺丝工艺得到， 主要过程 为 原 液从喷口喷出，进 入凝固浴后凝固成初始纤维，再经过牵伸 对 纤维中的大分子链排列规整，来获得高性能 高密度的碳纤维。 纺丝工艺主要有熔融法、干法、 干喷湿 纺、和 湿喷湿 纺几种。 图 14 四种纺丝工艺 资料来源： 中国 知网 ，首创证券 干纺 ： 该 方法将纺丝原液 从 喷头喷出后，直接进入充满热空气的纺丝甬道，溶剂在 甬道中 快速 挥发， 剩余 的原液固化后再经过定型干燥就得到 PAN 原丝纤维。该方法获 得的纤维 质量 及染色度、耐化学性较好，但工艺技术难度大、生产能力较低 通用性 不强。 湿喷湿纺 ： 该 方法将纺丝 原液 从 喷头 喷出 后 ， 直接 进入凝固浴形成纤维，再 将 纤维 进行卷装干燥等处理后生成原丝。该 方法 速度较低，生产成本较高，但其表面 形成 的分 子结构更利于与 树脂 等结合，后续加工成 复合材料 。 图 15 干纺制作 过程 图 16 湿喷湿纺 制作过程 资料来源： 互动 百科 ，首创证券 资料来源： 互动百科 ，首创证券 干喷湿纺 ： 该 方法将纺丝 原液 从 喷头 喷出 后 ，先经过空气层再进入凝固浴，由于 原 液 喷出后通过空气层形成的纤维能在空气层中经受 喷丝头拉伸 且变形 不大，可以进行高 行业 深度报告 证券研究报告 请务必仔细阅读本报告最后部分的重要法律声明 7 倍数的牵伸拉伸 。 图 17 干喷湿纺制作 过程 图 18 PAN 原丝理论结构图 资料来源： 公开资料 整理 ，首创证券 资料来源： 维基百科 ，首创证券 2.2.2 碳纤维：制作 工艺复杂，具备高技术壁垒、高成本、精确操作等特点 生产 工艺多样，高温炭化炉是核心设备。 从 原丝 到碳纤维需经过一系列不同温度 及气体的热反应，将 PAN 原丝进行预氧化 碳化 石墨化 表面处理上浆等步骤生成碳 纤维。 该 环节的主 要难点在 于 生产 工艺稳定性和 生产 效率的提升上。 我国 目前高性能 PAN 原丝只能依赖进口，高昂的价格增加了生产成本； 同时 生产各个环节需要多种 制备 工艺 和设备的参与， 设备 维护折旧 和 高精度人工配合都需要极大的成本；另，据统计我国碳 纤维产能效率低， 平均 不足 30%，主要原因是 开工 不足及 国际 价格战压制导致 ， 我国碳 纤维市场供不应求，未来多方提升潜力巨大。 图 19 碳纤维 制作流程图 资料来源： 中国知网 ，首创证券 预氧化 ： 高质量 碳纤维成品前提，我国在核心设备热风循环系统与国外有 显著差 距。 在 200-400温度 内，对原丝进行温和氧化， 在 原丝结构上形成大量环装结构，增加 耐高温性能 。预氧化环节 一般为全流程制作中最耗时环节，其生成的材质结构 会 影响最 终 碳纤维 成品的各项性能，是制作高质量碳纤维成品的前提。一般预氧化时间较短，外 表皮层结构较薄；反之则较厚耐高温。 整个 预氧化过程及设备最核心 部件 为预氧化炉中 热风循环系统， 如何 保证合适的温度及风度 的 同时缩短预氧化时间是 未来产业 主要发展 方向之一，我国目前暂无相关企业能与 美日 对标。 行业 深度报告 证券研究报告 请务必仔细阅读本报告最后部分的重要法律声明 8 图 20 预氧化 过程分子结构 图 21 预氧化纤维 指标 资料来源： 公开资料 整理 ，首创证券 资料来源： 互动百科 ，首创证券 碳化 /石墨化 ： 碳化 是 在 400-1500温度 内，在氮气保护 下 将预氧化纤维脱除非碳元 素，经过交联反应 释放小分子气体 氮原子脱落 ， 最终形成具备完整石墨结构的碳纤 维，含碳量超 90%，失重超 50%。 石墨化 是在 超 2000 度 的高温环境中，仅用几秒钟将 牵伸石墨网面结构规整化，纤维含碳量超 99.9%。 