2022年碳纖維行業(yè)深度報告

2022年碳纖維行業(yè)深度報告1.碳纖維性能優(yōu)異，下游應用增勢較強碳纖維是以經過特殊處理的高質量聚丙烯腈(PAN)為原料。PAN基碳纖維擁有1000至48000條碳絲，每條碳絲直徑為5-7μm，都是微晶石墨結構。碳纖維通常與樹脂一起固化成復合材料。由聚丙烯腈纖維原絲制得的高性能碳纖維，其生產工藝較其他方法簡單，產量約占全球碳纖維總產量的90%以上，其生產過程一般可分為聚合、紡絲和碳化等部分。碳纖維除了具有一般碳素材料耐高溫，耐磨擦，導電，導熱及耐腐蝕等特性，還可以表現出穩(wěn)定的化學性能以及物理性能。在化學性能方面，碳纖維可加工成各種織物，在要求高溫、化學穩(wěn)定性高的場合，碳纖維復合材料具有不可替代的優(yōu)勢；在物理性能方面，其具有很強的抗拉力和纖維柔軟可加工性，因此很多材料都是應用了它的物理性質進行應用的。碳纖維由于具備以上良好屬性，可以稱為新材料之王。按照原材料種類，碳纖維可分為PAN基碳纖維、瀝青基碳纖維和粘膠基碳纖維。其中，PAN基碳纖維由于生產工藝相對簡單，產品力學性能優(yōu)異，用途廣泛，自20世紀60年代問世以來，迅速占據主流地位，占碳纖維總量的90%以上；瀝青基、粘膠基的產量規(guī)模較小。因此，目前碳纖維一般指PAN基碳纖維。按照每束碳纖維中單絲根數，碳纖維可以分為小絲束和大絲束兩大類別。早期小絲束碳纖維以1K、3K、6K為主，逐漸發(fā)展出12K和24K。小絲束碳纖維性能優(yōu)異但價格較高，一般用于航天軍工等高科技領域，以及體育用品中產品附加值較高的產品類別，主要下游產品包括飛機、導彈、火箭、衛(wèi)星和釣魚桿、高爾夫球桿、網球拍等。一般認為40K以上的型號為大絲束，包括48K、50K、60K等。大絲束產品性能相對較低但制備成本亦較低，因此往往運用于基礎工業(yè)領域，包括土木建筑、交通運輸和能源等。隨著目前碳纖維制作工藝的提升及產品價格的下降，小絲束在工業(yè)領域的運用已逐步拓寬。按照力學性能，碳纖維可以分為通用型和高性能型。通用型碳纖維強度為1000MPa、模量為100GPa左右。高性能型碳纖維又分為高強型（強度2000MPa、模量250GPa）和高模型（模量300GPa以上）。強度大于4000MPa的又稱為超高強型；模量大于450GPa的稱為超高模型。紡絲、碳化、復合三段工藝，原絲制作為技術核心。原絲制備是碳纖維制備中技術壁壘最高的環(huán)節(jié)，直接決定碳纖維產品的質量和成本。原絲制備包括聚合和紡絲兩個環(huán)節(jié)，聚合是將丙烯腈單體聚合成紡絲液，紡絲決定了原絲的性能。丙烯腈聚合按工藝不同可分為一步法和二步法，一步法的聚合轉化率高，工藝流程短，是小絲束主要采用的工藝，二步法適合生產大絲束。得到原絲后，將卷繞好的聚丙烯腈原絲進行退絲，預氧化，轉化為耐熱梯形結構的預氧絲（PANOF），再經低溫和高溫碳化轉化為具有亂層石墨結構的碳纖維（CF），上漿，經烘干得到碳纖維產品。2.供給創(chuàng)造需求，行業(yè)藍海激蕩2.1.全球碳纖維規(guī)模穩(wěn)步增長，下游應用廣泛2.1.1.全球碳纖維規(guī)模穩(wěn)步增長，產能首超美國2016至2019年，全球碳纖維市場規(guī)模持續(xù)增長，2020年全球碳纖維市場規(guī)模有所下降，主要源于碳纖維價值量占比較高的航空航天領域受到影響，航空復材領域需求大幅度降低，2021年回升至34.01億美元，同比增長30.06%。在產能方面，2021年，中國大陸地區(qū)首次超過美國，成為全球最大產能國，運行產能占比達30.5%；美國以23.5%的運行產能排在第二；日本第三，占比12%。碳纖維是目前世界上所有高性能纖維中比強度和比模量最高的纖維。據統(tǒng)計，2015-2021年，全球碳纖維需求量穩(wěn)中有升，從5.3萬噸增長至11.8萬噸，期間年均復合增長率為14.27%。從國際碳纖維需求區(qū)域的總體分布情況來看，近年來世界碳纖維需求最多的地區(qū)為北美，該地區(qū)需求量約占全球總需求量的35.69%；其次是歐洲，需求量約占26.64%；日本和亞洲其他國家分別占19.74%和17.93%。2.1.2.國際碳纖維下游應用領域前景可觀全球風電葉片對碳纖維需求量最大，航空航天用碳纖維市場規(guī)模第一。碳纖維下游應用領域廣闊，主要有風電葉片、航天航空、體育休閑等領域。航空航天需求略有下降，預計未來平穩(wěn)復蘇。2021年全球航空航天領域中，商用飛機對碳纖維的需求量最大，為5800噸，占比為35.3%，其次是無人機以及軍用飛機。