化学纤维行业新材料系列报告之一：碳纤维，高性能碳纤维及下游高端工业应用逐步成熟，碳纤维国产化曙光已现-20170920-申万宏源-42页-2mb

碳纤维行业分析总结

核心内容

碳纤维是一种高性能材料，因其轻质和优异的力学性能，被广泛应用于航空航天、汽车、风电叶片等领域，被誉为“21世纪的黑色黄金”。2016年全球碳纤维需求为7.65万吨，预计到2020年将增长至11.20万吨，年复合增长率约为11.6%。碳纤维复合材料市场在2016年达到213.4亿美元，其中树脂基复合材料占69%的市场份额。

主要观点

• 市场需求广阔：碳纤维在多个高端工业领域有广泛应用，包括航空航天、汽车轻量化、风电叶片等，市场需求持续增长。
• 国产化进程加快：中国碳纤维行业虽起步较早，但因技术落后、产品一致性差、成本高，导致进口依赖度超过80%。近年来，随着技术突破和政策支持，国产高性能碳纤维逐步实现量产，国产化趋势初现。
• 产业链完整：碳纤维产业链包括原丝生产、氧化碳化、中间材料、复合材料四个环节，其中预浸料是主流中间材料，下游产品附加值显著提升。
• 成本控制关键：碳纤维成本主要由原丝决定，占总成本的51%。通过规模效应、沥青基碳纤维生产、产业链整合等方式，有助于降低生产成本。
• 应用领域升级：国内碳纤维应用正从低端体育休闲向高端工业应用扩展，如航空航天、新能源汽车等。

关键信息

• 碳纤维分类：按原丝种类分为PAN基、沥青基和粘胶基碳纤维，其中PAN基碳纤维占总量的90%以上。按性能分为通用型和高性能型，高性能型包括高强型和高模型。
• 技术突破：国内企业如中复神鹰、恒神股份、中安信、光威复材等已掌握干喷湿法原丝制备工艺，实现T700/T800级碳纤维稳定量产。
• 产业链布局：重点推荐光威复材、康得新、国恩股份、金发科技等具备全产业链布局的龙头企业。
• 装备依赖海外：氧化炉和碳化炉等关键设备主要依赖海外厂商，如DESPATCH和Eisenmann，其技术领先，具备高产能和低能耗特点。
• 行业发展趋势：随着技术进步和政策支持，碳纤维行业进入发展拐点，未来将受益于航空航天、新能源汽车等领域的快速增长。

市场应用

• 航空航天：碳纤维在飞机结构中的应用逐步扩大，如空客A380和波音787等机型已广泛应用碳纤维复合材料，2016年需求占全球航空航天领域碳纤维需求的70%。
• 汽车轻量化：碳纤维因其高比强度和比模量，成为汽车轻量化的优选材料。宝马、日产、丰田等企业已广泛应用碳纤维在汽车零部件中，预计2020年汽车对碳纤维的需求将达1.1万吨。
• 风电叶片：风机大型化趋势推动碳纤维在叶片中的应用，碳纤维叶片相比玻纤叶片更轻，经济性更好。预计2018年风电领域对碳纤维的需求将达2.05万吨。
• 体育休闲：碳纤维广泛用于高尔夫球杆、自行车、钓鱼竿等产品，预计年均增长率约为3%。
• 一般工业：碳纤维用于建筑物补强、压力容器等，预计2018年一般工业领域需求达18500吨。

国内外发展形势

• 全球市场集中：全球碳纤维市场高度集中，前五大企业占据58%的产能，其中日本企业主导小丝束市场，欧美企业主导大丝束市场。
• 国内进口替代空间大：国内碳纤维产能利用率仅为15%，进口依赖度超过80%。随着技术进步和政策扶持，国产碳纤维有望逐步替代进口产品。

投资建议与风险提示

• 投资建议：重点推荐光威复材、康得新、国恩股份等具备全产业链布局的企业，关注中简科技、恒神股份等正在推进国产化进程的企业。
• 风险提示：下游需求不及预期、高性能碳纤维产能释放不及预期。

