碳纤维作为轻质高强材料，可应用领域广泛。碳纤维是由聚丙烯腈（PAN）（或沥青、粘胶）等有机纤维在高温环境下裂解碳化形成的含碳量高于90%的碳主链结构无机纤维。碳纤维具备出色的力学性能和化学稳定性，密度比铝低、强度比钢高，是目前已大量生产的高性能纤维中具有最高的比强度和最高的比模量的纤维。碳纤维在航空航天、风电叶片、体育休闲、压力容器、碳/碳复合材料、交通建设等领域广泛应用。
2020年全球碳纤维需求站稳10万吨大关，国内碳纤维需求增速快于全球。在全球新冠疫情的影响下，2020年全球碳纤维需求同比增长3%，仍然保持增长韧性。2020年，我国碳纤维需求达4.88万吨，同比增长达29%，高于全球增速，一方面是全球风电叶片对碳纤维需求大幅增长，同时国际风电叶片代工由欧洲转向国内，导致国内该领域的碳纤维需求由2019年的1.38万吨增长至2020年2.00万吨，增幅达45%；另一方面，由于国内民航领域的需求占比较低，受疫情负面影响相对较小。
碳纤维在多个领域迎来渗透率提升临界点，预计2025年全球碳纤维需求有望抬升至20万吨。其中，风电、碳碳复材、压力容器等领域有望贡献较大需求增量。
1）风电
2020年全球碳纤维需求量最大的领域为风电叶片，需求量为3.06万吨，同增20%，保持快速增长趋势，2020年需求量占比达29%。风电叶片被普遍认为是碳纤维最重要的增长市场，特别是制造超大型风电机组所需叶片，必须使用质量轻、强度高、刚性好的碳纤维，保证结构强度的同时避免叶片在风载作用下发生大变形甚至撞击风车支柱。2020年风电领域碳纤维需求中，维斯塔斯依然是主力，其他巨头包括西门子、GE、Nordex等均在新规划机型中采用了碳纤维拉挤板制造与测试样机。国产风机厂商目前均有相关技术储备，但目前采用碳纤维单GW招标成本仍然较高，加之产品本身存在换代周期，因此判断碳纤维在国产风机叶片渗透率提升会在2023年后加速，预计2025年风电碳纤维需求有望达到9万吨。
2）碳碳复材
2020年全球碳纤维中碳碳复材需求量为5000吨，其中我国碳/碳复合材料碳纤维需求量为0.30万吨，同比高增150%。碳/碳复合材料主要使用在刹车盘、航天部件、热场部件等领域。“双碳”大趋势下，单晶硅炉订单暴涨，单晶硅炉内，主要有碳毡功能材料和坩埚、保温桶、护盘等碳碳复材结构材料，光伏电池片大型化带来石墨坩埚成型成本变高，碳纤维3D成型相对效率提升。我们预计2025年全球新增装机可达300GW，加上存量装机替换需求，光伏热场用碳纤维需求有望达到1.7万吨。
3）压力容器
2020年全球碳纤维中压力容器需求量为8800吨，其中国内压力容器需求约2000吨，同增33%。车用高压气态储氢主要应用于车载系统，大多使用金属内胆碳纤维全缠绕气瓶（III型）和塑料内胆碳纤维全缠绕气瓶（IV型），其全缠绕外层均需用碳纤维包覆，达到提高强度减轻质量的作用。2020年7月气瓶安全标准化与信息工作委员会发布了车用Ⅳ型气瓶的团体标准的征求意见稿，气瓶使用规范化后碳纤维单位用量及渗透率有望持续增长。考虑到碳纤维气瓶上乘用车成本仍然较高，预计未来气瓶渗透率提升仍以商用车场景为主。我们预计2025年全球氢气瓶用碳纤维需求有望达到2.2万吨。
4）航空航天
2020年全球航空航天碳纤维需求量为1.65万吨，同比下降30%，需求量占比为15%。民用客机是拉动碳纤维需求增长的主要力量。2020年全球新冠疫情对航空业造成不利影响，民用客机主要生产厂家对碳纤维的需求有一定幅度的下降，波音、空客的复材机型产能也有所缩减。根据国际航空运输协会（IATA）,全球航空客运量有望在2023年恢复至疫情前水平。基于疫情恢复的节奏以及航空航天认证周期较长本身提渗透率难度较大，因此我们判断航空航天需求复苏以平稳为主。（报告来源：未来智库）
5）体育休闲
2020年全球体育休闲碳纤维需求量为1.54万吨，需求量为1.54万吨，同增3%，需求量占比为14%，主要使用在高尔夫球杆、自行车架、钓鱼竿、球拍、曲棍球棍等高端休闲体育市场。体育休闲作为整个碳纤维民品领域的压舱石，保持稳健增长。
2.1.制品工艺效率提升，碳纤维本土化应用场景崛起