受影響，全球民用航空市場萎縮，對航空航天領域用碳纖維的需求端造成不利影響。根據國際航空運輸協會（IATA）,全球航空客運量有望在2023年恢復至前水平，預計2024年以后將迎來明顯恢復?；诨謴偷墓?jié)奏以及航空航天認證周期較長本身提滲透率難度較大，因此航空航天需求復蘇以平穩(wěn)為主。風電市場發(fā)展迅速，未來需求前景可觀。風力作為一種清潔能源，先于光伏發(fā)電受到全球各國的青睞，近十幾年以來經歷了全球化的高速增長。當前，隨著風力發(fā)電機率增大，特別是在海上風機的需求刺激下，全球風機大型化的趨勢日益明顯。根據全球風能理事會預測，未來五年全球風電新增裝機將超過300GW。其中，隨著全球化的推進，海上風電正進入加速發(fā)展階段，預計在未來五年會有40GW的新增裝機。風力發(fā)電行業(yè)及風電葉片用碳纖維的需求前景可觀。體育休閑領域需求略有下滑，預計未來回歸正常水平。2021年全球體育休閑領域碳纖維需求1.85萬噸，其中釣魚竿對碳纖維需求量最高，占比35.14%，其次是高爾夫和自行車，分別占比22.16%和19.46%。運動健康理念的普及，以及人均消費能力的提升，將驅動體育休閑市場長期平穩(wěn)增長。得益于歐洲體育產品特別是自行車補貼政策的推動，以及其他體育用品制造國的生產能力原因，2021年我國體育休閑領域碳纖維的需求火爆。2022年，隨著需求增長逐漸回歸正常，上半年的體育休閑領域碳纖維需求有所下降，且下半年有繼續(xù)下滑的態(tài)勢，但整體用量預計將回歸到2020年水平或略有下滑。2.1.3.全球碳纖維未來發(fā)展態(tài)勢碳纖維下游應用領域廣闊，近年來市場需求保持穩(wěn)定增長。2020年全球碳纖維需求繼續(xù)突破10萬噸級，達到10.69萬噸，預計2025年碳纖維市場需求量將達到20萬噸，年復合增速超過10%。航空航天、體育休閑等傳統(tǒng)領域的需求穩(wěn)步發(fā)展同時，風電葉片、壓力容器、碳/碳復合材料等新興領域成為驅動市場的重要引擎。從國內市場來看，2020年，國內碳纖維需求達4.88萬噸，同比增長達29%，高于全球平均水平，且進口產品依存度較高，主要源自日本、美國等國家的碳纖維龍頭企業(yè)。未來隨著航空航天、風電葉片、碳/碳復合材料等。新興產業(yè)的需求帶動，預計2025年國內碳纖維總需求將接近14.95萬噸，國產碳纖維的市場占比也將逐漸提高。2.2.國內需求強勢增長，未來增量可期需求高增速態(tài)勢維持，應用方向廣泛發(fā)展。中國碳纖維需求量自16年起進入快速增長階段，2016-2021年復合增長率約26.06%，占全球碳纖維需求比重逐年提升。國內碳纖維以風電葉片，體育休閑為主要下游應用方向，21年需求占比分別為36.1%，28.1%。碳纖維下游應用領域廣泛，碳碳復材，航空航天，壓力容器領域需求量等均有快速增長。國產自用占比提升顯著，海外進口多點分散。需求來源方面國產碳纖維市場份額不斷攀升，2019-2021國產需求占比分別為31.7%，38%，46.9%，市場份額增速顯著，但同時需求端進口依存度仍存在。21年進口需求略超50%，日本，中國臺灣進口占比超10%，美國，韓國市場份額超5%，呈現海外多地區(qū)進口的態(tài)勢。其中從日本，韓國進口以小絲束為主，歐洲及北美地區(qū)以大絲束為主。2.2.1.風電需求持續(xù)增長，成本降低成為核心關鍵新能源政策利好頻頻，風電領域裝機步入平價年后仍有十足動力。近年我國雙碳計劃相關政策頻繁出臺，強調風電領域發(fā)展在雙碳計劃實施中的重要性。在“十四五”規(guī)劃指出應保證每年新增裝機量5000萬千瓦以上，到2030年總裝機容量至少達到8億千瓦，2060年達到30億千瓦。我國近年來風力發(fā)電裝機容量隨著風力發(fā)電補貼的深入高速增長。2021年是風電退補的第一年，裝機增量略有放緩后但依然超預期，2020/2021年風電新增裝機量分別為7167/4757萬千瓦。預計后續(xù)隨著我國機械制造水平不斷提升，電價體系不斷優(yōu)化風電裝機仍將持續(xù)制造驚喜。碳纖維作為優(yōu)質的輕量化材料，在風電葉片中有廣泛應用。大絲束碳纖維增強的復合材料與玻璃纖維材料相比有著密度較小，耐腐蝕，強度高等優(yōu)勢，主要用于主梁帽，葉片根部及蒙皮等部位，可有效提升葉片剛度及疲勞強度。對某國產風電葉片對檢測顯示：采用纖維灌注工藝的玻璃纖維0°拉伸與壓縮模量分別為54GPa、52GPa;碳纖維則為120GPa、115GPa，強度提升近1倍，可有效提高風電葉片使用年限。