作為一種含碳量較高（一般在90%以下）的特種纖維，碳纖維（carbonfiber，簡稱CF）既有一般碳材料耐高溫、耐摩擦、導電、導熱及耐腐蝕的特性，又有外形各向異性顯著、柔軟，以及纖維軸向強度高的特點。與鈦、鋼、鋁等金屬材料相比，具有強度大、模量高、密度低、線膨脹系數小等特點。
碳纖維通常與樹脂、金屬、陶瓷等基體復合，制成復合材料。近年來，碳纖維復合材料需求日益增長，廣泛應用于航天、航空、汽車、電子、機械、化工、輕紡、運動器材和休閑用品等領域，未來前景可期?！ ?/p>
國際市場
1.生產供應狀況
相關數據顯示，2021年全球碳纖維產能約為17萬噸/年，實際產量約為11.5萬噸。世界碳纖維產能居前列的國家為美國、中國和日本，合計產能約占全球總產能的60%。其中，美國占22%，中國占21%，日本占17%。據賽奧碳纖維數據，2020年美國碳纖維產量為3.73萬噸，日本產量為2.92萬噸。世界產能位列前五的生產企業依次為日本東麗（Toray）5.5萬噸/年、德國SGL碳纖維1.3萬噸/年、日本三菱（MCCFC）1.6萬噸/年、日本帝人（Teijin）1.4萬噸/年和美國赫氏（Hexcel）1.6萬噸/年。
由于碳纖維工藝流程復雜，存在工藝、技術、資金壁壘，屬于重資產行業，投資門檻較高，萬噸產線投資額約20億。美日企業的碳纖維技術/應用起步早，具備先發優勢，形成壟斷。日本碳纖維企業在世界多地開展投資并購活動，在北美、歐洲等區域均有布局，其中日本東麗在美國的產能規模超過本土。2021年日本東麗、帝人、三菱3家合計產能高達8.5萬噸/年，約占全球總產能的50%。
2.需求穩定增長
因優良性能，碳纖維在很多領域對傳統材料的替代程度日益提升。2020年全球碳纖維的整體需求量約11萬噸，市場規模為20億美元。2025年需求有望達到20萬噸左右。據Lucintel公司預測，2026年全球碳纖維市場規模有望達到29億美元，2030年整體需求量有望達到40萬噸?！ ?/p>
據統計，2020年下游需求結構（按模量）：標模-大絲束45.2%，標模-小絲束40.9%，中模量13.3%，高模量0.6%。下游需求占比主要為：風電葉片約29%；航空航天15%；體育休閑14%，主要用于高爾夫球桿、自行車架、釣魚竿、球拍、曲棍球棍等高端休閑體育市場；汽車12%。從碳纖維產品類型來看，因風電需求強勁，2020大絲束產品的需求量從40%提升到45%。2020年全球碳纖維應用分布詳見圖1。
2020年全球風電渦輪機累計裝機量約為724GW，預計到2025年將達到1079GW，復合年增長率約為8.3%。目前海上風機占全球風機累計裝機量僅5%，在碳中和背景下，風電市場將保持高景氣，海上風電發展空間巨大。隨著海上風電比例提升，風機葉片大型化與大功率成為未來方向，對碳纖維的需求量將大幅增長。2025年全球風電葉片碳纖維的需求量預計將增至10萬噸。未來全球碳纖維復合材料的發展機遇還將拓展到醫療領域，應用前景十分廣闊。
國內市場
國內碳纖維工業起步于20世紀60年代，主要經歷了以下幾個發展階段：2005年產能約占世界產能的1%；2010年在建低端產能過剩；2016—2020年“十三五”期間，需求增速一直維持在兩位數以上。
我國碳纖維品種日益豐富，質量不斷提高。已經建立起從CCFM-550（M55J級）、CCF-4（T800級）、CCF-3（T700級）、CCF-1（T300級）的聚丙烯腈碳纖維的制備技術研發到工程化，再到千噸級產業化的完整的產業體系，具有產業化能力的碳纖維產品已經涵蓋高強、高強中模、高模、高強高模四個系列。
