亚商投顾-“低空经济”带火了它—新材料之王（附股）！

 

事件驱动：3月20日，全球首个获得适航认证的国产自主研发的“空中的士”亿航EH216-S无人驾驶载人航空器在淘宝平台直播间售卖，引来逾60万人观看。无论你有没有做好准备，“低空时代”真的要来了。

 

反观至A股，低空经济持续火爆，近期行情也是扩散至上游碳纤维板块，其中双一科技20cm涨停。与普通飞机类似，对重量敏感的自动飞行器必然也离不开轻量化“王者”——碳纤维复合材料。

 

行业透视

 

碳纤维作为一种轻质、高强度的先进材料，近年来在各个领域展现出了广泛的应用前景。随着科技的不断创新和社会的不断进步，碳纤维行业成为了全球经济的热门领域之一。目前碳纤维行业已步入高速增长期，国产替代进行时，降本实现平价成为带动下游应用拓展的重要方式。未来，随着碳纤维技术的不断成熟和产业链的完善，预计碳纤维行业将迎来更广阔的发展前景。（文末附产业链及相关上市公司梳理）

 

一、碳纤维概述

 

1.碳纤维概念及性能优势

 

碳纤维(Carbon Fiber)是一种丝状碳素材料，由有机纤维经碳化以及石墨化处理而得到的微晶石墨材料，直径 5-10 微米，含碳量高达 90%以上。碳纤维力学性能优异，同时具有轻质、高强度、高弹性模量、耐高低温、耐腐蚀、耐疲劳等优异特性，广泛应用于航空航天、国防、交通、能源、体育休闲等领域。

 

 

2.碳纤维的分类

 

1）按制造原料不同

 

世界碳纤维产业已形成了黏胶基、沥青基和聚丙烯腈基三大原料体系，其中黏胶基和沥青基碳纤维用途较单一，产量也较为有限，而聚丙烯腈基碳纤维兼具良好的结构和功能特性，是碳纤维发展和应用的主要品种。

 

 

2）按纤维数量不同

 

碳纤维按纤维数量不同可分为小丝束和大丝束。小丝束性能优异，但成本较高。碳纤维的开发起初应用于航空航天领域，小丝束性能更能满足航空航天、军工复材的需要，但受成本制约，难以在风电叶片等领域实现推广应用。大丝束在保持碳纤维优良性能的前提下，通过提高单线产能，大幅降低成本，打开碳纤维广泛运用于工业和民用领域大门。

 

3)按力学性能

 

根据不同的强度和模量的力学性能分为高强型、高模型、超高强型、超高模型。作为碳纤维龙头，日本东丽制定的 T 系列和 M 系列性能指标是实践中被运用最广的分类指标。航天航空领域往往要求材料更轻、力学性能更好，因此多采用 T300-T800 强度的碳纤维，而民用如风电、体育领域则多采用 T300强度的碳纤维。

 

 

二、行业现状

 

1.碳纤维长期被日美欧企业垄断，中国企业取得长足进步

 

PAN 基碳纤维的生产起步于 20 世纪 60 年代，日美领先。日本高度重视高性能 PAN 基碳纤维及能源和环境友好相关技术开发，培育出了东丽、三菱等一批碳纤维行业领军企业。目前，世界碳纤维技术仍主要掌握在日本公司手中，其生产的碳纤维无论质量还是数量上均处于世界领先地位，日本东丽更是世界上高性能碳纤维研究与生产“领头羊”。

 

我国碳纤维工业总体上与日本碳纤维的研发同步进行，经历了长期低水平徘徊、技术转型和快速发展 3个阶段。依靠长期自主研发，打破了国外技术装备封锁，碳纤维产业化目前取得长足进步。

 

2.中国成为全球碳纤维最大产能国，国内碳纤维企业群雄幵起

 

2021 年，中国首次超越美国成为全球碳纤维最大产能国。根据赛奥碳纤维，2021 年国内碳纤维产能6.34 万吨，占全球总产能 20.76 万吨的 31%；2022 年中国碳纤维产能占比持续提升，已达到 43%。

 

国内企业已克服低达产率瓶颈。产能利用率从 2015 年的 10.5%达到了 2022 年的 53.3%。

 

 

国内碳纤维企业产能提升，多家企业逐鹿碳纤维行业。以吉林化纤、中复神鹰、光威复材等企业为代表，多家企业布局包括碳纤维原丝、碳纤维在内的产能。

 

 

3.我国小丝束碳纤维初步具备一定的产业基础

 

国内小丝束碳纤维初步具备一定产业基础。以光威复材、中复神鹰等碳纤维企业为代表，国内产品强度、模量等性能逐渐向日本东丽等国际巨头靠拢，已初步实现对领先企业的追赶和对标。

 

但国内小丝束碳纤维仍有较大发展空间，技术突破是根本要素。国内小丝束碳纤维在规模、产品质量稳定性、产品牌号丰富度、与下游应用的匹配性等方面仍有差距，尤其是高端产品方面，未来技术突破仍然是关键。

 

 

三、产业链梳理及分析

 