碳纖維的輕量優(yōu)勢在葉片制備中得到體現，采用高模玻璃纖維灌注主梁的重量為3.6噸而采用碳纖維拉擠主梁的重量僅為1.4噸，整支葉片重量從13.5噸降低至11.8噸，減重比例達12.59%，有望降低后續(xù)發(fā)電成本。成本+上網電價制約使得碳纖維在風電領域的應用有一定局限。碳纖維雖在性能上具有顯著優(yōu)勢，但其在風電領域的應用受到高成本的制約，尤其是在目前上網電價走低的大背景下風電葉片碳纖維滲透率不確定性進一步增加。小型發(fā)電機組（葉片長度小于100m）采用玻纖材料更具性價比，而大型風電機組（葉片長度大于100m）使用碳纖維可在保持葉片強度大前提下減輕重量約20%，但成本上升約80%。目前我國風電處于高速發(fā)展階段，總裝機量以小型機組為主碳纖維應用較少，2020年陸上風電主流機型單機容量2.0MW-2.9MW(最大為5MW);海上風電主流機型單機容量達5.0MW(最大為10MW)，21年風電葉片碳纖維滲透率約4.7%。風電整機價格走低，成本向上傳導。自2020年底開始，風電整機領域出現“降價潮”。目前，陸上風機的價格最低報價已降至2050元/千瓦左右，海上風機價格跌破4000元/千瓦，其價格相比搶裝時的歷史高點均已“腰斬”。在這樣背景下，產業(yè)降本壓力勢必沿著產業(yè)鏈傳導至上游葉片環(huán)節(jié)。葉片大型化、海風快速發(fā)展，為碳纖維替代傳統(tǒng)玻纖提供應用市場。我國目前風機大型化趨勢愈發(fā)明顯。2021年，中國新增裝機的風電機組平均單機容量為3514千瓦，同比增長31.7%，其中，陸上風電機組平均單機容量同比增長20.7%，海上風電機組同比增長13.9%。海上風電機組單機容較陸上更大，所需葉片長度也更長，碳纖維復合材料優(yōu)勢得到凸顯。隨著我國風電建設能力的提升，海風發(fā)展近年來步入快車道，碳纖維在我國風電葉片領域的應用有望實現較大增量。海風新增裝機占比維持高位，助力近年風電葉片碳纖維需求增長。2020/2021年我國風電葉片碳纖維需求量分別為20000/22500噸，21年同比增長12.5%，風電葉片需求占總需求份額同比下降4.8pct至36.1%。2020年底我國海上風電累計裝機達到1087萬千瓦，占風電裝機總量3.86%，未來有望進一步提升裝機比例帶動碳纖維需求走高。外部限制因素逐步淡化，技術提升+成本降低助力碳纖在風電中的應用拓展。我國風電領域碳纖維成型方法有預浸料工藝、灌注工藝和拉擠工藝三種。其中拉擠法將拉擠碳板用到了風電葉片并降低了對于碳纖原料的要求，在生產較長尤其是百米以上尺寸葉片時具有工藝簡化降低成本，成品質量穩(wěn)定的優(yōu)勢，適合進行大批量生產。此前拉擠工藝預制條帶的設計專利為維斯塔斯公司（Vestas）所有，使得國內企業(yè)在生產成本上處于劣勢，制約了中國碳纖維葉片的發(fā)展空間。22年7月19日該專利20年保護期限到期后拉擠工藝將不再有專利限制，有望助力我國葉片企業(yè)在技術層面上進行成本優(yōu)化，進一步提升碳纖維在風電領域滲透率。已有眾多企業(yè)開始使用碳纖維葉片，專利到期后市場需求提升在即。由于碳纖維葉片具備多方位優(yōu)勢，目前全球已經有眾多企業(yè)開始在應用碳纖維葉片，包括Gamesa、LM、Nordex、中材科技等。根據《2020全球碳纖維復合材料市場報告》，2020年全球風電葉片碳纖維用量約3.1萬噸，維斯塔斯占有的市場份額超過80%。后續(xù)隨著維斯塔斯專利到期，應用碳纖維的企業(yè)數量將進一步增加，碳纖維市場需求將進一步提升。2.2.2.體育休閑全球集中度維持高位，需求增量明顯碳纖維替代進程順利，高端產品需求增加。碳纖維在體育器材領域的應用已經過半世紀的發(fā)展，憑借其輕量，高剛度的優(yōu)勢已成為高端器材的最優(yōu)選擇，滲透率不斷提高。碳纖維具體在高爾夫，自行車，球拍，釣魚竿等領域有著集中應用，其中釣魚竿碳纖維替代時間進程較短在21年引來高增量，同比碳纖維需求增長85%，未來需求值得期待。代工效應集中，需求放眼世界。中國體育休閑類碳纖維產品的生產以代工形式為主，即從海外進口大絲束碳纖維進行加工后銷往海外的經營模式。近年產業(yè)集中效應維持高位，2021年全球超90%體育休閑領域碳纖維需求量集中在中國，在海外影響削弱的大背景下需求有望形成新增量。海外影響減弱，2022年體育休閑領域需求有望突破2萬噸。2020年受全球疫情肆虐影響，戶外體育運動受限導致全球范圍體育休閑器材需求增量放緩。2021年伴隨海外管控措施放寬，影響進一步減弱，帶動全球范圍體育器材需求量上升。我國2021年碳纖維需求量17500噸，同比增長約20%，過去五年復核增長率接近10%，由于的逐步放松，且民品碳纖維產能釋放價格下降，預計2022年我國體育休閑領域碳纖維需求量增速為15%達到20125噸，繼續(xù)沖擊需求新高點。