如需原文档，请登陆未来智库www.vzkoo.com，搜索下载。
目录：
1、碳纤维的概念、特点和分类
2、碳纤维行业发展概况
3、碳纤维产业链
4、碳纤维复材应用领域及其市场
5、碳纤维行业相关公司及单位
1、碳纤维的概念、特点和分类
1.1、碳纤维的概念、特点
碳纤维（Carbon Fiber，简称 CF）是由聚丙烯腈（PAN）(或沥青、粘胶)等有机母体纤维，在高温环境下裂解碳化形成碳主链机构，含碳量在 90%以上的无机高分子纤维。
碳纤维具有出色的力学性能和化学稳定性，密度比铝低，强度比钢高，是目前已大量生产的高性能纤维中具有最高的比强度和最高的比模量的纤维，拥有质轻、高强度、高模量、导电、导热、耐高温、耐腐蚀、抗冲刷、可复合性等一系列其他材料所不可替代的优良性能。碳纤维除了应用于体育用品、汽车工业、能源装备、医疗器械、建筑及其结构补强等民用领域外，还广泛应用于国防军工领域，是火箭、卫星、导弹、战斗机和舰船等尖端武器装备必不可少的战略新兴材料、国民经济发展不可或缺的重要战略物资。
1.2、碳纤维的分类
碳纤维可以按照原丝类型、制造条件和方法、力学性能、丝束大小等维度进行分类。
1.2.1 按原丝类型分类
按照原丝类型进行分类，PAN 基碳纤维相较于其他两种碳纤维工艺难度更低，并且拥有优异的成品品质和优良的力学性能，是碳纤维的主流。据中国化学纤维工业协会，PAN 基碳纤维占据市场 90%以上的份额，而粘胶纤维不足 1%。
1.2.2 按力学性能分类
碳纤维在应用时多是利用其优良的力学性能作为增强材料使用，因此更多的是按其力学性能进行分类。在实务中，拉伸强度和模量是国际碳纤维分类的主要标准。我国已于 2011 年 11 月 13 日颁布了《聚丙烯腈（PAN）基碳纤维国家标准（GB/T26752-2011）》，由于日本东丽在全球碳纤维行业具有绝对领先优势，国内一般采用日本东丽（TORAY）标准进行分类。
1.2.3 按丝束大小分类
在按丝束大小分类中，K 表示碳纤维单丝的数量，如 1K 代表一束纤维丝里包含了1000 根单丝。一般而言，每束碳纤维根数小于 24000 根（24K）的被称为小丝束；大于 48000 根（48K）的则称为大丝束。小丝束碳纤维在工艺控制上要求更严格，碳化等设备造价高，初期以 1K、3K、6K 为主，逐渐发展为 12K 和 24K，主要应用于国防工业和高技术领域，如飞机、导弹、火箭、卫星等；大丝束碳纤维成本相对较低，具有更高的性能/价格比，主要应用于纺织、医药卫生、机电、土木建筑、交通运输和能源等领域。
2、碳纤维行业发展概况
碳纤维作为一种生产工艺较为复杂，技术附加值高，政治敏感性强的战略新材料技术被国外长期封锁，产能主要集中在日本、欧美等少数发达国家。
2.1、国际碳纤维发展概况
国际上 PAN 基碳纤维的生产起步于 20 世纪 50 年代末，经过 70~80 年代的稳定发展，90 年代的飞速发展，到 21 世纪初其生产工艺技术已逐步成熟。行业发展初期，碳纤维主要用于军工和宇航，经过 50 余年的发展，现正在向工业领域和普通民用领域延伸。
2.2、国内碳纤维发展概况
我国碳纤维工业的起步可以追溯到 20 世纪 60 年代，但在关键技术、产量和行业集中度方面与西方发达国家存在较大差距。
总体而言，五十多年来，我国碳纤维产业经过长期自主研发，从无到有，从小到大，打破了国外技术装备封锁，碳纤维产业化取得初步成果。从 20 世纪 60 年代的中科院山西煤化所、长春应用化学研究所、化学研究所（北京）等科研机构为主体，发展到初步形成以江苏、山东和吉林等地为主的碳纤维产业聚集地。近年来，在国家的大力扶持下，国内碳纤维产业取得了重大突破，碳纤维及应用领域的技术水平和产业化程度出现了加速发展的势头，进入前所未有的新的发展阶段。