图 22 碳化 +石墨化过程图 资料来源： 中国知网 ，首创证券 生成 碳纤维： 石墨 化纤维经过表面 氧化 处理和上浆 处理 ，形成标准品。 表面 氧化 处理是为了后期制作 复合材料 时能更好的与树脂等有机物结合，将表面的惰性碳原子增 加适当活性。氧化方法繁多，目前主流工业应用法为电化学氧化法。 行业 深度报告 证券研究报告 请务必仔细阅读本报告最后部分的重要法律声明 9 图 23 表面氧化 处理 方法 资料来源： 中国知网 ，首创证券 碳纤维上浆：增加浸润性、乳液型应用最广。 给 碳纤维进行上浆处理是为了增加 其 与 树脂的浸润性、降低复合材料的孔隙率。上浆 剂 为覆盖在纤维表面的超 薄 树脂层， 主要功能为 束缚单丝成束、保护 纤维不被编织滚轴摩擦断裂等。目前 上浆剂 主要分为三 类，最常见的为乳液型上浆剂 ，成分 为各种树脂 ， 该上浆剂表面张力小、浸润性好，得 到了广泛的应用。另 两种 为 溶液 型上浆剂和水溶性上浆剂 ， 分别具有对人体危害较大、 稳定性差等明显缺点。 2.2.3 碳纤 针织物： 减少后续 损伤、提升纤维强度 碳纤维织物是预浸料前置必备环节。 在制作预浸料之前，先将以生成的碳纤维在 设计好的结构中提前赋型，以减少后续生产中对纤维的损伤，提高在厚度方向上的强 度。常见的编织方式有梭织物、编织物、针织物等。 图 24 碳纤维 编织物类型 资料来源： 中国化学 纤维协会 ，首创证券 行业 深度报告 证券研究报告 请务必仔细阅读本报告最后部分的重要法律声明 10 预浸料：复合材料的前置工艺，中航 高科主营业务。 预浸料制作 方法为将碳纤维 在严控条件下与树脂等多种有机物进行浸 胶 、挤胶、烘干、垫 膜 、压实 等 步骤形成， 作 为复合 材料成型的必经工艺路线，预浸料的水准决定了复合材料的基础品质。 浸胶 的基 体主要有聚酯树脂、环氧树脂、热可塑树脂等， 因 树脂类型的不同、生产工艺也有细分 区别 ， 主要方法为溶液法和热熔法，后者应用更加 广泛 。 图 25 预浸料 生产过程 资料来源： 产业 信息网 ，首创证券 2.2.4 复合材料：树脂基 占比最多， 对 上游依赖性高议价能力弱 复合材料： 依 材料分 四大类 ， 树脂基 占比最多。 根据 基体材料的不同，碳纤维复合 材料可分为树脂、陶瓷、金属、橡胶为基体的四类，其性能各异，但依据实际需求， 我 国 树脂基碳纤维复合材料市场份额占比近 85%， 处于 绝对垄断地位；同时，由于我国原 丝产量较小品质较低，导致复合材料生产对上游依赖性很强，中游产业议价能力较弱， 该环节产品附加值不 高 。 军工 复合材料 一般 在中航复材中心进行生产制造， 成品 后交付 航空航天各 大主机厂及总装厂进行产品定型制作， 广泛 用于各类军用飞机及航天器材。 图 26 预浸料 生产过程 行业 深度报告 证券研究报告 请务必仔细阅读本报告最后部分的重要法律声明 11 资料来源： 头豹研究院 ，首创证券 三种复合材料 成型方式 。 依据 复合材料的成型工艺，可根据模具的不同将成型方 法分为开模成型、对模成型和其他成型三种 ， 需依据不同产品尺寸、形状、产量等因素 决定成 模 方法，相应成本区别也较大。 图 27 复合 材料成型方法 资料来源： PAN 基碳纤维的生产与应用 ，首创证券 手糊 成型 是 最早最基础 的成型方法，不需要特殊装备，成品自由度高，但 人工 效率 低下；喷射成型是手糊法的改进（ 改 用喷枪） ， 仍旧 仅限于低性能要求的非军用领域。 图 28 手糊 成型工艺 图 29 喷射 成型工艺 资料来源： 公开资料 整理 ，首创证券 资料来源： 互动百科 ，首创证券 缠绕成型 工艺多用于管材、圆筒状产品 ，民用与钓鱼竿、高尔夫旗杆等；军用如飞 机多边形零部件 等 。 热压罐 适用于航空复杂结构材料制造 ，如飞机舱门、雷达罩、支架、 机翼等部件。 