碳纤维的产业链包含从一次能源到终端应用的完整制造过程，一般分为原丝制备和碳丝制备两个阶段，一般公司也会按照生产环节将生产车间分为原丝车间、碳丝车间。其中原丝制备主要包括聚合、纺丝工段，碳丝制备主要包括预氧化、碳化工段。制成碳纤维后，为进一步提升弹性模量，还可石墨化为石墨纤维。

 

 

碳纤维工艺复杂，涉及多种设备，生产条件要求严格，整个工艺流程中涉及技术参数控制点 3000-5000 个。从全产业链来看，中游是核心环节，技术、资金、设备、产品质量门槛高。

 

1.上游原料

 

以聚丙烯腈基碳纤维为例。丙烯腈原材料丰富易得，可从石油、煤炭、天然气等化石燃料中制备得到。

 

由于国内新增产能不断释放，2014-2022 年我国丙烯腈进口量逐年下降，出口量不断上升。2022 年丙烯晴表观消费达 270 万吨，进口为 10.4 万吨，出口达到 21.7 万吨。随着山东海江、浙江石化等新产能陆续释放，国内自给率不断提升。

 

从历史价格看，丙烯腈价格基本与原油价格走势相一致，近年来波动幅度明显减弱。此外，随着国内近年来丙烯腈产能释放，国产丙烯腈价格从原来高于进口价逐渐趋近于与进口相一致。

 

 

2.中游制造

 

1）原丝制备的生产工艺

 

原丝质量是生产高品质碳纤维的关键。碳纤维的强度显著依赖于原丝的微观形态结构及其致密性，原丝品质缺陷（表面孔洞、沉积、刮伤以及单丝间黏结等），在后续加工中很难消除。

 

原丝本质是高性能的聚丙烯腈纤维（即腈纶），诸多碳纤维巨头起源于化纤和腈纶工业，积累了工业化生产碳纤维的经验。

 

从生产环节看，从丙烯腈制备原丝要通过聚合、纺丝两个环节。原丝的性能取决于其中聚丙烯腈分子的结构和排列形式，其中分子结构的控制主要取决于聚合工艺，排列形式主要取决于纺丝工艺。

 

 

2）碳丝制备的生产工艺

 

预氧化、碳化：成品原丝经多段氧化炉在空气气氛下反应得到预氧丝；预氧丝在氮气保护下，分别经过低温碳化、高温碳化得到碳丝；随后经表面处理后进行上浆，最后经烘干得到高强型碳纤维产品。

 

 

3）碳纤维织物制备

 

碳纤维织物是通过连续碳纤维的相互交叉、绕结等构成的片状材料，按生产工艺的不同又分为机织物和经编织物，按照花纹可以分为平纹、缎纹、斜纹等多种类型。

 

 

4）碳纤维预浸料

 

预浸料是原材料到最终复合材料制品的一种重要中间产品，它的制造方法主要是将连续整齐平行的增强纤维牵引，通过与树脂基体充分浸润收卷成卷材。预浸料是最基础的一款复合材料，过去几乎所有复合材料都是由预浸料经设计、铺层、热压罐等工艺制成的，后来拉挤、缠绕等新工艺的出现使得复合材料的生产可以绕开预浸料这一步骤。

 

预浸料分为单向纤维预浸料（单向承力）和纤维织物预浸料（双向承力），制备方法有树脂溶液法和树脂热熔法，其中热熔法为生产预浸料的主要工艺，可进一步分为一步法和两步法，两步法将预浸料的生产拆分为涂膜和预浸两步骤。

 

 

5）碳纤维复合材料

 

碳纤维复合材料主要以碳纤维为增强材料，以树脂等作为基体，经复合制成的结构或功能材料。复合材料成型工艺种类繁多，囊括了手糊成型、喷射成型、缠绕成型、拉挤成型、模压成型、树脂传递模塑成型（RTM）、HP-RTM、热压罐成型、液体模压成型（LCM)等多种工艺技术。

 

3.下游需求

 

碳纤维应用于高端领域，发展前景广阔。碳纤维具有目前其他材料难以比拟的高比强度（强度比密度）及高比刚度（模量比密度）性能，还具有耐腐蚀、耐疲劳等特性，广泛应用于国防工业以及高性能民用领域，涉及航空航天、海洋工程、新能源装备、工程机械、交通设施等，是一种国家亟需、应用前景广阔的战略性新材料。

 

 

四、行业的投资逻辑

 

1.国内企业大规模扩产，碳纤维行业将迎来爆发期

 

国内碳纤维龙头大规模扩产，将改变世界碳纤维产能格局。从全球碳纤维企业的后续扩产计划来看，碳纤维产能扩张主要以中国企业为主。国内碳纤维行业目前产能集中度较高，根据百川盈孚，2022 年CR4 为 67.3%。国产碳纤维厂商扩产持续推进，将改变全球碳纤维供应格局，国产碳纤维迎来发展黄金机遇期。

 

 

2.多因素助推碳纤维渗透率提升

 

