20240105_国海证券_碳纤维行业深度报告：底部渐现航空航天和机器人有望成需求热点_70页.pdf

碳 纤 维 行 业 深 度 报 告 之 三：底 部 渐 现，航 空 航 天 和 机 器 人 有 望 成 需 求 热 点评级：推荐(维持)证券研究报告2024年1月5日基础化工李永磊(证券分析师)董伯骏(证券分析师)陈雨(联系人)S0350521080004 S0350521080009 S 请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明2沪深300表现表现 1M 3M 12M基础化工-1.8%-4.5%-16.2%沪深300-3.3%-9.3%-14.0%最近一年走势相关报告新材料产业周报：五部委推动全国算力网构建，深蓝航天开发可回收火箭（推荐）*基础化工*李永磊，董伯骏2024-01-02新材料产业周报：前十晶圆代工厂Q3产值环增7.9%，华为拟部署超10万全液冷超充充电桩（推荐）*基础化工*李永磊，董伯骏2023-12-12碳纤维行业动态研究：吉林化纤上调碳纤维价格，碳纤维有望探底回升（推荐）*基础化工*李永磊，董伯骏2023-11-22-20%-13%-7%-1%5%11%2023/01/04 2023/05/04 2023/09/04 2024/01/04基础化工 沪深300XVAZxOtOnOnMqOoNtOrOpO6McMaQoMrRpNtPlOrRoPjMrRyQ8OoOwONZtQrPvPmNqR请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明3核心观点：碳纤维行业发展进入新阶段u 国内大丝束和中低端小丝束碳纤维面临亏损压力，碳纤维价格逐步见底根据百川盈孚，截至2023年12月底国内大丝束碳纤维不含税市场均价为6.6万元/吨，小丝束T300(12K)、T300(24/25K)、T700(12K)分别为7.5、6.8、12.8万元/吨。根据我们测算，大丝束碳纤维单吨营业成本约为7.4万元/吨（现金成本约为6.4万元/吨），小丝束碳纤维单吨营业成本约为9.0万元/吨（现金成本约为8.0万元/吨）。目前市场价格下，大丝束和低端小丝束碳纤维面临亏损压力，碳纤维价格逐步探底。此外，根据百川盈孚，截至2023年12月底，T300(12K)、T300(24/25K)原丝不含税价分别为3.4、3.2万元/吨，目前尚有相对可观的盈利空间。u 航空航天、机器人等新应用有望带来碳纤维需求新增量根据赛奥碳纤维，2022年全球碳纤维需求量13.5万吨，其中中国7.44万吨（2021年分别为11.8/6.24万吨），预计2025年国内碳纤维需求总量将达到13.2万吨，2021-2025年CAGR达到20.6%。2022年国内碳纤维下游应用主要包括风电叶片(23.5%)、体育休闲(30.9%)、航空航天军工(10.5%)、碳碳复材(9.1%)、压力容器(8.1%)等领域，其中2022年航空航天军工需求量同比增长290%，呈现出快速增长的态势。随着国内高品质碳纤维不断突破和放量，以及下游军工、卫星互联网、AI等领域不断发展，卫星、火箭、机器人等有望成为碳纤维新的需求增量。u 碳纤维发展进入新阶段，充分洗牌下龙头企业有望受益在碳纤维库存累积、价格下行的情况下，碳纤维产品盈利能力和企业经营均面对挑战，大规模扩产有望放缓，龙头企业依靠规模、成本、技术、资金等优势有望进一步聚拢资源。光威复材为碳纤维全产业链布局，内蒙古项目一期4000吨即将投产；中复神鹰为民用小丝束碳纤维龙头，现有产能2.85万吨，在建3万吨，成本和规模优势显著；吉林碳谷为碳纤维原丝龙头，2023年在手订单10万吨，2023H1实现销售近4万吨；吉林化纤集团为国内大丝束碳纤维龙头，现有产能约5万吨，十四五目标10万吨。u 行业关注标的(1)基本实现与东丽对标的民用高性能碳纤维领导者：中复神鹰；(2)碳纤维全产业龙头：光威复材；(3)碳纤维原丝龙头：吉林碳谷；(4)粘胶长丝龙头，依托集团力量快速扩张碳纤维产能：吉林化纤；(5)建设国内首套万吨级48K大丝束碳纤维国产化装置：上海石化；(6)军用碳纤维龙头：中简科技；(7)碳纤维-预浸料-复材一体化发展，军民碳纤维均覆盖：恒神股份；(8)碳纤维碳化设备龙头：精工科技。此外，碳纤维复合材料生产企业有望受益于碳纤维价格下行，建议关注金博股份、天宜上佳等。考虑到碳纤维行业价格逐步探底，且下游需求长期仍然具有较好的增长空间，应用场景仍有望进一步拓展，维持碳纤维行业“推荐”评级。u 风险提示：碳纤维价格大幅波动，碳纤维产能扩张不及预期，碳纤维应用推广不及预期，风电、航空航天、碳碳热场等下游需求增长不及预期，原材料价格大幅波动，国际局势动荡，行业政策大幅变动，重点关注公司项目推进及业绩不及预期，碳纤维国产替代进程的不确定性等。