2.2.3.航空航天需求穩(wěn)增，國產大飛機C919投產拉動需求國家層面高度重視，助力航空航天持續(xù)高速發(fā)展。據《2021中國的航天》白皮書，中國始終把發(fā)展航天事業(yè)作為國家整體發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分。民航局于“十四五”期間陸續(xù)出臺相關政策規(guī)劃引導行業(yè)健康有序發(fā)展，以追求高質量、可靠性為堅定目標。碳纖維性能優(yōu)勢明顯，替代進程步入快車道。小絲束碳纖維在航空航天端的替代使用具有天然優(yōu)勢，作為新型復合材料對比鋁合金等傳統(tǒng)材料有密度低，硬度高，耐腐蝕，性質穩(wěn)定等優(yōu)勢。碳纖維復合材料較強的耐蠕變性能和耐高溫性能有利于在太空中維持形狀，使其得以廣泛應用于航天領域，用以制備載人航天器及繞地衛(wèi)星。碳纖維輕量優(yōu)勢在民用飛機制備過程中得到體現，飛機整體減重可有效降低成本，飛機減重300千克每年可增加1000萬美元凈收益，運營成本優(yōu)勢進一步推動碳纖維替代進程。全球航空需求回落，把握機遇迎頭趕上。伴隨對航空業(yè)的嚴重影響，20年全球航空航天碳纖維用量回落明顯，同比下降約30%，低于2016年需求量，21年與20年需求保持低位未有明顯增量。與此同時我國航天航空領域碳纖維用量繼續(xù)增長，21年同比增長17.65%，2016-2021復合增長率達37.97%，雖占全球需求總量比重仍較低，但碳纖維替代發(fā)展趨勢持續(xù)向好。我國在戰(zhàn)機及民用飛機含碳量與海外成熟機型仍有20%左右的差距，伴隨技術進步碳纖維替代用量有望進一步提升。2.2.4.多項應用領域綜合發(fā)力，助力碳纖維需求再上高點光伏產業(yè)迅速發(fā)展，熱場替代進程順利。近年我國光伏產業(yè)迅速發(fā)展，據國家能源局數據，2020/2021年我國光伏新裝機容量分別為4820/5493萬千瓦時，2019-2021復合增長率22.38%。碳碳復材在光伏熱場制備領域具有較強替代優(yōu)勢，與傳統(tǒng)材料等靜壓石墨相比，優(yōu)勢集中體現在制備大尺寸熱場原材料損耗減少，熱性能更優(yōu)秀等方面。替代成本較低有力推動了碳纖維在光伏熱場中的滲透進程，碳碳復材需求全球占比同步提升。氫氣產量增加，儲氫瓶迎來快速增長階段。近年我國氫氣產量逐年上升，2016-2021復合增長率約14.57%，帶動儲氫瓶行業(yè)快速發(fā)展。得益于密度小，力學性質穩(wěn)定的特點，小絲束碳纖維廣泛應用于儲氫瓶的制備，用于改善內襯的受壓狀態(tài)，降低內襯層的應力，從而提高纏繞纖維的利用效率，提高壓力容器的抗疲勞性能。21年全國壓力容器碳纖維需求量同比增長50%，占全球需求比重逐年提升發(fā)展步入快車道。供給創(chuàng)造需求——需求增速有望持續(xù)高增。航天、碳碳熱場、壓力設備相關領域的碳纖維需求處于高速增長期，同時碳陶剎車盤等領域需求也在快速釋放，但是由于以上領域占比相對較小，我們給予整體增速假設，預計除風電、體育領域2022年需求整體增長率為35%，達到30240噸。故2022年我國碳纖維需求量為77494噸，與2021年同比增長24.2%。且預計我國碳纖維需求增速有望持續(xù)保持高位。3.碳纖維產能擴張，正當時3.1.碳纖維產能擴張，中國貢獻主要增量3.1.1.全球產能高增，區(qū)域分布失衡追本溯源，工藝研發(fā)突破產能從無到有。自1860年斯旺制作碳絲燈泡打開碳纖維的大門，經過一個多世紀的發(fā)展，碳纖維行業(yè)一路高歌猛進。1950年，美國Wright--Patterson空軍基地開始研制粘膠基碳纖維，初代碳纖維工藝基本確立；1959年，日本大阪工業(yè)試驗所發(fā)明了用聚丙烯腈纖維制造碳纖維的新方法(PAN基碳纖維)，對傳統(tǒng)粘膠基碳纖維發(fā)起挑戰(zhàn)；1963年，英國航空研究所在預氧化過程中施加張力，打通了制造高導熱PAN基碳纖維的技術路線，奠定了現代生產PAN基碳纖維的工藝基礎；1970年，日本吳羽化學工業(yè)公司生產的通用級瀝青基碳纖維上市，三大不同原絲類碳纖維均已落地實現生產，現代碳纖維雛形基本形成。精耕細作，技術變革實現產能高速增長。近半個世紀以來，碳纖維技術更新迭代加快，老牌碳纖維名企不斷更新工藝、提高產量；同時全球各國涌現出更多的新興企業(yè)投身于碳纖維事業(yè)，不斷向著具有高模量、高強度、高導熱、耐腐蝕等特點的產品進發(fā)，并應用至各個領域。