3、碳纤维产业链
完整的碳纤维产业链包含从原油到终端应用的完整制造过程：先从石油、煤炭、天然气等化石燃料中制得丙烯，并经氨氧化后得到丙烯腈；丙烯腈经聚合和纺丝之后得到聚丙烯腈（PAN）原丝；再经过预氧化、低温和高温碳化后得到碳纤维；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。碳纤维产业链涉及的核心环节很多，主要有上游原丝生产、中游碳化、下游复合材料编织成型等。
3.1、原丝与碳纤维
3.1.1 原丝
对于 PAN 基碳纤维而言，原丝制备技术是其制备的核心。据《高科技纤维与应用》，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。如果原丝的分子结构和聚集态结构存在不同程度的缺陷,必将严重影响碳纤维的质量和性能。质量过关的原丝是产业化的前提，是稳定生产的基础。
对于 PAN 原丝，经过长期技术研发与工程化实践，逐渐形成 PAN 溶液湿法纺丝和干湿法纺丝两种制备工艺。干湿法纺丝兼备干法和湿法的优点，可纺出高性能碳纤维原丝，日本东丽生产的 T700、T800、T1000 碳纤维均是通过干湿法纺丝工艺制备的。干湿法纺丝即干喷湿纺，纺丝液经喷丝孔喷出后不立即进入凝固浴，而是先经过空气层，再进入凝固浴进行双扩散、相分离和形成丝条。干喷湿纺可纺高相对分子质量、高固质量分数和高粘度的纺丝溶液，且可实现高速纺丝。同时，纺出的纤维体密度较高，表面平滑没有沟槽，可制得高性能碳纤维。
吉林碳谷、上海石化是碳纤维原丝领域的重量级企业。吉林碳谷将原丝商品化，原丝业务占其 2017 年总营收的 90%以上；上海石化是国内少有的、拥有自主腈纶技术、装备完全国产化的企业，具备在现有的腈纶装置上生产原丝的技术能力。
3.1.2 碳纤维
原丝经预氧化、低温碳化、高温碳化工艺即可制成碳纤维，再经石墨化即可制得石墨纤维，石墨纤维是含碳量高于 99%的碳纤维。
3.2、碳纤维制品
碳纤维生产出来后，除了缠绕成型可以直接使用碳纤维外，还可以制成碳纤维织物、碳纤维预浸料和短切纤维。
3.2.1 碳纤维织物
碳纤维织物是通过连续碳纤维的相互交叉、烧结等构成的片状材料，是碳纤维重要的应用形式。据《棉纺织纤维》，按照碳纤维织物中纱线的取向，碳纤维织物可分为单向织物、双向织物(分平纹、斜纹和缎纹)和多轴向织物。
3.2.2 碳纤维预浸料
碳纤维预浸料是由增强体，如碳纤维纱、树脂基体、离型纸等材料，经过涂膜、热压、冷却、覆膜、卷取等工艺加工而成的复合材料，又名碳纤维预浸布，是原材料和最终复合材料制品之间的一种中间产品。碳纤维预浸料的生产主要有热熔法和溶液浸渍法。
3.2.3 短切碳纤维
短切碳纤维是由碳纤维长丝经纤维切断机短切而成，其基本性能主要取决于其原料——碳纤维长丝的性能。短纤维具有分散均匀、喂料方式多样、工艺简单等的优点，可以应用于碳纤维长丝所不适合的特殊领域。
3.3、碳纤维复合材料
碳纤维复合材料是指以碳纤维为增强体，树脂、金属、陶瓷等为基体的复合材料的总称。常见的碳纤维复合材料主要有碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)、碳纤维增强炭基复合材料(C/C)、碳纤维增强金属基复合材(CFRM)、碳纤维增强陶瓷基复合材料(CFRC)和碳纤维增强橡胶复合材料(CFRR)等。
据赛奥碳纤维技术，碳纤维复合材料 2017 年全球市场需求 171.4 亿美元，其中碳纤维增强树脂基复合材料是市场需求最为广阔的碳纤维复合材料，2017 年的需求量为 118.7 亿美元，占总碳纤维复合材料需求总量的 69.25%。