请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明4碳纤维价差明显下降，目前已低于2019年水平图表：碳纤维市场均价及价差走势（单位：元/吨）资料来源：Wind，百川盈孚，郑州商品交易所，中复神鹰招股说明书，北京建筑节能研究发展中心，郑锅股份官网，国海证券研究所（注：此处价差考虑丙烯腈及能耗影响）请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明5图表：碳纤维进口单价走势（截至2023.11）资料来源：Wind，海关总署，国海证券研究所碳纤维价格呈下行态势，进口则相对稳定图表：不同规格碳纤维价格走势资料来源：百川盈孚，国海证券研究所 不同规格碳纤维价格均呈下跌态势，碳纤维在T700及以下级别的中低端市场展开比较激烈的价格战。进口碳纤维价格则保持了相对稳定，未出现明显下滑反而呈波动向上的走势，推测可能由于国内碳纤维企业陆续扩产，国内中低端碳纤维供应由紧缺到逐步满足需求，预计进口碳纤维以中高端产品为主，价格保持坚挺。请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明6图表：中复神鹰碳纤维成本拆分资料来源：中复神鹰招股说明书及公司公告，Wind，国海证券研究所（注：表中价格为不含税价）碳纤维成本拆分-中复神鹰（小丝束碳纤维）2018 2019 2020 2021 2022产能，吨 3500 3500 3500 14500 14500 产量，吨 2980 3342 3777 6333 10640 销量，吨 2735 3422 3761 6141 9374 直接材料（万元）9747 10138 8434 21550 28459 直接人工（万元）3826 4682 3995 10508 18216 制造费用（万元）13310 15791 17236 36032 55937 其中：折旧3783 4094 4098 8174 15441 运输费（万元）-326 371 666 吨直接材料（万元/吨）3.27 3.03 2.23 3.40 2.67 吨直接人工（万元/吨）1.28 1.40 1.06 1.66 1.71 吨制造费用（万元/吨）4.47 4.73 4.56 5.69 5.26 其中：吨折旧（万元/吨）1.27 1.23 1.08 1.29 1.45 吨运输费（万元/吨）-0.09 0.06 0.06 吨营业成本（万元/吨）9.02 9.16 7.94 10.81 9.71 吨现金成本（万元/吨）7.75 7.93 6.86 9.52 8.26 营业收入（万元）30319 41110 52751 116322 198029 单吨售价（万元/吨）11.09 12.01 14.03 18.94 21.12 毛利（万元）3436 10499 22760 47862 94750 吨毛利（万元/吨）1.26 3.07 6.05 7.79 10.11 请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明7图表：吉林碳谷碳纤维原丝成本拆分资料来源：吉林碳谷招股说明书及公司公告，Wind，国海证券研究所（注：由于公司未披露2021年全年数据，故表中2021为2021H1数据；表中价格为不含税价）碳纤维成本拆分-吉林碳谷（碳纤维原丝）2018 2019 2020 2021H1 2022产能，吨10600 14650 24500 17650 50000 产量，吨8233 11896 22953 16558 50000 销量，吨7960 11558 21681 13774 50000 直接材料（万元）18270 21619 29939 19438 直接人工（万元）415 813 1309 1132 制造费用（万元）3530 5414 7203 4424 其中：折旧（万元）3485 3531 5702 3816 10731 吨直接材料（万元/吨）2.22 1.82 1.30 1.17 吨直接人工（万元/吨）0.05 0.07 0.06 0.07 吨制造费用（万元/吨）0.43 0.46 0.31 0.27 其中：吨折旧（万元/吨）0.42 0.30 0.25 0.23 0.21 吨营业成本（万元/吨）2.70 2.34 1.68 1.51 1.89 吨现金成本（万元/吨）2.28 2.04 1.43 1.28 1.67 营业收入（万元）16803 29817 58203 41603 157220 单吨售价（万元/吨）2.11 2.58 2.68 