我國的T300級碳纖維系列性能基本達到國際水平，在航空領域的應用漸趨成熟，民用市場也逐步開拓；T700級高性能碳纖維突破了干噴濕紡工藝，產業化生產及應用正在加速。此外，我國創新性開發了濕法紡絲T700級碳纖維制備工藝，產品已應用于航空領域。在實驗室條件下，T1000級、T1100級和M55J級高性能碳纖維已經突破關鍵制備技術。
1.供不應求，依賴進口
目前國內碳纖維自給率不足40%。2020年我國碳纖維總需求量為4.89萬噸，國產碳纖維供應量僅為1.85萬噸，供求缺口約3萬噸，需要進口來彌補，國產替代空間較大。根據百川盈孚數據，截至2021年10月，我國碳纖維產能雖達4.18萬噸/年，但行業總開工率并不高，行業長期以來存在著“有產能而無產量”的現象。2021年大陸地區的產能利用率僅在55%左右。但頭部的碳纖維企業產能利用率較高，能夠達到90%左右。目前我國碳纖維庫存量已降至低位。到2025年國產化率有望提升至55%。
國內下游需求占比主要為：風電葉片約41%、體育休閑30%；航空航天和汽車等消費占比較低，分別為4%和2%。國內碳纖維應用分布詳見圖2。
全球近90%的碳纖維體育器材產自中國，主要是生產高爾夫球桿、自行車和釣魚竿等產品。對碳纖維的需求呈現高低端并存的局面，需求主要以T300級、T700級為主，包括少量T800級和高模量產品。規格以3K、12K等小絲束為主，需求種類較多。
2.新能源領域需求暴漲
隨著國內碳中和、碳達峰等系列環保政策實施，來自風電、光伏、氫能等多個下游領域的廣泛需求，讓國內碳纖維市場迎來爆發式增長。
據相關研究報告顯示，2020年我國風電用碳纖維需求約為2萬噸。在碳中和背景下，風電市場將高景氣快速發展，大型化、大功率風機葉片需求勢必帶動對碳纖維的需求。2025年全球風電葉片碳纖維的需求量預計將增至10萬噸，我國風電用碳纖維需求量將達5.5萬噸。目前，我國風電碳纖維（原料依靠進口）和用戶兩頭在外的比列高達85%，隨著未來國產大絲束的突破，國產替代率將大幅提升。
隨著綠色氫能的廣泛應用，目前消費占比4%的壓力容器用碳纖維使用量，未來亦將大幅增長。制造儲氫罐最主要的材料是碳纖維，據美國DOE數據，儲氫罐碳纖維成本占比超過50%。根據《2020全球碳纖維復合材料市場報告》，全球范圍內壓力容器碳纖維需求2025/2030年可達2.19/18萬噸。
新能源氫能車的發展也將帶動儲氫瓶需求增加，使其對碳纖維的需求激增。根據中國氫能聯盟發布的《中國氫能源及燃料電池產業白皮書》，預計到2025年，我國氫能源汽車數量達到5萬輛，加氫站數量200座；到2035年，加氫站數量將達1500座，燃料電池汽車數量將達1500萬輛。預計到2025年，儲氫瓶領域對碳纖維的需求量將達2500噸左右。
受光伏行業拉動，碳碳復材有望保持快速增長，帶動碳碳復材用碳纖維需求提升，預計2025年光伏碳碳復材碳纖維需求量將達到2.1萬噸。
3.市場供應集中
我國碳纖維行業產能主要集中于頭部企業，市場集中度較高。名列前五的生產企業市場占比約為77%。
國內現有碳纖維企業數量雖多，超過30家，但是大部分企業規模較小，單線名義產能僅為百噸級，遠小于市場化生產規模。碳纖維生產規?；梢杂行У亟档蜕a成本。隨著生產規模、產量的增加，非直接生產因素占總成本的比例逐漸減小。根據《碳纖維產業化發展及成本分析》統計，原絲和碳纖維的產能和生產成本呈反比關系，千噸級碳纖維產線每年成本較百噸級產線下降18%。大規模原絲(3000噸/年)和碳纖維(1000噸/年)直接生產費用分別是小規模原絲(250噸/年)和碳纖維(100噸/年)直接生產費用的61%和48%。
4.擴能加速
“十四五”期間，我國碳纖維及原絲的有效產能將快速擴張。據不完全統計，我國已規劃及在建的碳纖維產能共計24.3萬噸/年，產能利用率亦將穩步提升，預計未來我國碳纖維供需緊張的格局將逐漸緩和。