碳纤维增强树脂基复合材料所用基体树脂分为两大类型：热固性树脂（TS）和热塑性树脂（TP），其中热固性树脂的应用更加广泛，占碳纤维增强树脂基复合材料市场的四分之三。
4、碳纤维复材应用领域及其市场
碳纤维复材具有高强度、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳等特性，广泛应用于航空航天、海洋工程、新能源装备、工程机械、交通设施等领域，是一种应用前景十分广阔的战略性新材料。
近年来，我国在碳纤维产业有了长足的进步，但整体而言碳纤维产业仍基本被西方发达国家所垄断。世界碳纤维技术主要掌握在日本公司手中，日本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的“领头羊”。美国是继日本之后掌握碳纤维生产技术的少数几个发达国家之一，同时是世界上最大的 PAN 基碳纤维消费国，HEXCEL 和 CYTEC 公司依靠其庞大的航空航天需求在国际市场拥有较高的话语权。德国的 SGL 公司依靠德 国强大工业创新体系在全球碳纤维市场也拥有一席之地。
4.1、军用领域
4.1.1 航天：火箭、导弹和卫星的必须材料
1）火箭和洲际导弹
碳纤维复合材料凭借耐烧蚀和轻质高强的特点被广泛应用于火箭的助推器、防护罩、发动机罩和导弹壳体、发射筒等结构。洲际导弹一般使用大型液体火箭发动机或固体火箭发动机，且多采用分级式设计，与火箭有许多相似之处。
喷管喉衬
固体火箭发动机的喷管要承受高达 3500 ℃的燃气温度, 5~15MPa 的压力, 以及液、固体粒子冲刷, 高温燃气的化学腐蚀, 因而工作环境极为严酷。由于没有冷却系统, 喷管必须能够承担高温气体冲击, 特别是喉衬部分,其尺寸不能因烧蚀冲刷而变化。50 年代的第一代喷管多采用高强石墨作为喉衬。20 世纪 60 年代开始，美国开始研制并使用 C/CFRP 喉衬，它不仅具有优异的热力学性能，而且在烧蚀过程中烧蚀率低、烧蚀均匀和烧蚀对称，能够保持良好的气动外形。据中华网，我国研制的 C/CFRP 喷管于 1989 年点火成功，出口壁厚最薄处仅为 0.9mm，综合性能优异。
发动机壳体
固体火箭发动机壳体既是燃料室又是贮箱，而且是火箭的一部分。当发动机工作时，壳体除了承受内压强外，还要承受来自火箭的轴压、弯曲、扭转及横剪等外载荷。因此，固体火箭发动机通常大量使用碳纤维复合材料，以减轻火箭质量、提升壳体强度。据《聚丙烯腈基碳纤维及其在固体火箭发动机壳体上的应用》，战略导弹固体火箭发动机第三级结构质量减少 1kg，可增加射程 16km。据《纤维复合材料》，当前绝大部分固体火箭发动机优先选用碳纤维复合材料壳体，尤其以拉伸强度≥5.49GPa、拉伸模量在 290GPa 左右的高强中模碳纤维为主。
据《高纤维科技与应用》，我国首次尝试使用碳纤维复材壳体是在“开拓者一号”的第四级固体发动机上，并于 2003 年 9 月首飞成功。据《纤维复合材料》介绍，航天科技集团四院四十三所突破了高性能环氧树脂配方、湿法缠绕及壳体补强等多项关键技术，完成了不同尺寸碳纤维发动机壳体的研制及地面热试车，均取得圆满成功，大幅提高了国产碳纤维复材容器的性能。
弹头（鼻锥）
由于洲际导弹弹头在最后攻击阶段需要高速再入大气层，其温度在极短的时间内由-160℃骤升至 1700℃左右，因而防热隔热是洲际导弹的核心技术之一。现役主流洲际导弹弹头多采用 C/CFRP 材料，利用其氧化、分解和升华过程带走大量热；同时生成的多孔碳层起到隔热体的作用，阻止热量向内部传递，起到热防护作用。C/CFRP 材料弹头表面流向内部的热量仅为总热量的 1-10 %左右，从而保障弹头功能完好。同时，由于 C/CFRP 材料质量轻，可有效提高射程，或增加有效载荷。
2）卫星结构材料