3.02 3.14 毛利（万元）-669 3288 20594 18847 62916 吨毛利（万元/吨）-0.08 0.28 0.95 1.37 1.26 请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明8图表：吉林国兴6万吨碳纤维项目成本拆分（原丝对外采购）资料来源：吉林国兴环评报告，吉林碳谷招股说明书，Wind，国海证券研究所（注：表中价格为不含税价）碳纤维成本拆分-吉林化纤国兴（大丝束碳纤维）吉林化纤-国兴60000吨碳纤维项目-外采原丝（总投资630553.73万元）1、直接材料 2、直接人工 3、制造费用 蒸汽 碳纤维原丝 项目定员（人）1161 3.1能源 数量（万立方米）86 数量（吨）120000 人均人工支出（万元/人）10 新鲜水 金额（万元）12862 金额（万元）300000 直接人工（万元）11610 数量（万立方米）482 单价（元/立方米）150.26 单价（元/吨）25000 吨直接人工（万元/吨）0.19 金额（万元）386 天然气 树脂浆料（环氧树脂）单价（元/吨）0.80 数量（万立方米）6905 数量（吨）1440 循环水 金额（万元）23206 金额（万元）2304 数量（万立方米）11988 单价（元/立方米）3.36 单价（元/吨）16000 金额（万元）2034 能源合计（万元）38864 碳酸氢铵 单价（元/立方米）0.17 吨能耗（万元/吨）0.65数量（吨）1053 脱盐水 3.2折旧金额（万元）105 数量（万立方米）161 项目总投资（万元）630553.73单价（元/吨）1000 金额（万元）365 折旧（万元/年）63055 直接材料（万元）302409 单价（元/立方米）2.27 吨折旧（万元/吨/年）1.05吨直接材料（万元/吨）5.04 电 制造费用（万元）131919 数量（万度）17 吨制造费用（万元/吨）2.20金额（万元）11 单价（元/度）0.65 成本由以上直接材料、直接人工、制造费用三项构成：吨营业成本（万元/吨）7.43吨现金成本（万元/吨）6.38请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明9低端小丝束碳纤维和大丝束碳纤维面临亏损压力 通过对碳纤维及原丝的成本拆分，可大致判断目前碳纤维市场价格下的盈利情况：1、对于小丝束碳纤维，大部分企业为原丝+碳丝一体化发展：根据百川盈孚，截至2023年12月底小丝束碳纤维T300(12K)、T700(12K)不含税价分别为7.5万元/吨和12.8万元/吨。根据中复神鹰碳纤维成本拆分，小丝束碳纤维单吨营业成本约为9万元/吨，单吨现金成本约为8万元/吨。考虑到作为行业龙头，中复神鹰具有一定规模与成本优势，因此我们可以判断，较低端的T300小丝束碳纤维或面临亏损压力，中高端的T700碳纤维仍有一定毛利空间但毛利率下降。2、对于大丝束碳纤维，则需要从原丝生产和碳丝生产两个环节来看：a)原丝：根据百川盈孚，截至2023年12月底T300(24/25K)、T300(12K)碳纤维原丝不含税价分别为3.19万元/吨和3.36万元/吨。48K原丝由于成本低，预计将低于上述价格。根据对吉林碳谷原丝的成本拆分，碳纤维原丝的单吨营业成本为2万元/吨，单吨现金成本约为1.7万元/吨，因此原丝环节或仍具备较好的盈利空间。b)碳丝：根据百川盈孚，截至2023年12月底国内大丝束碳纤维不含税市场均价为6.59万元/吨，T300(48/50K)为6.37万元/吨。以吉林国兴6万吨碳纤维项目为例，根据我们测算，其单吨营业成本约为7.4万元/吨，单吨现金成本约为6.4万元/吨，因此，若对外采购原丝进行大丝束碳纤维生产，大概率已处于亏损状态。请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明10图表：碳纤维相关企业产能及经营情况一览，于2023年12月统计（营收单位：亿元）资料来源：Wind，各公司公告，环评报告，中国石化新闻网，上海证券报，绍兴政府网站，腾讯网，吉林化纤集团官网，宝武碳业招股说明书，国海证券研究所（*注：公司整体毛利率）国内碳纤维企业群雄逐鹿公司简称碳纤维业务布局现有产能 在建产能碳纤维产品经营情况2022FY营收2022FY毛利率2023H1营收2023H1毛利率光威复材原丝、碳纤维、复材碳梁 1190万平/年-13.86 66.31%7.68 60.94%预浸料 1460万平/年 87万平/年，已经建设完成，待验收通过后投入使用碳纤维 3655吨/年4030吨/年，包头项目规划产能1万吨，一期4000吨预计2023年内投产中复神鹰 原丝、碳纤维 