碳纤维因其力学性能优异，轻于铝，却强于铁，且具有高弹性模量、耐高低温、耐腐蚀、耐疲劳等优异特性，广泛应用于各行业，成为21 世纪的“新材料之王”。
自2017年始，国产碳纤维产能扩张加速，2022年国产碳纤维供应量达到4.5万吨，首次高于进口量。多家碳纤维制造企业宣布扩产。碳纤维产业链长，壁垒高。上游聚丙烯腈基性能优越，已成为碳纤维市场主流，占据全球90%市场。中游大丝束碳纤维与小丝束相比，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，拓宽下游企业应用碳纤维的积极性，国产企业布局开启产业化。
｜行业背景
军工材料产业链初步完善
复合纤维材料：关键战略材料
复合材料定义：
由不同材料（包括金属、无机非金属和有机高分子材料）互为基体或增强体，用物理和化学方法在宏观尺度上复合而成的新型材料。而纤维增强复合材料是目前高性能复合材料的重要结构。这种复合材料的增强材料主要是一些高性能纤维。
复合材料分类：
目前三大高性能纤维分别为碳纤维、芳纶纤维、以及超高分子量聚乙烯纤维。三种纤维及其复材凭借各自优异的性能，目前在国防军工领域的应用深度、广度不断提升。而除了这三种纤维外，包括石英纤维、陶瓷纤维相关的复合材料也有相应的军工应用场景。
从三大高性能纤维的地位来看，碳纤维、超高分子量聚乙烯纤维的问世，一定程度压缩了芳纶纤维的应用，但由于纤维性质的差异，三者也均在不同的应用场景有着无可替代的位置，有时甚至还会一起使用。
材料特性：物理化学性能优异的黑色黄金
碳纤维（Carbon Fiber，简称CF）是由有机纤维（粘胶基、沥青基、聚丙烯腈基纤维等）在高温环境下裂解碳化形成碳主链结构，含碳质量分数在95%以上的特种无机纤维，以其优异的物理化学性能被誉为“黑色黄金”。碳纤维一般不会直接使用，通常以碳纤维为增强体，与树脂、金属、陶瓷等为基体结合形成为碳纤维复合材料。
分类：根据原丝类型
碳纤维的原丝主要有聚丙烯腈（PAN）原丝、沥青纤维和粘胶丝，由这三大类原丝生产出的碳纤维分别称为聚丙烯腈（PAN）基碳纤维、沥青基碳纤维和粘胶基碳纤维。
｜碳纤维产业链
产业链：核心碳纤维制备技术壁垒高
碳纤维产业生产制造环节流程长，工序多且复杂，资金、技术和生产壁垒都很高。聚丙烯腈基碳纤维的生产，主要分为两步：第一步是将基础石油化工产品聚丙烯腈通过聚合、纺丝形成碳纤维原丝；第二步是原丝经过整理后，送入氧化炉制得预氧化纤维（俗称预氧丝），预氧丝进入碳化炉制得碳纤维，碳纤维经表面处理、上浆即可得到碳纤维产品。
对于聚丙烯腈（PAN）基碳纤维而言，上游的原丝制备技术是其制备的核心。碳纤维的强度显著地依赖于原丝的微观形态结构及其致密性。质量过关的原丝是产业化的前提，是稳定生产的基础。碳纤维可制成碳纤维织物和碳纤维预浸料；碳纤维与树脂、陶瓷等材料结合，可形成碳纤维复合材料，最后由各种成型工艺得到下游应用需要的最终产品。
工艺：原丝制备
原丝生产主要包括丙烯腈的聚合和纺丝环节。聚合环节将丙烯腈单体、共聚单体、引发剂和溶剂投入聚合釜处理得到聚丙烯腈原液。纺丝环节将聚丙烯腈原液通过细孔量不同（3000/6000/12000等）的纺丝喷头喷丝，制得不同型号（3K/6K/12K等）的原丝，并进行多段水洗降低原丝中溶剂残留量、干燥致密化、卷绕等步骤将原丝卷绕成轴。
工艺：碳化
碳化主要包括原丝的预氧化、碳化、上浆、石墨化等步骤；成品原丝先经过多段氧化炉，在空气气氛下反应获得预氧丝；随后，在氮气保护下，预氧丝分别经过低温碳化和高温碳化得到碳丝；最后对表面进行处理并进行上浆，最终通过烘干制得碳纤维产品；预氧化和碳化过程中，长时间高温环境营造将产生大量能耗，温度控制和时间控制是影响碳纤维成品质量的关键因素。
成本拆分：能源、原料、设备占大头
按照生产流程各环节拆分：前驱体、预氧化以及碳化处理成本较高，其中前驱体主要包含丙烯腈等原材料成本与原丝制造成本，成本占比最高，而预氧化与碳化处理需要高温和高能耗，因此成本也较高。
按照成本构成类型拆分：能源、原材料、设备成本较高，占比分别约34.0%、19.2%和18.2%。碳纤维生产大量使用原材料丙烯腈，根据吉林碳谷年报，每吨原丝需要约0.95-1.0吨丙烯腈；同时生产线设备价值高，能耗大，因此相应的设备成本和能源成本高。
降本路径和投资机会点
｜碳纤维下游应用
全球：需求稳步增长，风电、体育休闲、航空航天是主要构成
全球碳纤维市场稳步扩容：根据赛奥碳纤维《全球碳纤维复合材料市场报告》，2022年全球碳纤维市场需求量13.5万吨，同比+14.4%，市场规模43.86亿美元，同比+29.0%，应用领域持续拓宽下碳纤维需求稳步增长，2008-2022年间需求量CAGR达9.8%。
风电叶片是第一大应用领域，占比达到26%；体育休闲占18%，航空航天占15%，这三大领域的应用超过一半。