行业 深度报告 证券研究报告 请务必仔细阅读本报告最后部分的重要法律声明 12 图 30 缠绕 成型工艺 图 31 热压罐 成型工艺 资料来源： 公开资料 整理 ，首创证券 资料来源： 互动百科 ，首创证券 挤压 成型及拉挤成型 通过 连续赋 形 ，通过模具以微波加热等手段实现固化塑性的 目的， 主要用于飞机主翼、垂直和水平尾翼 、 舱内二层 地板 等 。 图 32 板材 层压成型工艺 图 33 连续 拉挤成型工艺 资料来源： 公开资 料 整理 ，首创证券 资料来源： 互动百科 ，首创证券 树脂 传递成型 工艺 成本低、精度高、质量好， 适用于体积大 、 结构复杂且强度高的 材料 成型 ，用于飞机次成立结构件、汽车组件等； 注塑成型 适合大规模生产、承受力要 求较低的产品， 如汽车前端 板 等。 图 34 树脂传递 成型工艺 图 35 注塑 成型工艺 资料来源： 公开资料 整理 ，首创证券 资料来源： 互动百科 ，首创证券 行业 深度报告 证券研究报告 请务必仔细阅读本报告最后部分的重要法律声明 13 3 碳纤维 市场供应：美日垄断原丝供应，国内企业 加速 追赶 全 球碳纤维市场 供应由美日企业处于绝对垄断地位。 知名 的 日本东丽公司 、 美国 SGL、 Hexcel 等 公司 提供 了全球超 90%的 供给 总量，拥有 行业 顶尖技术及产品定价权； 中国 台湾的台塑公司在小丝束市场占据了 8%的市场份额 。 图 36 全球主要碳纤维 生产企业供应 量（单位 ：千吨 ） 图 37 碳纤维主要 生产地区 资料来源： 2019 全球碳纤维市场研究报告 ，首创证券 资料来源： 2019 全球碳纤维市场研究报告 ，首创证券 “行业 标杆”日本东丽： 日本东丽公司是全球最大小丝束碳纤维生产企业，约占全 球市场份额的 26%；其产品已经成为全球碳纤维生产厂商对标规格，共有两款产品：高 强度“ T”系列及高模量“ M”系列。 图 38 东丽工业财务摘要（单位：亿人民币） 图 39 东丽公司碳纤维产品命名标准 资料来源： Wind，首创证券 资料来源： 碳纤维研习社 ，首创证券 表 1 东丽碳纤维性能参数 型号 T300 T300J T400H T600S T700G T700S T800H T800S T1000G 强度（ Mpa) 3530 4210 4410 4140 4900 4900 5490 5880 6370 模量（ Gpa) 230 230 250 230 240 230 294 294 294 伸长率（ %） 1.5 1.8 1.8 1.8 2 2.1 1.9 2 2.2 密度（ g/ 3） 1.76 1.78 1.8 1.79 1.8 1.8 1.81 1.8 1.8 直径（ m） 7 7 7 7 7 7 5 7 5 丝束（ K） 1-12 3-12 3-6 12-48 12-24 6-24 6-12 24 12 上浆剂 40A 40B 40B 50C 40A 40B 20C 50C 31E 50C 40A 40B 10E 40D 29 15 14.3 12.6 10.2 8.8 7.6 5 5.4 5 20 0 5 10 15 20 25 30 35 日本东丽 德国 SGL 日本三菱 日本东邦 美国 Hexcel 台湾台塑 比利时 Solvay 运行产能 扩产计划 并购计划 24.0% 19.0% 17.0% 6.0% 5.0% 5.0% 3.0% 21.0% 美国 日本 中国大陆 中国台湾 韩国 法国 德国 其他 1,211 1,252 1,302 1,454 1,452 52 70 73 61 58 0.00 200.00 400.00 600.00 800.00 1,000.00 1,200.00 1,400.00 1,600.00 2015 2016 2017 2018 2019 