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航空装备深度报告：碳纤维总结

核心内容

碳纤维是一种含碳量高于90%的高性能无机纤维，具有轻质高强、耐高温、耐腐蚀、导电导热性好等特性，被誉为“黑色黄金”。其主要以聚丙烯腈（PAN）基碳纤维为主，占全球总产量的90%以上。碳纤维广泛应用于航空航天、风电叶片、体育休闲、压力容器、汽车交通等领域，是国防军工与国民经济的重要战略物资。

主要观点

• 性能优势：碳纤维的强度可达钢材的5~7倍，比重仅为钢材的五分之一，是结构轻量化和高性能应用的理想材料。
• 市场需求：2021年全球碳纤维需求量达11.8万吨，中国需求量为6.24万吨，年增长率达23.2%。航空航天领域需求金额最高，达11.9亿美元，占全球销售金额的34.9%。
• 国产化进展：中国碳纤维国产化率从2009年的12.7%提升至2021年的46.9%，预计2025年将超过60%，高性能碳纤维自给率有望突破80%。
• 技术突破：中国在干喷湿纺工艺上实现突破，中复神鹰、光威复材、中简科技等企业已具备千吨级产业化能力，部分产品性能已达到国际先进水平。
• 应用领域：航空航天、风电叶片、体育休闲是碳纤维的主要应用领域。其中，航空航天需求因新型号列装和无人机发展而快速增长。

关键信息

1. 碳纤维产业链结构

• 上游：提供化工原材料（如丙烯腈）。
• 中游：核心环节，包括原丝、碳纤维、织物、预浸料等，涉及复杂工艺流程，是资本和技术密集型行业。
• 下游：应用领域广泛，包括航空航天、风电叶片、体育休闲、压力容器等。

2. 碳纤维分类

• 按原丝种类：PAN基、沥青基、粘胶基（PAN基为主）。
• 按丝束规格：小丝束（1~24K）和大丝束（≥48K）。
• 按形态：长丝、短纤维、短切纤维。
• 按力学性能：通用型和高性能型（高强型、高强中模型、高模型、高强高模型）。

3. 碳纤维中游产品

• 碳纤维织物：主要产品形式，用于结构件，国内主要供应商为光威复材和中简科技。
• 预浸料：用于复合材料制造，国内主要供应商为光威复材和中航高科。
• 碳纤维复合材料：以树脂基为主，占90%以上市场份额，包括CFRP、C/C、CFRM、CFRC、CFRR等。

4. 高性能碳纤维市场供给格局

• 国际格局：日本东丽、美国赫氏、德国西格里等企业技术领先，掌握高端碳纤维生产技术。
• 中国进展：中复神鹰、光威复材、中简科技等企业在干喷湿纺技术上实现突破，逐步实现高端碳纤维国产化。

5. 主要上市企业

• 中航高科：航空碳纤维预浸料龙头，聚焦主业，盈利能力提升。
• 光威复材：国内产业链最完整企业，产品覆盖军民领域，技术发展迅速。
• 中简科技：专注航空航天领域，高性能碳纤维产品稳定供货。
• 中复神鹰：干喷湿纺工艺领导者，产能和成本优势显著，业绩快速增长。

6. 风电叶片应用

• 风电是碳纤维最大应用领域，2021年全球需求量达3.3万吨，中国为2.25万吨。
• 中国风电叶片碳纤维需求占全球比重超过60%，预计未来将继续增长。

7. 航空航天需求

• 全球航空航天碳纤维需求在2020年受疫情影响下降30%，2021年恢复至1.65万吨。
• 中国航空航天碳纤维需求年均增长29%，预计2025年将达到20.64千吨。
• C919、CR929等国产大飞机将推动碳纤维需求，预计2022年交付将带来碳纤维需求的显著提升。

8. 无人机发展

• 无人机是碳纤维应用的重要增长点，2022年国内产业规模预计突破千亿元。
• 碳纤维复合材料占无人机结构质量的60%~80%，有助于减重和提升性能。

9. 导弹与航天应用

• 碳纤维复合材料在导弹、运载火箭、卫星飞行器中应用广泛，有助于减重和提升性能。
• 美国、日本、法国等国的固体火箭发动机壳体广泛采用碳纤维材料。

风险提示

• 疫情影响宏观经济，可能导致下游需求不及预期。
• 产能提升及消化不及预期的风险。
• 军品降价导致毛利率降低的风险。
• 新型号研制批产进度不及预期的风险。

图表与数据概览

• 图1：碳纤维产业链
• 图2：PAN基碳纤维生产工艺
• 图3：碳纤维织物生产流程
• 图4：预浸料生产流程
• 图5：中游产品及对应国内供应商
• 图6-8：湿法、干法、干喷湿纺工艺示意图
• 图9：日本东丽高性能碳纤维产品
• 图10-23：全球与中国碳纤维市场需求及增长趋势
• 图24-35：航空航天、风电、体育等应用领域需求及增长预测
• 图36-40：风电叶片、无人机、航天器等应用领域数据

总结

碳纤维因其轻质高强、耐高温、耐腐蚀等性能，已成为航空航天、风电叶片、体育休闲等领域的关键材料。中国在碳纤维技术与产业化方面取得了显著进展，国产化率持续提升，未来有望实现高端碳纤维的进口替代。随着国产大飞机、无人机和航天发射任务的增长，碳纤维需求将持续上升，成为航空装备产业的重要支撑。