時至今日，碳纖維行業(yè)發(fā)展欣欣向榮。2021年全球碳纖維行業(yè)有效產能20.76萬噸，同比2020年17.17萬噸上升20.91%，相比2015年11.75萬噸上升76.68%。近年來，全球碳纖維產能快速擴張、企業(yè)高速發(fā)展，碳纖維行業(yè)充滿活力。三足鼎立，全球產能分布嚴重不均。受碳纖維行業(yè)發(fā)展歷史與技術沿革創(chuàng)新的問題，目前全球范圍內碳纖維產能分布嚴重失衡。2021年全球前三大碳纖維產能國分別中國、美國、日本，合計運行產能達到13.71萬噸，占全球運行產能的66.04%，幾乎壟斷全球碳纖維接近三分之二的供應。全球剩余產能零星散落在匈牙利、墨西哥、法國、韓國等世界各地，占比均為5%左右。在碳纖維生產企業(yè)中，全球前五大碳纖維生產企業(yè)均來自中美日。其中，日本東麗為全球碳纖維產能龍頭公司，2021年運行產能達5.75萬噸。產能分布不均衡的局面已持續(xù)多年，在技術等硬性要求下短期內難以發(fā)生較大改變。3.1.2.中國快速放量，產能利用率仍需提升產能產量實現雙增。中國碳纖維行業(yè)發(fā)展起步于1962年，與日本等碳纖維大國起步時間相差無幾。但由于技術研發(fā)等重重阻礙，中國碳纖維生產長時間沒有實質性進展。2010年之后，新資本與企業(yè)涌入，行業(yè)加速出清，碳纖維企業(yè)數量由40多家銳減至10家左右。在淘汰戰(zhàn)中存活下來的優(yōu)質企業(yè)迎來發(fā)展春天，輔以政策支持與技術驅動，中國碳纖維行業(yè)迅速崛起。2021年中國碳纖維產能為6.34萬噸，去除折算產能1萬噸，仍有5.34萬噸扎實產能。相較2020年3.62萬噸運行產能，同比增長47.72%。產量方面，根據賽奧碳纖維，2021年中國碳纖維產量達到2.43萬噸，較2017年0.74萬噸有顯著增長，年復合增長率達到26.85%。產能利用率仍有待提高。高產能、低產量的背后，部分是由于一些產線于2021下半年建成，計入產能遠大于實際產量。如常州新創(chuàng)碳谷新建產能6000噸；吉林化纖集團增長近16000噸；中復神鷹增加8000噸等大部分產線于2021年下半年建成投產。此外，在產能統(tǒng)計口徑上也會出現偏差。例如生產12K的小絲束產線，在實際生產中可能只生產1K、3K等小絲束碳絲，由此導致了產能產量間的差距。產能利用率的問題也同樣不可忽視。按照此口徑我國2021/2020碳纖維產能利用率為45.51/51.10%，雖較之前有所提高，但與日本美國等發(fā)達國家65-85%的水平仍有差距。因此，要實現碳纖維行業(yè)質的提升，還需加速淘汰落后產能，提高產能利用率，向美國、日本等高端碳纖維大國看齊。3.2.技術+成本雙軌齊驅，正當時自2020年爆發(fā)以來，全球物流緊張，運輸效率下降，中國碳纖維進口也受到很大程度影響；疊加日本等碳纖維大國對我國頒布出口限制條令，碳纖維國產化已推上日程。2021年我國碳纖維總需求為62379噸，進口量為33129噸，國產碳纖維供應量為29250噸?？傮w中國市場的情況仍是供不應求。但國產碳纖維市場份額從2019年的31.7%，2020年的38%，繼續(xù)攀升到2021年的46.9%，充分表現了國產碳纖維的巨大進步。然而，我國作為世界碳纖維產能頭號大國，在國產市場份額方面與美日等還存在一定差距，這也深刻反應出我國碳纖維產品核心競爭力較弱、關鍵技術仍未突破的現狀。面對持續(xù)不減與發(fā)達國家封鎖對中出口的局面，未來關于碳纖維的布局與改進，應朝著技術迭代驅動產品質量提高的方向前進，加速推進實現。3.2.1.小絲束：技術突破干噴濕紡根據新思界產業(yè)研究中心發(fā)布的《2021－2026年中國小絲束碳纖維行業(yè)市場深度調研及發(fā)展前景預測報告》顯示，在全球中，小絲束碳纖維市場主要被日企占據，日本東麗、東邦、三菱三家企業(yè)占據全球50％左右的市場份額，其中日本東麗占據全球小絲束碳纖維總產能的25％以上。我國小絲束碳纖維生產的企業(yè)有中復神鷹、光威復材、中簡科技、吉林化纖等，合計運行產能約2萬噸。小絲束產品主要應用于國防軍工、航空航天等高附加價值領域。相較大絲束而言，高附加值高性能的小絲束價格也更高，在盈利上更有優(yōu)勢。截止2022年9月9日，國內小絲束平均價格為208元/千克，遠高于國內大絲束133元/千克。其中，t700、12k的小絲束價格更是高達270元/千克。小絲束干噴濕紡具備產品強度高、紡絲速度快等優(yōu)點。