据《合成纤维》，卫星的质量每减少 1kg，就可使运载火箭减轻 500kg。以高强高模碳纤维为增强体的复合材料质轻、尺寸稳定性和导热性好，广泛用于卫星承力筒、桁架、夹层面板及电池板支架等关键部件。在法国电信一号通信卫星本体结构中，中心承力筒是由 CFRP 制成，蒙皮是 T300 CFRP 制成；日本 JERS-1 地球资源卫星壳体内部的推力筒、仪器支架、8 根支撑杆和分隔环都使用了 M40JB CFRP，卫星的外壳、一些仪器的安装板均采用了碳纤维/环氧蜂窝夹层结构。据中国质量新闻网报道，我国 2011 年发射的嫦娥二号探月卫星定向天线展开臂是由哈尔滨玻璃钢研究院研发的 CFRP 复材，总重量仅 500 余克，较使用铝合金材质减轻近 300克，但承重能力毫不逊色。
据新华网 2018 年 7 月 31 日报道，我国在太原卫星发射中心用长征四号乙运载火箭，成功将高分十一号卫星发射升空，卫星进入预定轨道，是长征系列运载火箭的第 282 次飞行。近年来，我国卫星发射频率快速上升，火箭发射次数屡破记录。据维基百科数据，截止 2018 年 7 月 31 日，我国共发射火箭 297 次，其中 2018年已成功发射 22 次，全年发射次数将创历史新高，有望突破 40 次。
近年来，我国卫星发射任务增长明显，航天科技集团长征系列火箭需求大幅提升，航天科工集团以及部分民营企业也纷纷推出运载火箭产品。我们认为，随着卫星发射频率的快速提升和战略导弹部队的稳步建设，碳纤维复材在航天领域将获得更广阔的应用。
4.1.2 航空：轻量化为先，应用领域多样
碳纤维因其“轻而强”和“轻而硬”的特性，被广泛应用于战斗机和直升机的机体、主翼、尾翼、刹车片及蒙皮等部位，起到了明显的减重作用。据《合成纤维》，目前碳纤维复合材料在部分军用飞机上的使用量占 30~40%，并且碳纤维的使用逐渐从非承力、次承力结构向主承力结构方向发展。
1）战斗机
自 20 世纪 70 年代至今，复合材料的应用范围已从最初的尾翼拓展到机翼、前机身、中机身、整流罩等多个部位。以美军为例，1969 年，F14A 复合材料用量仅有1%，而以 F-22 和 F35 为代表的第四代战斗机上复合材料用量达到 24%和 36%。法国的阵风战机复合材料用量达到 24%；英国的台风战机（EF2000）复合材料用量达到 40%左右，其中全机表面的 70%采用 CFRP。碳纤维复合材料在战机的应用与日俱增。
我国战机复合材料尤其是碳纤维复合材料的应用比例也在不断提升。据《纤维复合材料》，歼-7Ⅲ中复合材料用量为 2%，歼-10 提升至 6%。据《合成材料老化与应用》，歼-11B 重型战机的机翼、垂直尾翼和水平尾翼等部件采用了复合材料,占飞机结构总重量的 9%。此外，L-15“猎鹰”教练机在机头罩、方向舵和垂尾也采用了碳纤维复合材料。据网易新闻 2017 年 9 月 15 日报道，歼-20 的复合材料用量达到 29%。
据 World Air Forces 2018，2017 年全球歼击机数量 14706 架，其中美国拥有 2831架，占全球歼击机份额的 19.3%，遥遥领先世界各国，中国以 1527 架歼击机保有量（包含 H-6、Q-5），占比 10.4%，排名第三。
据《World Air Forces 2018》，2017 年中国共有歼击机数量 1229 架（不含 H-6、 Q-5），其中二代机歼-7 共有 418 架，占比 34.0%，三代机歼-11 共有 276 架，占比 22.5%，四代机歼-20 仅有 2 架，占比 0.2%，飞机构成上仍以二代、三代机为主；而同期美国共拥有歼击机 2353 架，其中数量最多的是 F-16C，共有 791 架，占比 33.6%，四代机 F-22 和 F-35 分别为 178 架和 53 架，占比分别为 7.6%和 2.2%，飞机构成上以三代机为主，四代机占比逐渐提升。（详见《中航沈飞深度报告：契合航空装备需求，战机龙头再迎春天》2018/08/02）