图表与数据

• 图1：PAN基碳纤维占比超90%
• 图2：碳纤维根据性能分为通用型和高性能型
• 图3：碳纤维及其复合材料生产过程
• 图4：原丝残留溶剂量越低，碳纤维拉伸强度越大
• 图5：PAN原丝生产工艺流程图
• 图6：原丝生产的工艺方法划分标准
• 图7：湿法和干喷湿法纺丝示意图
• 图8：主要中间体及成型方法
• 图9：树脂基复合材料占碳纤维复合材料市场份额的69%
• 图10：碳纤维到碳纤维复合材料制品的形式分布及用量情况
• 图11：C/C复合材料的制造工艺流程图
• 图12：C/C复合刹车副
• 图13：碳纤维生产线设备图
• 图14：DESPATCH氧化炉采取中央到两端的吹风方式
• 图15：Eisenmann碳化炉
• 图16：手工铺层最大好处是树脂和纤维含量可控
• 图17：热压罐加压固化后层间结合紧密，机械强度优
• 图18：RTM工艺量产车顶
• 图19：克莱斯玛菲公司生产的HP-RTM生产装置
• 图20：全球碳纤维市场发展历程四个时期
• 图21：2016年全球碳纤维需求7.65万吨，预计2020年为11.2万吨
• 图22：2016年全球碳纤维应用领域分布
• 图23：2016年中国碳纤维需求1.96万吨，预计2020年为3.08万吨
• 图24：2016年中国碳纤维需求以休闲体育为主
• 图25：国外商用飞机碳纤维复合材料应用占比
• 图26：2016年航空航天领域商用飞机对碳纤维需求占70%
• 图27：2013-2033全球将新增36770架客机
• 图28：宝马采用碳纤维复合材料的量产车型
• 图29：碳纤维复材在宝马汽车零部件的应用比例
• 图30：德国SGL是宝马碳纤维材料的核心供应商
• 图31：预计2020年汽车对碳纤维需求量将达到1.1万吨
• 图32：风机组组正朝着大型化发展，叶片越来越长
• 图33：风机叶片长度超过40m后采用碳纤维更为经济
• 图34：碳纤维在风机叶片中的主要应用部位
• 图35：风电新增装机容量仍将平稳增长
• 图36：14-18年风电碳纤维需求复合增速达到16%
• 图37：碳纤维高尔夫球杆
• 图38：碳纤维自行车备受专业车手的喜爱
• 图39：碳纤维用于建筑物补强
• 图40：单个压缩气罐碳纤维用量为10-20Kg
• 图41：单线产能超过1000t是碳纤维生产的“经济区”
• 图42：沥青基碳纤维生产成本更低
• 图43：德国SGL已经建立起完整的碳纤维产业链
• 图44：全球碳纤维产能前十企业（千吨）
• 图45：全球小丝束企业集中在日本
• 图46：全球大丝束企业集中在欧美
• 图47：碳纤维企业三大梯队
• 图48：台塑和Aksa碳纤维具备价格优势
• 图49：国内碳纤维产能前十企业（千吨）

表格数据

• 表1：碳纤维成本拆分
• 表2：预氧化和碳化工艺对比
• 表3：热固性和热塑性树脂复合材料性能对比
• 表4：碳纤维产业链越到下游附加值越高
• 表5：碳纤维及复合材料生产主要设备
• 表6：Eisenmann的低温碳化炉技术指标
• 表7：自动化水平的提高降低了制造过程的成本
• 表8：保守估计2018年民用客机对碳纤维需求将增加6429吨以上
• 表9：碳纤维在汽车上的应用实例
• 表10：采用碳纤维制作风机叶片可以有效降低叶片自重
• 表11：碳纤维产业政策
• 表12：国内主要碳纤维企业原丝、碳纤维产能及技术水平