我国：全球最大消费市场，增速超过全球平均
中国碳纤维需求量全球居首，国内需求增速高于全球：根据赛奥碳纤维《全球碳纤维复合材料市场报告》，2022年国内碳纤维需求量约7.44万吨，同比+19.3%，2008-2022年间需求量CAGR达17.1%，增速显著高于海外9.8%的复合增速。2022年国内碳纤维需求占全球比值约55.1%，较早期约两成的占比提升显著，已成为全球第一大碳纤维消费市场。
供需关系：全球第一大生产国，进口依赖减弱
截至2023年3月国内碳纤维年产能达10.32万吨，较2021年末的6.27万吨增加约65%。按照运行产能来计算，2022年中国大陆运行产能11.2万吨，占全球运行产能约43.3%，远超美国的4.8万吨。
22H2库存压力激增，持续至23Q1，拖累价格表现：碳纤维较高的生产成本和单价限制其拓展下游应用领域，尤其针对成本较为敏感的民用工业领域。作为碳纤维第一大市场的风电，2022年风电装机不及预期，且招标价格明显下降、整机厂降本诉求上升，严重限制碳纤维渗透率提升。市场主力需求萎缩叠加新增产能集中释放，产能消化难度提升，22H2行业库存快速攀升，23Q1库存水平仍然较高。
碳碳复材：多领域应用驱动需求增长，光伏是核心驱动力
碳碳复材性能优异，主要应用于刹车盘 、航天部件以及光伏用单晶硅片拉制炉的热场系统。假设光伏热场碳碳复材需求量占全部碳碳复材需求量约83%，预测随着光伏装机维持高增、碳基热场渗透率不断提升，2025年国内碳碳复材领域碳纤维需求量约1.6万吨。
压力容器：储氢瓶未来想象空间广阔
目前已实现商业化的高压储氢气瓶主要为I型、II型、III型及IV型四种：加氢站通常使用纯钢制造的I型瓶和II型瓶（钢制内胆，纤维环向缠绕），工作压力在17.5-30MPa，体积较大；车载储氢瓶主要分III型瓶和IV型瓶，均基于碳纤维增强塑料材料，III型瓶内胆为金属，是国内目前氢燃料电池车配备的主要气瓶，IV型瓶内胆为塑料，外部通过碳纤维增强塑料缠绕加工而成，国外已经实际应用，国内尚未批准。
航空航天：高附加值领域，当前核心关注点
碳纤维是航空航天飞行器轻量化理想材料，军用+民用飞机复材渗透率不断提升：航空航天领域对碳纤维的应用主要包括次承力构件和主承力构件，碳纤维的使用能使在保证强度的前提下使飞机结构材料减重20%至40%，从而使飞机整体重量减轻6%至12%，显著降低飞机的燃油成本，提升飞行器的性能和经济效益。C919碳纤维复合材料占整机重量的12%，此外，航空航天领域中的喷管、喉衬、鼻锥、刹车盘等也广泛使用碳纤维复合材料。
交通建设：汽车轻量化远期空间大
碳纤维在交通建设领域的应用主要包括建筑补强、汽车、船舶、轨道交通：建筑补强为碳纤维应用较早的下游应用领域，主要包括桥梁加固、管道修补、房屋加固等，主要应用中间产品有碳纤维编织布（单向布）、拉挤碳板等。2022年国内建筑领域碳纤维用量约3000吨，占比仅为4.2%，而船舶、轨道交通目前碳纤维用量相对较小，占比不足1%，主要应用于竞赛类船舶、超豪华游艇、高速客船以及军事用途的船舶。
｜碳纤维市场格局
竞争格局：海内外产业集中度都很高
全球/国内行业集中度较高，2021年CR5 分别达57%/79%。全球前五大的企业为日本东丽（美国卓尔泰克被东丽收购）、吉林化纤、美国赫氏、东邦/帝人和三菱，2021年合计运行产能及并购产能为11.83 万吨，合计市占率57%。根据《全球碳纤维复合材料市场报告》数据，国内玩家数量更少，集中度相较海外更高，2021年中国碳纤维行业的产能CR5为79%，其中产能靠前的厂商主要为吉林化纤、中复神鹰、宝旌、新创碳谷和江苏恒神等。
竞争格局：低端同质化，高端依赖进口
国内已有多家碳纤维上市公司，覆盖从原丝到应用全产业链。从业绩表现来看，碳纤维上市公司大部分盈利能力极强，净利率2022年普遍在30%左右；中简科技净利率甚至达到恐怖的75%。
｜竞泰投资建议
【投资逻辑】
1）高端国产替代：航空航天用高端碳纤维产能供应不足；
2）平价化扩大应用面：规模效应、设备国产替代、工艺优化等降本路径清晰，碳纤维价格下降能进一步打开应用面。
【投资策略】
1）主链条一级投资机会缺乏：从原丝生产到碳纤维、预浸料，一方面规模效应能显著降低成本，产业链也开始垂直整合；另一方面工艺的积累需要深厚经验，先发优势显著。已上市的几家龙头企业拥有绝对优势，一级投资机会缺乏，只有头部未上市的几家公司还有上市机会，但从估值来看投资价值不大。
2）作为产业运营具有显著优势：
1）盈利能力强，中简科技专做航空航天用碳纤维净利率高达75%，其他家普遍净利率30%左右；
2）业务稳定性强，形成规模效应后产业集中度高，技术壁垒、工艺壁垒、客户壁垒构造高进入门槛；
3）持续具有成长性：中短期看风电、光伏、航空航天；长期看氢能、汽车轻量化等，应用领域广泛。