相關國家政策中對碳纖維的規劃目標為：國產碳纖維復合材料滿足大飛機等重要裝備的技術要求，在海洋與建筑工程、新能源整車制造示范應用，國產碳纖維年用量達到4000噸以上；高性能纖維基本實現自主保障，高性能纖維復合材料在工業裝備上的應用占比超過50%，在新一代航天裝備上實現批量應用，在民機領域實現示范應用，取得民航認證。發展重點為：國產高強碳纖維及其復合材料技術成熟度達到9級，高強中模、高模高強碳纖維及其復合材料技術成熟度達到9級，航空用碳纖維復合材料部分關鍵部件取得CAAC/FAA/EASA等適航認證；開發低成本高性能的碳碳復合材料。關鍵的設備為24K以上絲束碳纖維大規模生產裝備；碳纖維復合材料連續自動化智能制造裝備。
部分龍頭企業情況
據未來智庫報告顯示，海外龍頭碳纖維企業積淀深厚，國內企業也在積極布局之中。
1.東麗：產能全球第一
東麗作為全球碳纖維企業龍頭，碳纖維業務持續增長。20世紀70年代石油價格飆升拉動了飛機輕量化的需求，東麗以此為契機將碳纖維材料應用于航空領域，并于隨后幾十年間持續在全球擴張產能及業務布局。以航空業務為基礎上，東麗又陸續進入汽車、風電等高端民用領域。日本東麗全球生產能力分布主要是按照絲束規格進行區分，目前其小絲束碳纖維（1k~24k）產品全球生產基地分別位于日本、法國、美國和韓國。根據東麗年報，截至2021年3月末，東麗小絲束產能為2.9萬噸/年；大絲束碳纖維（>24k，主要是收購的Zoltek公司）產能則分別位于匈牙利和墨西哥，截至2021年3月末，東麗大絲束產能達2.6萬噸/年。根據東麗發布的公開信息，2020年東麗碳纖維收入結構中，工業、航空和休閑體育分別占比59%、33%和8%。
2.赫氏：航空航天領域標桿
赫氏是美國最大的碳纖維生產商和復合材料供應商。赫氏成立于1946年，其碳纖維材料于1953年首次應用于第一架復合材料制造的轟炸機與戰斗機。其后，公司在軍品業務基礎上不斷發展民品材料，空客及波音主要機型均采用了赫氏碳纖維復合材料；此外，公司也相繼參與了阿波羅登月、哥倫比亞航天飛機制造等多項美國航天探索計劃。也正是在商用及軍用航天業務的持續深耕，才塑造了當今赫氏在美國碳纖維復合材料的龍頭地位?！ ?/p>
3.中復神鷹：技術與產品不斷突破
根據中復神鷹招股說明書，中復神鷹碳纖維股份有限公司于2006年在連云港成立。2007年10月，中國建材集團注資公司，并開啟萬噸碳纖維生產基地的建設。2008年建成千噸級SYT35（T300級）碳纖維生產線。2012年，通過三年自主研發，突破了干噴濕紡技術的瓶頸，實現千噸級SYT49（T700級碳纖維）的投產。2017年實現千噸級SYT55（T800級碳纖維）規模生產和穩定供應。2019年率先實現SYT65（T1000級碳纖維）的百噸工程化。
中復神鷹和東麗同樣采用率先發展小絲束的技術路徑，產品下游應用領域廣泛，包括航空航天、風電葉片、體育休閑、壓力容器、碳碳復合材料和交通建設等。
4.光威復材：全產業鏈協同發展
光威復材成立于1992年，是國內碳纖維行業首家A股上市公司，碳纖維、碳纖維織物、碳梁、預浸料和機械制造均有業務布局，全產業鏈協同發展。光威復材公司預計2022年新增產能4000噸/年，合計達7855噸/年，后續6000噸/年產能還將逐步投產。
5.吉林碳谷：碳纖維原絲龍頭
吉林碳谷是國內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的企業。2020年實現營收11.0億元，其中碳纖維業務收入5.9億，同比增長91.4%；實現歸母凈利潤1.4億元（丙烯腈貿易業務毛利極低，利潤主要來自碳纖維業務），實現扭虧。2020年6月后，公司停止丙烯腈貿易業務，聚焦碳纖維業務。