营业收入 归母净利润 行业 深度报告 证券研究报告 请务必仔细阅读本报告最后部分的重要法律声明 14 捻状 加捻 无捻 加捻 无捻 无捻 无捻 无捻 无捻 解捻 热膨胀系数 （ 10(-6)/） -0.4 -0.4 -0.5 -0.4 -0.6 -0.6 比热容 （ Cal/g） 0.19 0.18 0.18 0.18 0.18 0.18 热导率（ Cal/ s） 0.03 0.02 0.03 0.02 0.08 0.08 电阻（） 1.7 10(-3) 1.5 10(-3) 1.610(-3) 1.610(-3) 1.410(-3) 1.410(-3) 含碳量 93% 94% 94% 93% 96% 95% 纳钾含量 50 ppm 50 ppm 50 ppm 50 ppm 50 ppm 50 ppm 资料来源： 碳纤维研习社 ，首创证券 日本东邦： 隶属于帝人集团，是日本三大碳纤维生产厂商之一，其小丝 束约占全球 市场份额的 13%；东邦碳纤维型号主要为高强度型，其主打产品 HTA40对标东丽 T300- T400。 表 2 东邦碳纤维性能参数 品名 强度（ Mpa) 模量（ Gpa) 伸长率（ %） 密度（ g/ 3）直径（ m） HTA40 3800 238 1.6 1.78 7 丝束 1K 资料来源： 百度百科 ，首创证券 日本三菱： 三菱人造丝也叫三菱丽阳，隶属于三菱化学集团，是日本第二大碳纤维 生产企业，其小丝束碳纤维占全球市场份额的 10%，大丝束占全球市场份额的 9%。三 菱产品分为三大系列：高强度、中模高强和高模量。其代表产品 TR30 对标东丽 T300- T400。 表 3 三菱碳纤维性能参数 品名 强度（ Mpa) 模量（ Gpa) 伸长率（ %） 密度（ g/ 3） 直径（ m） TR30S 4120 234 1.8 1.79 7 丝束 3K 资料来源： 百度百科 ，首创证券 台湾台塑： 台湾台塑工业集团生产的台丽牌碳纤维约占全球小丝束市场的 8%，其 产品类型为高强度系列，其 TC33 产品对标东丽 T300。 表 4 台塑碳纤维性能参数 品名 强度（ Mpa) 模量（ Gpa) 伸长率（ %） 密度（ g/ 3） 直径（ m） TC33 3450 230 1.5 1.8 7 丝束 1.5K 3K 6K 资料来源： 百度百科 ，首创证券 行业 深度报告 证券研究报告 请务必仔细阅读本报告最后部分的重要法律声明 15 中国 碳纤维产能： 80%需要进口 ，总体市场供不应求。 2019 年 我国 理论 碳纤维运营 产能为 26650 吨 ，但实际 由于 开工不足、 损耗率 较高、计量方式有区别等因素 ， 我国平 均实际开工率不足 30%， 实际 产能不足 8000 吨 ，国内总市场 80%需要依靠进口。 目前 我国销量 /产能 比为 45%，处于逐年增长的态势，但离国外通常的 65%-85%还有一定差 距。增大产销比能有效促进企业现金流良好运转，给予企业更大的定价空间及研发投入。 图 40 中国 原丝理论产能 （单位 ：吨 ） 图 41 中国碳纤维 理论产能 （单位 ：吨 ） 资料来源： 2019 全球碳纤维市场研究报告 ，首创证券 资料来源： 2019 全球碳纤维市场研究报告 ，首创证券 4 碳纤维市场需求 ：中国增长 成 主力，航空航天望腾飞 4.1 全球需求 大幅增加，中国市场 供不应 求 全球碳纤维需求：核心技术突破迎爆发式增长，未来十年预计超 40 万吨。 碳纤维 市场核心技术被突破后，随着材料应用进一步推广，全球产能及需求急剧增加， 2019 年 首次超 10 万 吨。未来随着生产工艺的进一步提升及核心技术的不断突破，以及航空航 天等高端领域和风电汽车等民用社会经济领域的不断高质量发展，碳纤维需求市场有望 加速发展，预计到 2030 年将达 40 万吨总需求量。 