我国已经实现了第四代战机列装部队，但与世界先进国家相比，我国战机在数量和结构方面均存在巨大的差距，未来升级换代空间巨大，结合碳纤维复材在战机应用比例逐渐上升的趋势，有望为我国碳纤维复合材料带来更广阔的市场空间。
2）轰炸机
碳纤维复合材料在轰炸机中最典型的应用为 B-2 隐身轰炸机。据《高科技纤维与应用》，B-2 轰炸机为了提高隐身性，整机机身除了主梁和发动机机舱采用钛合 金复合材料外，其余部分都采用了碳纤维复合材料。
据环球军事 2016 年 9 月报道，中国空军司令员表示：中国空军正在发展新一代远程轰炸机。据《联合早报》2018 年 3 月 31 日报道，轰-6 系列飞机研发团队负责人透露，未来的轰炸机一定是和一流军队的要求，和中华民族伟大复兴伴随而行的，是一种支撑和保障。轰炸机的研发团队核心人物谈及未来轰炸机，新一代轰炸机呼之欲出。据网易军事 2018 年 5 月 25 日报道，在西飞 60 周年宣传片中，出现类似于 B-2 飞翼式布局的战机轮廓。
根据《World Air Forces 2018》数据显示，我国拥有的轰-6 系列轰炸机数量合计为 150 架，与美俄相当，但有效载荷合计 1350 吨，不到美俄的 23%、50%。而且需要注意的是，美俄目前轰炸机的数量是经过了冷战之后的一系列削减，远低于冷战时期的水平。（详见《中航飞机深度报告：营收增长强劲空间广阔，改革驱动利润提升预期》2018/05/03）
我国轰炸机整体实力与美俄等国家存在较大差距，存在较大的需求缺口。未来新一代轰炸机的出现有望带动碳纤维复合材料在轰炸机领域的需求。
3）直升机
从 20 世纪 60 年代开始，直升机上开始逐步使用复合材料。经过几十年的发展，复合材料在直升机中的应用从最开始的桨叶、旋翼系统，发展到机体结构，用量已占到结构件总质量的 35-50%。随着碳纤维研究与应用的不断深入，主要材料体系也从最初的玻璃纤维复合材料、芳纶复合材料逐渐发展到碳纤维复合材料。碳纤维复材在旋翼系统和机体结构上的大量使用成为了第三和第四代直升机的重要技术特征，其用量现已成为衡量新一代直升机技术水平的重要标志之一。
以 RAH-66“科曼奇”直升机为例，其机体结构的大部分采用先进的碳纤维/环氧、芳纶/环氧和蜂窝芯材，其中碳纤维/环氧占机体结构质量分数的 44%。主桨叶由碳纤维复合材料和玻璃钢蒙皮制造，柔性梁采用 S2 玻璃纤维和 IM7 碳纤维混杂而 成，复合材料用量占旋翼系统结构质量分数的 67%。
据《高科技纤维与应用》，我国在研和在役直升机均大量采用复合材料。直 9 大量采用了环氧基碳纤维等的复合材料，主要用于主桨叶、垂尾、平尾、侧端板、座舱罩等结构部件。
根据《World Air Forces 2018》数据显示，世界各国拥有的各类军用直升机总数在 2 万架左右，美军拥有 5427 架，俄罗斯 1414 架，日本 637 架，我国 884 架。我国拥有直升机数量虽然总数排名靠前，但是相比于我国的国土面积以及军队的规模而言，直升机的数量远远不足。
我国军用直升机目前国产在役型号主要是直-8/9/10/11/18/19，根据腾讯网报道，目前中国陆军航空兵拥有 6 个陆航旅，7 个陆航团，1 个陆航学院训练飞行团。预计到 2020 年中国陆军航空兵将拥有 15 个陆航旅（或团）。按照美国陆航旅 110架直升机的装备量，那么 15 个陆航旅（或团）至少需要 1650 架直升机，假设空军和海军各需要 200 架直升机，保守估计到 2020 年，我国需要 2000 架以上的军用直升机，目前缺口 1000 架以上。（详见《兴业军工行业深度系列之五：直升机行业深度研究》2017/09/11）