28500吨/年3万吨/年，连云港3万吨项目，项目建设周期为2023年4月至2026年8月19.80 47.85%10.47 38.75%*中简科技碳纤维、碳纤维织物1400吨/年(12K)或300吨/年(3K)1500吨/年(12K)，建设期为4年，2022年开工建设，预计在第5年达产50%、第6年达产100%6.22 76.06%2.48 77.65%*上海石化大丝束原丝、碳纤维原丝15000吨/年，碳纤维7500吨/年1.2万吨原丝、6000吨碳纤维，预计2024年投产-恒神股份大/小丝束原丝、碳纤维、预浸料、复材原丝-2万t/a项目一期5000t/a配套原丝生产线10.74 39.85%4.39 30.56%碳纤维 5000吨/年 2万t/a项目一期5000t/a，建设周期约20个月织物及预浸料1500万平方米/年-复材 5000吨/年-请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明11图表：碳纤维相关企业产能及经营情况一览，于2023年12月统计（续上表）（营收单位：亿元）资料来源：Wind，各公司公告，环评报告，中国石化新闻网，上海证券报，绍兴政府网站，腾讯网，吉林化纤集团官网，宝武碳业招股说明书，国海证券研究所公司简称碳纤维业务布局现有产能 在建产能碳纤维产品经营情况2022FY营收2022FY毛利率2023H1营收2023H1毛利率吉林化纤集团吉林化纤 碳纤维、复材碳丝 1.2万吨-1.27 2.25%1.75 3.31%复材-1.2万吨/年碳纤维复材项目，预计2023年内投产吉林宝旌（吉林化纤持股49%）大丝束碳纤维 8000吨/年 4000吨/年，预计2025年年底形成12000吨/年产能-吉林凯美克 小丝束碳纤维 600吨/年-吉林碳谷 大/小丝束原丝 13.5万吨/年6万吨/年，预计2024年全部投产15.72 40.02%9.56 36.02%3万吨/年高性能碳纤维原丝，一期预计2024年中投产国兴碳纤维（集团全资子公司）大丝束碳纤维 2.7万吨/年 6万吨/年，“十四五”期间完成-精工科技 碳纤维设备碳纤维生产线整线年产能10台套未来将形成年产高性能碳纤维成套装备20台/套、复材专用装备150台/套、复材装备模具及部件加工200台/套的生产能力15.37 33.07%3.23 39.21%蒙泰高新 碳纤维-年产1万吨碳纤维及6万吨差别化腈纶项目，分三期建设，一、二期分别为1万吨/年差别化腈纶、0.5万吨/年碳纤维；三期4万吨/年差别化腈纶，建设期72个月-国内碳纤维企业群雄逐鹿请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明12图表：碳纤维相关企业产能及经营情况一览，于2023年12月统计（续上表）（营收单位：亿元）资料来源：Wind，各公司公告，环评报告，中国石化新闻网，上海证券报，绍兴政府网站，腾讯网，吉林化纤集团官网，宝武碳业招股说明书，国海证券研究所（*注：宝武碳业2023H1碳纤维业务亏损）公司简称碳纤维业务布局现有产能 在建产能碳纤维产品经营情况2021FY营收2021FY毛利率2022FY营收2022FY毛利率宝武碳业（拟上市）*浙江宝旌（宝武碳业控股子公司）小丝束碳纤维 2500吨/年 1.55万吨/年13.26 26.33%13.03 12.00%吉林宝旌（浙江宝旌持股51%）大丝束碳纤维 8000吨/年 4000吨/年，预计2025年年底形成12000吨/年产能精业新材（将被浙江宝旌吸收合并）大/小丝束碳纤维、复材碳纤维 2000吨/年-复材 2000吨/年宝旌复材（宝武碳业控股子公司）碳纤维复合材料 1000吨/年-浙江宝万（宝武碳业控股子公司，万华化学持股49%）大/小丝束原丝-绍兴柯桥年产12万吨PAN基碳纤维原丝项目（一期6万吨，一期一阶段2.5万吨，预计一期2023年底建成，2025年底实现全部规划产能）国内碳纤维企业群雄逐鹿请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明13碳纤维行业产销两旺，进口依存下降，产能大幅增长 长期以来，我国碳纤维消费高度依赖进口，进口比例超50%。随着国产碳纤维不断缩小技术和性能差距，尤其是吉林化纤、中复神鹰等主要碳纤维厂商大量扩产，碳纤维国产化率持续提升，未来对外依存度有望持续下降。需求端国内下游新能源、航空航天等领域需求旺盛，预计碳纤维行业将迎来快速发展。