完整的碳纤维产业链包括丙烯腈-原丝-碳丝-织物/预浸料-制品几个环节。碳纤维的生产中，前端原丝-碳纤维环节属于重化工（重资产）行业，而后端的碳纤维-织物-复合材料属于类纺织业的轻资产，因此碳纤维的生产传统上是资本密集型和劳动密集型的结合。
复材生产工艺进步带来碳纤维应用端效率提升。从工艺流程上看，复材制造主要工序在于“组装”树脂基体和碳纤维原丝，并通过成型加工成合适的制品形状适应于不同下游需求。复合材料成型工艺从初期以劳动密集为特点的手糊、手工铺贴工艺发展到拉挤、模具成型，再到自动铺放技术，复合材料成型工艺正在逐渐摆脱低效率、低稳定性、高污染的传统模式向效率更高的方向演进，为碳纤维复材在下游的大规模应用奠定了坚实基础。
从碳纤维制品金博股份报表上看，2017-2019年单位热场材料成本结构中，以采购碳纤维原丝为主的原材料成本逐年上升，从106元/kg上升至130元/kg，涨幅22.6%。而整体降本的主要贡献是单位人工和制造费用，其中单位人工费用从113元/kg降低至92元/kg，单位费用从250元/kg降低至179元/kg，降幅分别为19%、28%。
风电、碳碳热场等本土化应用率先启动。根据《2020全球碳纤维复合材料市场报告》，2020年国内碳纤维复合材料需求量达到7.52万吨，其中风电叶片、热场用碳碳复材等下游需求快速提升。2017-2020年，我国风电复材需求由1.23万吨增长至3.08万吨，复合增速CAGR36%，碳碳复材需求由1538吨增至4616吨，CAGR44%，电子电气、汽车等领域亦实现20%左右复合增速。碳纤维产业作为“系统化”产业，产业的技术突破和降本依赖于从“原丝-碳化-预浸料-制品”全产业链的相互协作，因此产业链根植于国内的下游需求，典型的光伏热场、风电叶片需求率先爆发。
2.2.原丝性价比破局，国产碳纤维脱虚向实
产能“通量”打开奠定产业化基础。碳纤维原丝作为重资产行业其产业化的重要命题是提高单位产能的“通量”摊薄成本，具体表现为纺丝速度的提升（干喷湿纺的应用）和大丝束的应用：1）湿法VS干喷湿纺：相比湿法纺丝，干喷湿纺喷丝头不直接浸入凝固浴，喷头温度可独立的精确控制，纺丝液由喷丝板喷出在进入凝固浴之前先经过一段几毫米的空气层，纺丝液在空气层中发生一定的拉伸流动，不仅提高纺丝速度，还有利于大分子链的取向。原丝结构相比直接进入凝固浴更为均匀致密，同时截面也更容易成圆形，从而提高力学性能。一般而言，干喷湿纺每分钟纺丝速度可达400米/min，是湿法的5倍以上。中复神鹰于2013年在国内率先突破干喷湿纺关键技术，目前国内大部分碳纤维制造企业仍以湿法纺丝工艺为主。
2）大丝束VS小丝束：聚丙烯腈原液通过干喷湿纺技术形成原丝，根据喷头的选择可决定丝束的大小，喷头为1000个细孔、3000个细孔、4000个细孔和6000个细孔，对应喷丝可以制得1K、3K、6K、12K、24K等型号原丝。按单束纤维数量不同，一般将丝束数量小于24K的碳纤维称为小丝束（1K代表一束碳纤维中有1000根丝），24K以上的为大丝束，大丝束更适用于建筑、风电等大型工业化下游。2017年前后，上海石化和吉林化纤先后开始研制48K大丝束碳纤维，于2018年先后成功试生产出48K大丝束碳纤维。
国产丝成本曲线加速下移。中复神鹰与吉林碳谷披露数据显示，2018-2020年，中复神鹰碳纤维综合成本累计降幅达18.9%，而吉林碳谷原丝成本累计降幅达19.4%，国产碳纤维性价比逐步凸显。
2016年后国产原丝整体产能利用率加速提升，进口依赖度下降。根据赛奥碳纤维数据，2020年国内碳纤维运行产能达到3.62万吨，当年国产碳纤维销量为1.85万吨，销量/产能比为51%，同比2019年继续提升6pct。2016-2020年间，我国碳纤维企业销量/产能比从15%提升至51%。同时，我国碳纤维需求结构中进口碳纤维占比逐年下降，2016-2020年年间进口依赖度由82%下降至62%。表明国产碳纤维已经走过了产能“放卫星”时代，逐步实现脱虚向实，进口替代加速。
（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）