我国直升机碳纤维复合材料行业有望在直升机需求的牵引下，实现国产化率逐步提升，技术水平不断提高。
无人机（UAV）复合材料的使用比例是所有航空器中最高的，美国全球鹰（GlobalHawk）高空长航时无人侦察机复材比例达到 65%，X-47B、“神经元”、“雷神”无人机复材比例高达 90%。据《扬州时报》2017 年 5 月报道，翼龙Ⅱ上使用了新扬新材自主研发的碳纤维复合材料。
随着无人机的种类和功能日益丰富，无人机在全军中的使用也越来越普遍。未来无人机有望为碳纤维复材带来更大的增量市场。
4.1.3 舰船：舰体有望大规模应用
碳纤维复合材料应用于船舶上层建筑，可减轻上层建筑的质量，提高安全性能；用于舰船推进器，可减轻推进器质量，降低油耗、延长使用寿命；用于桅杆、船体结构，可增加整体强度。
2000 年 6 月下水的瑞典海军维斯比号护卫舰(Stealth Visby) 是世界第一艘在舰体结构中采用碳纤维复合材料的海军舰艇，舰体采用 CFRP 夹层结构，具有高强度、高硬度、低质量、耐冲击、低雷达和磁场信号等优异性能。
据中国国防科技信息网，2014 年 8 月，亨廷顿英格尔斯公司向美海军交付了朱姆沃尔特级驱逐舰上的核心部件——复合船艛结构（舰上唯一一个单一全封闭式结构，重达 900 吨），其充分利用了碳纤维材料和轻木芯的性能特点，并采用空心复合结构，具有坚固、质量轻、耐海水腐蚀等特点。
碳纤维复合材料在船体的应用尚在尝试阶段，但在舰船关键部件的应用已较为广泛。CFRP 叶片不仅更轻、更薄，还可改善空泡性能、降低振动、减少燃油消耗。以色列 Deadliest 号潜艇、太鼓丸号化学品货轮上的螺旋桨，班尼蒂游艇推进器系统均使用碳纤维复合材料。
据中新社，美军表示将在2020年前后把空军和海军的六成海外军力转移至亚太地区，并会在亚太地区优先部署美军最先进的战斗装备。与美军相比，我国海军力量非常薄弱，仅有一艘航空母舰“辽宁”号，第一艘国产航母尚未服役（美军核动力航母11艘）；现代化的大型防空驱逐舰052D仅有7艘服役，相比美军差距巨大（美军阿利伯克级驱逐舰现役62艘）；首艘万吨级驱逐舰055型已下水、尚未服役，美国朱姆沃尔特级驱逐舰已服役1艘，正式接收1搜，在建1艘。
考虑到东海南海领土主权及“一带一路”沿线利益维权需要，同时参考美国部署西太平洋的第七舰队以及部署印度洋、波斯湾、红海的第五舰队规模，我们以 4个航母编队进行测算：未来我军需要 4 艘航母、20 艘 055 型驱逐舰、24 艘 052D型驱逐舰、8 艘补给船、8 艘攻击型核潜艇。展望未来，我国海军舰队规模提升空间巨大，有望给碳纤维复材带来新的需求。
4.1.4 其他军用领域
1）碳纤维炸弹
碳纤维炸弹俗称石墨炸弹或软炸弹(Soft Bomb)，由经过特殊处理的碳丝制成，每根碳丝的直径相当小，可在高空中长时间漂浮。碳丝可进入电子设备内部、冷却管道和控制系统的黑匣子，造成电力短路，破坏电厂生产、各种输变电功能，从而达到破坏以电为能源的军事指挥及各种武器装备的目的。
2）装备减重
得益于碳纤维质轻、高强的特点，在保持装备高强度的条件下减重成为了现实，为装备的输送带来极大的便利。ECS Composites 推出一种军用机架箱，由碳纤维和碳-Kevlar 纤维制造，具有超轻质和很高的结构硬度，箱子的质量能够减轻 45 %，同时满足 MIL Spec 810F 标准。据吉林经开区网站 2017 年 9 月 2 披露，腾祥科技将投资 2 亿元，以建设年产 30 件彩虹无人机壳体、1000 件军用物资周转箱、600件高射炮脚架及 410 件陆军作战用脚架等军工碳纤维复合材料制品生产线。未来各类装备减重需求给碳纤维复合材料带来的新增市场空间极为广阔。