根据赛奥碳纤维，2020-2022 年国内风电企业碳纤维需求量约为0.25/0.45/0.480 万吨（不含维斯塔斯），对应渗透率约为 3%/6%/7%。未来随着维斯塔斯拉挤工艺专利到期、国内碳纤维持续降本增效、海上风电快速渗透及风机大型化趋势等多重利好因素叠加，假设2023 年-2025 年碳纤维渗透率为 12%/25%/40%，则预计对应碳纤维需求量为 0.73/1.80/3.67 万吨。远期假设我国年新增风电装机达 100GW 且碳纤维渗透率达 100%，则理论最大碳纤维需求有望达 13.1万吨。

 

 

3.航空航天：目前需求主要集中在商用、军用飞机和无人机，未来卫星、火箭、大飞机、机器人等领域有望实现需求持续增长

 

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。

 

目前在航空航天领域，全球碳纤维需求主要集中在商用飞机、军用飞机和无人机三大领域。根据赛奥碳纤维发布报告，随着疫情逐步消散，商用航空持续回暖，2023 年加速回暖，回到 2019 年水平；其他航空市场如无人机、军机等受疫情影响不大，依然保持较高速稳定增长。

 

 

4.机器人有望打开碳纤维新的增量市场

 

碳纤维高性能复材有望逐步代替传统金属材料制作机器人零部件。相较于传统机械臂的铝、钢等金属材料，碳纤维复合材料的密度更低，在机器人关节、机械手臂、手臂连杆等机器人零部件上帮助机器人显著减重，降低惯量，提高操作速度，降低挠度。此外，碳纤维在强度、比模量、导电性、热膨胀系数、抗振吸能性、耐蚀性等各方面特性的优势都更为突出。

 

 

5.汽车领域：汽车轻量化将带动对碳纤维的需求逐渐放量

 

碳纤维复合材料应用于汽车领域具有质量轻、强度高、抗冲击性好、减震隔音性能高的优势，同时提高汽车集成度，减少零部件，有助于降低汽车生产线投资规模。

 

汽车轻量化是大势所趋，同时新能源车对减重需求更高，将带动对碳纤维的需求逐渐放量。根据赛奥碳纤维，预计 2025 年全球汽车领域碳纤维需求达 1.44 万吨，2021-2025 年 CAGR 为 11%左右。

 

 

6.飞行汽车进一步推动碳纤维发展

 

与传统汽车相比，飞行汽车更有望成为轻量化材料的重要推动力量。传统汽车对于轻量化材料的需求出发点，更多是提升汽车燃油效率、降低污染物排放量，而非传统汽车本身的刚性需求；飞行汽车对轻量化材料的需求则关系其能不能真正拥有安全飞行以及可靠续航的能力，是飞行汽车本身的刚性需求。随着飞行汽车的逐步量产及推广，轻量化材料将走入越来越多人们的视线之中。

 

预计2030年飞行汽车对碳纤维的需求占2022年全球碳纤维供应比重约2.16%。据StratviewResearch预测，eVTOL行业对复合材料的需求将在未来六年内大幅增长，预计将从2024年的约110万磅（约499吨）激增至2030年的2590万磅（约11748吨），增长幅度约20倍，其中碳纤维复合材料用量占比约90%，结合碳纤维复合材料中碳纤维体积含量以及相关密度数据，预计eVTOL的碳纤维用量约为7256.12吨，占2022年全球碳纤维供应比重约为2.16%。

 

 

五、行业主要上市公司梳理

 

碳纤维被称为新材料之王，赛场上，它助力运动员刷新纪录；生活中，它让轻装上阵成为习惯；太空里，它向金属材料发起凌厉冲击。世界上具备碳纤维研发和规模化生产能力的国家屈指可数，中国便是其中之一。

 

从新材料领域理解，新质生产力的“新”第一个是性能新，第二个是工艺新，第三个是应用领域新，而碳纤维就是新质生产力中材料领域的典型代表。

 

长期以来，我国碳纤维消费高度依赖进口，进口比例超50%。随着国产碳纤维不断缩小技术和性能差距，尤其是吉林化纤、中复神鹰等主要碳纤维厂商大量扩产，碳纤维国产化率持续提升，未来对外依存度有望持续下降。需求端国内下游新能源、航空航天等领域需求旺盛，预计碳纤维行业将迎来快速发展。相关企业梳理如下：

 

1）基本实现与东丽对标的民用高性能碳纤维领导者：中复神鹰；

2）碳纤维全产业龙头：光威复材；

3）碳纤维原丝龙头：吉林碳谷；

4）粘胶长丝龙头，依托集团力量快速扩张碳纤维产能：吉林化纤；

5）建设国内首套万吨级48K大丝束碳纤维国产化装置：上海石化；

6）军用碳纤维龙头：中简科技；

7）碳纤维-预浸料-复材一体化发展，军民碳纤维均覆盖：恒神股份；

8）碳纤维碳化设备龙头：精工科技。

此外，碳纤维复合材料生产企业有望受益于碳纤维价格下行，如金博股份、天宜上佳等。

 

风险提示：碳纤维产能扩张不及预期、碳纤维国产替代进程的不确定性等

 

参考资料：20240122--慧博智能投研—碳纤维行业深度

               20240105--国海证券—底部渐现，航空航天和机器人有望成需求热点

 

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