图表：碳纤维供需平衡表资料来源：Wind，赛奥碳纤维技术公众号，百川盈孚，各公司公告，国海证券研究所2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023E 2024E 2025E产能，万吨/年2.60 2.68 2.67 3.62 6.34 8.5014.41 21.57 29.40 产量，万吨/年0.94 1.06 1.42 2.25 3.41 5.15 7.30 10.23 13.81 产能利用率36%40%53%62%54%61%51%47%47%表观消费量，万吨/年2.35 3.10 3.79 4.89 6.24 7.44 8.93 11.16 13.96 进口量，万吨/年 1.61 2.20 2.58 3.04 3.31 2.94 2.50 2.12 1.81 进口依存度68%71%68%62%53%40%28%19%13%出口量，万吨/年 0.20 0.16 0.22 0.40 0.48 0.65 0.87 1.19 1.66 请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明14图表：碳纤维相关上市公司产销数据表资料来源：各公司公告，吉林碳谷招股说明书，Wind，国海证券研究所（*注：吉林碳谷2021年为上半年数据）公司简称 碳纤维相关产品2021年 2022年产量，吨 销量，吨 产量，吨 销量，吨中复神鹰 小丝束碳纤维 6333 6141 10640 9374光威复材小丝束碳纤维及织物2082 1832 2561 2179吉林碳谷*碳纤维原丝 16558 13774 50000以上 50000以上吉林化纤 大丝束碳纤维-1118 805中简科技小丝束碳纤维及织物146 156 312 299恒神股份 大/小丝束碳纤维 4937-5142-国内碳纤维企业群雄逐鹿请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明15重点关注公司及盈利预测重点公司代码 股票名称2024/1/4 EPS PE投资评级股价 2022 2023E 2024E 2022 2023E 2024E688295.SH 中复神鹰30.65 0.67 0.41 0.59 62.57 74.19 52.18 买入300699.SZ 光威复材27.01 1.12 1.03 1.27 40.14 26.16 21.24 买入836077.BJ 吉林碳谷16.63 1.98 0.81 1.07 23.88 20.43 15.51 未评级000420.SZ 吉林化纤2.93-0.04 0.04 0.08-70.29 37.33 未评级600688.SH 上海石化2.91-0.27 0.01 0.08-418.08 37.21 未评级300777.SZ 中简科技28.76 1.35 1.30 1.73 36.28 22.03 16.63 未评级002006.SZ 精工科技14.76 0.64 0.82 1.16 38.79 17.93 12.76 未评级资料来源：Wind资讯，国海证券研究所（未评级公司盈利预测来自Wind一致预期）请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明16目录u 碳纤维性能优越，工艺复杂u 多重拉动，需求快速增长u 产能释放叠加提质增效u 行业关注标的u 风险提示请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明17图表：碳纤维主要性能特点资料来源：中复神鹰招股书，高科技纤维与应用，国海证券研究所碳纤维是“21 世纪新材料之王”碳纤维(Carbon Fiber)是一种丝状碳素材料，由有机纤维经碳化以及石墨化处理而得到的微晶石墨材料，直径5-10微米，含碳量高达90%以上。碳纤维力学性能优异，同时具有轻质、高强度、高弹性模量、耐高低温、耐腐蚀、耐疲劳等优异特性，广泛应用于航空航天、国防、交通、能源、体育休闲等领域。性能特点 简介强度高 抗拉强度在3,500MPa以上模量高 弹性模量在230GPa以上密度小，比强度高密度是钢的1/4，是铝合金的1/2比强度比钢大16倍，比铝合金大12倍耐超高温 在非氧化气氛条件下，可在2,000C时使用，在 3,000C的高温下部分熔融软化耐低温 在-180C低温下，钢铁变得比玻璃脆，而碳纤维依旧具有弹性耐酸、耐油、耐腐蚀能耐浓盐酸、磷酸等介质侵蚀，其耐腐蚀性能超过黄金和铂金，同时拥有较好的耐油、耐腐蚀性能热膨胀系数小，导热系数大 可以耐急冷急热，即使从3,000C的高温突然降到室温也不会炸裂请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明18图表：聚丙烯腈（PAN）基碳纤维为市场主流（2021年统计）资料来源：碳纤维及其复合材料技术公众号，国海证券研究所聚丙烯腈碳纤维为目前主流碳纤维产品 聚丙烯腈(PAN)基碳纤维为目前碳纤维主流产品。