和濕法工藝相比，干噴濕紡絲的分子排列更加整齊，最終可以拉出質地更均勻，表面更光滑，強度更高的纖維材料。紡絲速度方面，干噴濕紡比濕法要快3~4倍。國內企業(yè)中，中簡科技目前的濕法紡速是130米/分鐘；吉林碳谷是經歷了一個持續(xù)不斷提升的過程，目前100米/分鐘，后續(xù)還有提升空間；對于干噴濕紡，中復神鷹目前是400米/分鐘，西寧二期產線預計能夠提升到500米/分鐘；光威復材雖然批量更小，但是紡速達到了500米/分鐘的級別。相較于日本東麗700米/分鐘的紡速還存在一定差距，這也是還需持續(xù)不斷的去提升工藝的空間。而干噴濕紡的一個劣勢在于工藝極難掌握，技術要求高，目前國內能夠規(guī)?；a的企業(yè)并不多；此外，由于粘稠的紡絲液容易在空氣段的時候粘在一起，所以紡絲板本身噴絲的時候，孔徑應該會更大一些，相應的孔和孔之間的距離會更遠一點，這樣同樣面積的紡絲板上干噴濕紡的孔會更少一點，以致于很難形成大通量大絲束。面對小絲束生產的困難與不完備的地方，我們仍需繼續(xù)加大研發(fā)投入，不斷完成工藝更新迭代，實現技術沉淀與突破。對還未掌握干噴濕紡技術的企業(yè)來說，核心任務是突破干噴濕紡這樣的一種“低成本、高質量”的工藝方法，提高小絲束生產效率和產品性能；對已掌握干噴濕紡的企業(yè)來說，未來需要向更高強度的方向拓展，努力實現T1100的超高強度碳纖維生產，擴大T700、12K的高強度高模量的碳纖維規(guī)?；a，并在未來嘗試將干噴濕紡應用在大絲束生產。目前，我國企業(yè)持續(xù)推進技術升級，已突破多重技術門檻。例如，中復神鷹首次實現干噴濕紡單線年產3000噸高性能碳化生產線，實現T700、T800碳纖維萬噸規(guī)?；a。相較于日本東麗世界龍頭小絲束碳纖維生產企業(yè)，我們目前還存在一定差距，今后仍需繼續(xù)努力，提高產品拉伸強度與拉伸模量。3.2.2.大絲束：成本先行實現規(guī)模效應受下游風電與汽車等需求的牽引，大絲束的生產應用日益火爆。據賽奧碳纖維，2021年全球碳纖維需求中大絲束為5.14萬噸，占比43.6%。大絲束碳纖維制備屬于低成本生產技術，其售價只有小絲束碳纖維的50-60%。大絲束的制備難度較高，國內外生產差距較大。日本東麗在收購卓爾泰克后，成為世界最大的大絲束生產企業(yè)，大絲束產能達到2.84萬噸；同時還有德國SGL、日本三菱等知名大絲束生產企業(yè)。國內方面，大絲束供應主要以吉林化纖為主，目前產能約為2.2萬噸；此外，上海石化、新創(chuàng)碳谷等也逐步實現大絲束碳纖維的達產，大絲束碳纖維產能緊張的情況得到緩解。大絲束碳纖維的制備也面臨多種挑戰(zhàn)。大絲束的生產并沒有明確的標準。在凝固成型、牽伸、預氧化、碳化、上漿等的均勻性難度極大。主要存在絲束均勻度不穩(wěn)定、毛絲占比高和碳化環(huán)節(jié)毛絲凸顯等問題。因此，大絲束碳纖維的離散系數一般較大。此外，在大絲束碳纖維應用方面也存在諸多技術問題，其中亟待解決的主要是展紗的工藝和浸潤的效果。由于絲束較大、易于集聚，因此展紗效果不好，進而造成樹脂對大絲束纖維束內部浸潤性較差，絲束間容易產生孔隙且容易造成樹脂相的富集與分離等缺陷。另外，在大絲束碳纖維展紗過程中會出現毛絲甚至斷紗，導致纖維破損和混亂，影響預浸料的制備工藝性，材料性能得不到有效轉換，從而導致產品性能不穩(wěn)定，進一步增加了大絲束碳纖維應用難度。規(guī)模效應與持續(xù)降本成為大絲束未來發(fā)展方向。面對大絲束生產的難點，我國企業(yè)研究最佳碳化溫度與時間并改進大絲束碳纖維浸潤與擴展設備，積極謀求降本增效新通路。第一條通路是降低原絲成本。在碳纖維生產過程中，原絲成本占比較高，約占總生產成本的50%。原絲生產過程是將丙烯腈單體聚合制成紡絲原液，然后紡絲成型。丙烯腈價格受原油與供需關系影響，未來隨著原油價格下降與供需關系調整，原絲價格有下降趨勢。此外，隨著聚合、原液、紡絲三大生產環(huán)節(jié)技術提升，丙烯腈及油劑等原材料消耗量將減少，原絲生產效率提高。第二條通路是提高碳化效率。目前，我國大多數碳纖維企業(yè)原絲與碳絲的轉化比約為2.2：1，少數優(yōu)質企業(yè)2：1。公司大量投入研發(fā)打磨技術，未來朝著更低的轉化比前進。原絲與碳絲轉化比的極限值約為1.35：1，各企業(yè)深耕技術升級，最終有望實現1.5：1的超高轉化效率。轉化效率微小的提升帶來的是大幅減少原絲的高額采購成本。此外，碳化過程中需要通過高溫燒到3000℃，需要消耗大量能源。由于轉化效率提高，單位能耗也相應下降。目前生產1噸碳絲大約需花費2噸電，隨著技術升級，能源耗費的成本也有望下降。第三條通路是實現生產設備國產化。