图 42 全球碳纤维需求总量 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000 精功科技 中复神鹰 江苏恒神 光威复材 兰州蓝星 中简科技 太钢钢科 中油吉化 6500 5500 4000 3400 1800 1250 1200 600 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 104 117 133 150 169 191 216 247 283 323 369 422 50 100 150 200 250 300 350 400 450 2019 2020E 2021E 2022E 2023E 2024E 2025E 2026E 2027E 2028E 2029E 2030E 行业 深度报告 证券研究报告 请务必仔细阅读本报告最后部分的重要法律声明 16 资料来源： PAN 基碳纤维的生产与应用 ， 首创证券 碳纤维下游市场需求：航空航天总需求最大。 风电叶片需求吨数占比最大，约 26%， 但其采用低性能高性价比类碳纤维，总价值不大仅占 12.5%；其次为航空航天市场， 2019 年总需求吨数占总额的 23%，且该领域多采用高性能宇航级的碳纤维制品，总价值占全 市场近半数，未来随着太空时代的到来，该领域将继续引领全市场蓬勃发展。 图 43 全球碳纤维细分市场需求总价值占比 图 44 全球碳纤维细分市场需求总价（单位：百万美元） 资料来源： 2019 全球碳纤维市场研究报告 ，首创证券 资料来源： 2019 全球碳纤维市场研究报告 ，首创证券 图 45 全球碳纤维细分市场需求总量占比 图 46 全球碳纤维细分市场需求总量（单位：千吨） 资料来源： 2019 全球碳纤维市场研究报告 ，首创证券 资料来源： 2019 全球碳纤维市场研究报告 ，首创证券 中国碳纤维市场：增速引领全球，国产逐步替代进口。 2019 年中国碳纤维总需 求 量 37840 吨，同比增长 22%，远超全球平均水平（ 12%左右），市场整体呈现快速向上， 供不应求的局面。其中进口碳纤维 25840 吨，占总需求 68%，同比增长 17.5%；国产碳 纤维 12000 吨，占总需求 31.7%，同比增长 33%，国产化替代呈现加速扩张趋势。未来 随着核心技术的突破及关键设备的自产，我们有信心期待国产碳纤维迎来爆发式增长， 对标国际先进水平。 航空航天 49% 风电叶片 12% 体育休闲 12% 汽车结构 7% 混配模 6% 压力容器 5% 建筑补强 3% 碳碳复材 2% 电子电气 1% 船舶海洋 1% 电缆芯 1% 其他 1% 1410 357 345 212 157 148 78 50 32 25 25 30 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 航空航天 22% 风电叶片 25% 体育休闲 14% 汽车结构 12% 混配模 8% 压力容器 7% 建筑补强 4% 碳碳复材 3% 电子电气 1% 船舶海洋 1% 电缆芯 1% 其他 2% 23.5 25.5 15 11.8 8.7 7.4 3.9 2.8 1.4 1.1 1.1 1.5 0 5 10 15 20 25 30 行业 深度报告 证券研究报告 请务必仔细阅读本报告最后部分的重要法律声明 17 图 47 中国 碳纤维需求总量（单位：吨） 资料来源： 2019 全球碳纤维市场研究报告 ，首创证券 中国碳 纤维需求细分市场：以高性价比、低性能碳纤维为主。 由于我国进口宇航 级高性能小束丝碳纤维受到国际严格出口管制， 2019 年我国碳纤维下游应用市场需求 也主要以耗材量高的风电叶片、性能要求低的体育用品为主，