世界碳纤维产业已形成了黏胶基、沥青基和聚丙烯腈基三大原料体系，其中黏胶基和沥青基碳纤维用途较单一，产量也较为有限，而聚丙烯腈基碳纤维兼具良好的结构和功能特性，是碳纤维发展和应用的主要品种。图表：碳纤维性能指标及优劣势资料来源：光威复材招股书，碳纤维的产业化发展简析皇甫慧君等，国海证券研究所聚丙烯腈基碳纤维 沥青基碳纤维 黏胶基碳纤维抗拉强度/Mpa 3000 1800 20003000抗拉模量/GPa 250 350 410560密度/(gcm-3)1.751.98 1.6 2.0断后延伸率/%0.51.5 1.0 0.6优势成品品质优异，工艺较简单，产品力学性能优越原料来源丰富，碳化收率高高耐温性劣势-原料调制复杂，产品性能较低碳化收率低，技术难度大，设备复杂，成本高请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明19图表：碳纤维生产各环节难点资料来源：中复神鹰招股书，赛奥碳纤维技术公众号，聚丙烯腈基碳纤维原丝与预氧化过程结构的研究华夏等，碳纤维材料高温碳化过程研究进展概述欧阳艳艳等，高性能聚丙烯腈基碳纤维制备技术几点思考张泽等，国海证券研究所环节 重要性 难点纺丝溶液和原丝制备碳纤维原丝的质量和成本很大程度上决定了碳纤维的质量和生产成本按照聚合工艺的连续性，可以分为一步法、两步法；按照纺丝工艺，可以分为湿法和干喷湿纺法。其中，纺丝工艺的选择及控制为稳定生产高性能原丝的关键因素预氧化预氧化过程是碳纤维制备过程中能耗最高，耗时最长，制约 PAN 基碳纤维生产效率的关键工序预氧化受纤维张力、热处理温度、处理介质等因素影响碳化碳化是将预氧丝转变为高强碳纤维的过程，是碳纤维类石墨结构形成的关键因素碳化温度、碳化时间、碳化张力/牵伸、碳化过程的升温速率等均会影响碳纤维的质量性能预浸料预浸料是把基体浸渍在强化纤维中制成的预浸片材产品，是复合材料的重要中间材料工艺重点在于两个方面，一是碳纤维的分散，二是成型工艺图表：碳纤维材料生产流程资料来源：碳纤维材料高温碳化过程研究进展概述欧阳艳艳等，国海证券研究所碳纤维产业链长，技术壁垒高 PAN 基碳纤维的制备过程一般分为原丝制备和碳丝制备两个阶段，其中原丝制备包括聚合、纺丝工段，碳丝制备包括预氧化、碳化工段。碳纤维工艺复杂，生产条件要求严格，整个工艺流程中涉及技术参数控制点3000-5000个。请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明20图表：大丝束和小丝束碳纤维对比资料来源：吉林碳谷招股说明书，国产聚丙烯腈基大丝束碳纤维发展现状与分析彭公秋等，产业信息网，国海证券研究所小丝束碳纤维力学性能优异、成本高 碳纤维按纤维数量不同可分为小丝束和大丝束。小丝束性能优异，但成本较高。碳纤维的开发起初应用于航空航天领域，小丝束性能更能满足航空航天、军工复材的需要，但受成本制约，难 以 在 风 电 叶 片 等 领 域 实 现 推 广 应 用。大丝束在保持碳纤维优良性能的前提下，通过提高单线产能，大幅降低成本，打开碳纤维广泛运用于工业和民用领域大门。小丝束碳纤维性能优异但价格较高，大丝束碳纤维性能相对较低但成本亦较低。相比小丝束，大丝束碳纤维最大的优势就是在相同的生产条件下可大幅度提高碳纤维的单线产能，实现生产的低成本化。而且在复合材料制备过程中的铺层效率也更高，生产成本能降低约30%以上，有助于打破碳纤维因价格较高带来的应用局限，为碳纤维复合材料进一步拓展应用市场奠定基础。图表：小丝束碳纤维成本较高资料来源：国产聚丙烯腈基大丝束碳纤维发展现状与分析彭公秋等，国海证券研究所大丝束碳纤维 小丝束碳纤维 小丝束成本高的原因聚合组分 纯度要求一般 纯度要求高 提纯成本增加原丝纯度 允许一定杂质 严格控制杂质含量 纺丝速度慢原丝性能 重均分子量适中高重均分子量且分子量分布窄聚合、纺丝成本增加氧化过程AN含量少使得氧化快、需控制放热集中高AN含量致使氧化慢长时间高耗能致使成本增加碳化工艺 碳化温度相对较低有时需要较高温度，石墨化温度高能耗高产品认证 相对简单 非常关键、过程复杂 周期长、认证昂贵小丝束碳纤维 大丝束碳纤维丝束数量24K（1K 代表一束碳纤维中有 1000 根丝）24K拉伸强度 3500-7000 MPa 3500-5000 MPa拉伸模量 230-680 GPa 230-290 GPa价格 较高 一般产能分布 日本 欧美应用领域 国防军工、航空航天 工业领域请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明21图表：大丝束碳纤维生产技术难度更大资料来源：北京市碳纤维工程技术研究中心，国产聚丙烯腈基大丝束碳纤维发展现状与分析彭公秋等，PAN基碳纤维毛丝成因分析和解决方法马祥林等，国海证券研究所环节 指标 指标解释 内容原丝CV值 离散程度，体现碳纤维的均匀性生产50k大丝束碳纤维，要求一个喷丝板上的50000个孔里喷出来的每根丝的均匀度都一样，相比小丝束碳纤维难度升级。