目前，我國碳化設備基本依靠國外進口，而國外進口設備價格昂貴，國產設備普遍比進口設備價格低30%-50%。未來伴隨技術升級我們將實現設備國產化，從而降低資本性支出并攤薄折舊費用。大絲束性能通常會弱于小絲束，但是由于其大通量，可以提高碳纖維的單線產能來降低單位成本。隨著眾多企業(yè)大絲束碳纖維產能落地投產，遠期有望可加速規(guī)模效應。3.2.3.加速進行中國企擴產計劃明確，未來碳纖維產量將高位增長。大絲束方面，吉林國興碳纖維目前產能1.5萬噸，預計明年項目投產可達2.5萬噸，2025年達6萬噸；吉林寶旌目前產能8000噸，預計2025年可達1.2萬噸；上海石化目前產能1500噸，1.2萬噸大絲束項目正抓緊建設中，預計今年投產6000噸，2024年底產能全部釋放。小絲束方面，吉林凱美克于2022年6月完成1K、3K碳纖維第二條生產線開車，目前產能600噸；中復神鷹西寧一期項目1.1萬噸產能已投產，加連云港原有產能3500噸以及200噸航空航天高性能碳纖維項目于7月開車，今年合計產能約為14700噸；光威復材當前產能2655噸，預計今年有一條T700/T800的產線可投產，預計產能可達3585噸；此外，預計包頭項目一期4000噸產能將于2023年年初建成；二期6000噸產能會在一期投產后啟動建設，由于一期很多附屬設施已經建好，預估二期建設周期會比一期快一些，2023/2024預期產能分別為7585/13585噸。原絲方面，吉林碳谷目前產能4.5萬噸，十四五期間完成20萬噸原絲的計劃正穩(wěn)步推進，預計今年產能可達8.5萬噸以上。3.3.優(yōu)質賽道，碳纖維長期向好3.3.1.政策加碼助力碳纖維成長擁有高強度高模量等一系列優(yōu)勢、被譽為“新材料之王”的碳纖維備受國家重視。近年來，國家出臺了眾多政策，支持碳纖維生產制備，推動碳纖維行業(yè)發(fā)展。在十四五規(guī)劃和2035年遠景目標綱要中，國家提出要加強碳纖維等高性能纖維及其復合材料的研發(fā)應用。此外，工業(yè)和信息化部、國家發(fā)展改革委聯合印發(fā)《關于化纖工業(yè)高質量發(fā)展的指導意見》，到2025年，規(guī)模以上化纖企業(yè)工業(yè)增加值年均增長5%，化纖產量在全球占比基本穩(wěn)定。形成一批具備較強競爭力的龍頭企業(yè)，構建高端化、智能化、綠色化現代產業(yè)體系，全面建設化纖強國。政策大力扶持為我國碳纖維行業(yè)的發(fā)展添磚加瓦。3.3.2.布局打造一體化產業(yè)鏈碳纖維全產業(yè)鏈可分為原絲制造、碳纖維生產、復合材料產出等三大階段。在原絲制造中，首先要從石油等原燃料中提取丙烯，經氨氧化后得到丙烯腈；丙烯腈經聚合和紡絲之后得到聚丙烯腈（PAN）原絲；再經過預氧化、低溫和高溫碳化后得到碳纖維；碳纖維可制成碳纖維織物和碳纖維預浸料；碳纖維與樹脂、陶瓷等材料結合，可形成碳纖維復合材料，最后由各種成型工藝得到下游應用需要的最終產品。一體化布局優(yōu)勢互補，打造全產業(yè)鏈勢在必行。整體來看，各生產步驟相輔相成，各環(huán)節(jié)核心技術相通，合理進行一體化布局，有望加深企業(yè)對各步驟技術理解、提高生產效率。同時，在充分了解上游原絲供給與下游產品需求后，企業(yè)可根據不同需求更好完成原絲配備，整體生產節(jié)奏更加緊湊。各環(huán)節(jié)來看，原絲制備中實現公司自產，有效減少采購成本；碳化環(huán)節(jié)實現原絲自供，大幅降低運輸成本，并且對原絲了解程度更深，預氧化及碳化技術能充分發(fā)揮應用；復材環(huán)節(jié)可根據不同需求定制化產品，實現精準把控，且下游產品附加值高，可提升盈利能力。一體化產業(yè)鏈布局需要企業(yè)在各個環(huán)節(jié)攻克核心技術，實現完整全產業(yè)鏈落地投產，則有望大幅增加企業(yè)在各生產制造環(huán)節(jié)話語權與定價能力；同時提升企業(yè)綜合知名度，有望逐步擴大市場份額成為國內業(yè)界龍頭，并最終“走出去”，擴大海外出口，增強在全球碳纖維領域的競爭力。3.3.3.國資控股多重受益，碳纖維時代難沒落在我國眾多碳纖維企業(yè)中，大多都是國資控股。吉林化纖實際控制人為吉林市國有資產監(jiān)督管理委員會，中復神鷹實際控制人為中國建材集團有限公司，上海石化實際控制人為國務院國有資產監(jiān)督管理委員會。國資控股會站在更長遠的角度，以產業(yè)長期繁榮興盛為目標，不會局限于一時的向好而造成短視行為。國企遵循公司與行業(yè)內在發(fā)展邏輯，尊重歷史發(fā)展沿革，設定準確的階段性目標，穩(wěn)定擴產路徑節(jié)奏，合理控制產能擴張速度，不盲目擴產低端產能，從而有效避免產品供過于求而價格下降、產能過剩的局面。未來供需均衡，產能擴張合理。吉林化纖集團主要生產大絲束碳纖維，產品應用于風電葉片等領域；中復神鷹主要生產小絲束碳纖維產品，應用于體育休閑、碳碳復材等領域；中簡科技與光威復材主要生產高性能小絲束碳纖維產品，應用于軍事領域。未來各企業(yè)擴產計劃與下游需求增量適度匹配。風電葉片、體育休閑等潛在需求增量大，高端軍品需求增量較小，適合各企業(yè)產能擴張計劃。在健康的供需關系下，碳纖維行業(yè)不會落入產能過剩的局面。國資控股企業(yè)能較好享受政策傾斜優(yōu)惠待遇，并享有更多資源與合作的機會。同時，有國家政府作背書可以較好使企業(yè)獲得貸款、授信等，融資難度相對較低，有充足資金投入研發(fā)、申請專利。截止2022年上半年，中復神鷹申請專利182個，獲得專利85個；上海石化申請專利55件，獲專利授權39件。吉林化纖本體獲得專利27項。在碳纖維這樣一個技術壁壘較高的賽道內，攻克核心技術難題，實現技術升級迭代，可有效解決“卡脖子問題”，撬開高端領域的大門，增強企業(yè)核心競爭力，國資控股的碳纖維企業(yè)未來發(fā)展前景光明。4.主要公司介紹4.1.吉林碳谷——正在崛起的大絲束碳纖維原絲龍頭吉林碳谷于2008年成立，2016年在新三板掛牌，2021年上市北交所。公司主要從事聚丙烯腈基碳纖維原絲的研發(fā)、生產和銷售。公司在國內是首家采用三元水相懸浮聚合兩步法生產碳纖維聚合物，DMAC為溶劑濕法生產碳纖維原絲，致力于成為國內領先、國際知名的聚丙烯腈基碳纖維原絲及相關產品的供應商。公司現在主要生產有1K、3K、6K、l2K、24K、48K等聚丙烯腈基(PAN)碳纖維原絲以及預氧絲。公司主要客戶是碳纖維生產商及碳纖維復合材料生產廠商和貿易商。公司設立之初，擬打破國際巨頭對碳纖維行業(yè)技術的壟斷，專注于攻關小絲束碳纖維原絲，并成功實現了軍工級別的1K、3K、6K等小絲束產品；2016年至今，開始研發(fā)大絲束碳纖維原絲，目前已經實現了24K、25K和48K的穩(wěn)定大規(guī)模生產；未來公司將繼續(xù)在大絲束領域加大研發(fā)投入，力爭未來五年實現35K、50K、75K、100K、480K等系列產品穩(wěn)定大規(guī)模生產，使公司成為全球知名的大絲束碳纖維原絲供應商。公司全部產品碳化后均可以達到T400的穩(wěn)定大規(guī)模生產，部分產品亦實現了碳化后T700的穩(wěn)定規(guī)模生產。公司碳纖維原絲整體規(guī)模、研制、生產能力及技術水平在國內均處于行業(yè)先進水平，并且是國內目前少數可對外銷售原絲的企業(yè)。公司現有原絲產能為4.5萬噸，計劃“十四五”內完成20萬噸原絲擴產計劃，今年產能預計可達8.5萬噸以上。公司所特有的兩步法三元水相懸浮聚合技術聚合反應速率快，克服了溶液聚合后期體系粘度增大導致換熱、脫單困難等難題，具有傳熱效果好、反應平穩(wěn)均衡、聚合釜不易結疤等優(yōu)點，聚合釜體積放大后質量更趨穩(wěn)定，解決目前單個聚合釜生產能力較小問題，易于大規(guī)模、低成本、工業(yè)化生產。4.2.吉林化纖——大絲束+民品是重點公司過去主要從事粘膠長絲、粘膠短纖的生產與銷售，產能分別達8/12萬噸，為全球最大的粘膠長絲廠商。近年來，公司投身碳纖維生產，尤以大絲束碳纖維為主。公司控股49%的吉林寶旌聚焦25-50K大絲束制造，目前產能為8000噸，折合權益產能約4000噸，計劃在十四五期間形成1.2萬噸碳纖維產能，以滿足下游工業(yè)級應用需求；公司全資子公司吉林凱美克聚焦1K、3K小絲束原絲生產，主要以航空航天、國防軍工等特殊應用領域為主，目前產能達600噸；吉林國興碳纖維目前是吉林系最大的碳絲生產商，現有產能約1.5萬噸，預計明年達2.5萬噸，十四五期間完成6萬噸擴產計劃。同時公司利用非公開發(fā)行募集資金到位，緊鑼密鼓地建設年產1.2萬噸碳纖維復材拉擠板項目，主要應用于風電葉片等民用領域，進一步向碳纖維產業(yè)鏈邁進。區(qū)位優(yōu)勢形成產業(yè)集群，打造全產業(yè)鏈一體化布局。公司所處吉林化纖集團位于吉林市，是國家級碳纖維高新技術產業(yè)基地。公司將充分利用好國資平臺優(yōu)勢和產業(yè)集群的資源優(yōu)勢，積極進行資源整合，延申下游產業(yè)鏈，提高產品附加值。同時受益一體化布局降低生產成本，更多資金致力研發(fā)投入，加大新材料市場的開拓力度，提高公司業(yè)務輻射區(qū)域和服務及時性，加強對市場機會