此外，大丝束在凝固成型、牵伸、预氧化、碳化、上浆等的均匀性难度极大。因此，大丝束碳纤维的离散系数一般较大。毛丝在张力作用下产生应力集中，超过其承载能力时，缺陷部位发生断裂，产生毛丝原丝的缺陷主要包括内部孔洞、内部裂纹、表面裂纹和机械损伤等，大丝束碳纤维毛丝调控更难。预浸料 展纱 将纤维均匀展开从而降低单层厚度增加，进行铺层设计丝束较大、易于集聚，因此展纱效果不好，进而造成树脂对大丝束纤维束内部浸润性较差，丝束间容易产生孔隙且容易造成树脂相的富集与分离等缺陷；在大丝束碳纤维展纱过程中会出现毛丝甚至断纱，影响预浸料的制备工艺性，导致复合材料力学性能分散性较大。碳化-碳化环节会发生剧烈的化学反应，有可能会导致大丝束纤维分子结构中的某些键断裂。图表：2022年全球碳纤维需求占比资料来源：赛奥碳纤维技术公众号，国海证券研究所大丝束碳纤维生产技术难度大 根据赛奥碳纤维发布数据，2022年全球标模-大丝束碳纤维需求量67.5万吨，占比50%。大丝束碳纤维生产技术难度更大，体现在原丝、预浸料和碳化等多个环节的均匀性和毛丝控制等方面。请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明22碳纤维长期被日美欧企业垄断，中国企业取得长足进步 PAN基碳纤维的生产起步于20世纪60年代，日美领先。日本高度重视高性能PAN基碳纤维及能源和环境友好相关技术开发，培育出了东丽、三菱等一批碳纤维行业领军企业。1988年，美国国会通过法令，军用碳纤维所用聚丙烯腈原丝要逐步实现自给，由此扶持了赫氏、氰特等本土碳纤维企业的发展。上世纪90年代卓尔泰克开始研发并推进低成本大丝束在工业领域的应用，形成了高性能小丝束和低成本大丝束两种技术路线，2014年，卓尔泰克被东丽收购。目前，世界碳纤维技术仍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“领头羊”。我国碳纤维工业总体上与日本碳纤维的研发同步进行，经历了长期低水平徘徊、技术转型和快速发展3个阶段。依靠长期自主研发，打破了国外技术装备封锁，碳纤维产业化目前取得长足进步。图表：碳纤维发展历史资料来源：赛奥碳纤维技术公众号，美国卓尔泰克公司炭纤维的发展赵稼祥，国海证券研究所2022国 内 中 复 神 鹰、吉 林 化纤 等 企 业 纷 纷 突 破 碳 纤维 生 产 技 术 并 将 产 能 规模 提 升 至 万 吨 以 上请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明23图表：碳纤维产业链及相关公司梳理资料来源：新材料在线,中简科技招股书,光威复材招股书,吉林碳谷公司公告,国海证券研究所碳纤维产业链环环相扣请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明24目录u 碳纤维性能优越，工艺复杂u 多重拉动，需求快速增长u 产能释放叠加提质增效u 行业关注标的u 风险提示请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明25图表：碳纤维重点应用领域示意资料来源：中简科技招股说明书，国海证券研究所碳纤维广泛应用于国防工业以及高性能民用领域 碳纤维应用于高端领域，发展前景广阔。碳纤维具有目前其他材料难以比拟的高比强度（强度比密度）及高比刚度（模量比密度）性能，还具有耐腐蚀、耐疲劳等特性，广泛应用于国防工业以及高性能民用领域，涉及航空航天、海洋工程、新能源装备、工程机械、交通设施等，是一种国家亟需、应用前景广阔的战略性新材料。请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明26图表：2015-2022年，全球碳纤维需求CAGR达14.3%资料来源：Wind，赛奥碳纤维技术公众号，国海证券研究所2022年中国碳纤维需求已占全球总量的一半以上 根据赛奥碳纤维和Wind数据推算，2015-2022年全球碳纤维需求年均复合增速达14.3%，中国碳纤维需求年均复合增速达23.7%。根据赛奥碳纤维和Wind，中国碳纤维需求从2015年的1.68万吨增长至2022年的7.44万吨，全球占比从31.7%提升至55.1%。图表：2015-2022年，中国碳纤维需求CAGR达23.7%资料来源：Wind，赛奥碳纤维技术公众号，国海证券研究所请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明27图表：2022年中国碳纤维下游需求结构资料来源：赛奥碳纤维技术公众号，国海证券研究所碳纤维需求多点开花，风电仍具潜力 从下游应用结构上看，风电叶片和体育休闲依然占据绝对主流。根据赛奥碳纤维，2022年全球碳纤维需求量占比前三的领域依次是风电叶片25.7%、体育休闲 17.8%、航空航天军工14.9%，国内碳纤维需求量占比前三的领域依次是体育休闲30.9%、风电叶片23.5%、碳碳复材9.1%。从中国与全球应用对比来看，国内多领域发力，风电碳纤维在国内有较大发展空间。航空航天军工及压力容器迅猛发展，大幅度缩小与国际差距，达到相当水平，2022年碳纤维需求量同比分别+290%/+100%；国内体育休闲、碳碳复材、建筑、电子电气已成为特色优势应用市场，2022年需求量同比分别+31%/-3%/+24%/+43%；风电(扣除大量来料加工，只统计国内风电厂家用量)与国际依然有巨大差距，2022年风电碳纤维用量同比-22%；汽车及混配模成型因中国新能源车高速发展而潜力巨大，2022年碳纤维需求量同比分别+50%/+33%。图表：2022年全球碳纤维下游需求结构资料来源：赛奥碳纤维技术公众号，国海证券研究所请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明28航空航天领域有望成为碳纤维需求热点 目前在航空航天领域，全球碳纤维需求主要集中在商用飞机、军用飞机和无人机三大领域。根据赛奥碳纤维发布报告，随着疫情逐步消散，商用航空持续回暖，2023年加速回暖，回到2019年水平；其他航空市场如无人机、军机等受疫情影响不大，依然保持较高速稳定增长。2022年全球航天航天领域碳纤维需求量达到2.01万吨，同比增长超20%。根据赛奥碳纤维，2025年及2030年需求量有望分别达到2.82万吨和4.98万吨，持续保持可观的增速。2022年我国航空航天领域碳纤维需求量为0.78万吨。随着人工智能、卫星互联网等尖端技术快速发展，碳纤维在卫星、火箭、大飞机、机器人等领域有望实现需求持续增长。图表：2022年航空航天领域碳纤维需求结构资料来源：赛奥碳纤维技术公众号，国海证券研究所图表：全球航空航天领域碳纤维需求量及未来预测资料来源：赛奥碳纤维技术公众号，国海证券研究所请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明29卫星互联网持续催化，卫星、火箭有望打开碳纤维应用新格局 我国在航天领域对碳纤维复合材料（CFRP）结构的研究始于上世纪70年代，自从1984年我国东方红1号卫星上首次使用碳纤维/环氧复合材料以后，CFRP 在我国卫星的结构件、大型运载火箭以及空间相机上获得了广泛的应用。在卫星方面，目前我国自行研制的卫星结构中，大量采用CFRP结构。因为卫星结构纯属有效载荷，减重的经济效益很大，又因其空间环境恶劣，要求卫星结构的尺寸和性能稳定、变形一致，所以在卫星的主体骨架结构、外壳结构、太阳能电池板组件、桁架结构、天线结构、仪器安装板和支架结构等都在不断扩大使用CFRP。根据李威等碳纤维复合材料在航天领域的应用一文研究，运载火箭上所采用的CFRP件在质量上比铝合金构件节省约10%-25%。在运载火箭方面，由于CFRP具有耐高温、比强度和比模量高等力学特性，常被应用在火箭的排气锥体、发动机盖、壳体、燃烧室、发动机喷管、喉衬、扩散段及整流罩等部位。图表：国内卫星应用碳纤维复合材料的结构件资料来源：碳纤维复合材料在航天领域的应用李威等，国海证券研究所图表：碳纤维复合材料在我国运载火箭上的应用资料来源：碳纤维复合材料在航天领域的应用李威等，国海证券研究所结构件名称 最大件尺寸/mm 产品结构要素波纹承力筒 高:1983，锥段大端内径:1162碳纤维波纹简、对接框、环框、纵桁组成夹层结构板 1668x158：1250 x1985 碳纤维面板、铝蜂窝芯子太阳电池阵基板1755x2581碳纤维网格面板、铝蜂窝芯子连接架 2581x750：2581x810 碳纤维方管、钛合金接头支架 950 x2030 碳纤维型材、铝合金接头消旋支架 高:580，大端外径：8878根碳纤维管(长652)、铝合金接头电池梁“工”字型，750 x54x44 碳纤维和钛合金混杂结构喇叭天线 高约280，大端直径约250 CFRP本体，镀铜、金等支撑筒 高约300，大端直径约140 CFRP、双锥两端法兰名称 结构要素 应用卫星接口支架碳纤维蒙皮、桁条、对接框、弹簧支架、开口加强的卫星支架CZ-2E火箭碳纤维蒙皮、铝蜂窝芯子夹层结构卫星支架 C