4.2、民用领域
4.2.1 航空：双重因素拉动需求
对于民用航空而言，对碳纤维的需求主要来自两大方面，一是不断增加的碳纤维复合材料的应用比例，二是新增的飞机订单。
1）商务飞机需求占比大，增速稳定
据赛奥碳纤维技术，2017 年航空航天碳纤维需求总量 1.92 万吨，其中商用飞机占 1.34 万吨，占比 69.79%。据波音和空客官网，2017 年波音的复材飞机 B787交付 136 架，与去年持平，空客的复材飞机 A350 交付 78 架，比 2016 年增加 60%， 是 2017 年商用飞机碳纤维用量增加的增长点之一。
2）复材应用凸显经济效益，应用比例逐年上升
碳纤维复合材料是大型整体化结构的理想航空材料：碳纤维复材可使飞机减重20%-40%；碳纤维复材克服了金属材料容易出现疲劳和被腐蚀的缺点，增加了飞机的耐用性；碳纤维复材的良好成型性可以使结构设计成本和制造成本大幅度降低。
20 世纪 80 年代起，复合材料开始应用在客机上的非承力构件。在早期的 A310、B757 和 B767 上，复合材料的占比仅为 5%-6%，且多为玻璃纤维材料。21 世纪以来，碳纤维复材逐渐作为次承力构件和主承力构件应用在客机上，其质量占比也开始逐步提升。例如波音 B787 复合材料的用量达到了 50%；空客 A350XWB 在结构材料中，复合材料的结构重量高达 53%，是复合材料用量占全机结构重量比例最大的客机之一，其中碳纤维复合材料得到大量应用。
据澎湃新闻，中国商飞在 C919 的设计中也选用了包括碳纤维在内的复合材料。复合材料应用范围涵盖方向舵等次承力结构和飞机平尾等主承力结构，主要包括雷达罩、机翼前后缘、活动翼面、翼梢小翼、翼身整流罩、后机身、尾翼等部件，用量达到机体结构重量的 11.5%。
3）订单支撑碳纤维长期需求
截止 2018 年第一季度，波音共有 5946 架未交付订单，其中 B787 订单 669 架。截止 2018 年 6 月，空客共有未交付订单 7168 架，其中 A350 订单 700 架。据商飞官网，截至目前，C919 已获累计 28 家客户 815 架订单。商业航空的海量订单预示着碳纤维未来长期的充足需求。
4.2.2 风机叶片：叶片大型化趋势明显，碳纤维成为必然要求
风力作为清洁能源的代表之一，自 20 世纪 80 年代以来，经历了全球化的高速增长。据全球风能理事会，2017 年全球市场新增装机 52.57GW, 累计装机容量达到539.58GW。据 GWEC 预测，截至 2022 年底，全球风电累计安装总量将达到 840GW， 是 2017 年的 1.56倍，年均复合增长率达 9.26%。
随着全球风电市场向低速风场和海上风场倾斜，风机叶片尺寸呈上升趋势。据《中国科学》介绍，由丹麦 LM 公司和 Adwen 公司共同开发并已投产的风机叶片长 88.4 m，是目前最长的风机叶片之一，配套 8MW 海上风电机组。此外，丹麦 SSP technology 生产的 83.5 m 叶片、德国 EUROS 设计开发的 81.6m 叶片以及 Vestas设计制造的 80m 叶片等都属于超长叶片，叶片大型化趋势明显。
出于经济性考虑，当前主流的叶片为玻璃钢材质（GFRP），但全玻璃钢叶片重量大，无法满足风机叶片大型化、轻量化的要求。碳纤维复合材料比玻璃纤维复合材料具有更低的密度和更高的强度，用于 40 米以上风机叶片中关键结构（梁帽、主梁）可使叶片自重减少 38%，成本降低 14%，同时提高叶片抗疲劳性能，提高输出功率。
2017 年 5 月，由洛阳双瑞公司自主研发的风机叶片（83.6 米）成功下线，突破了业界公认的碳纤维大梁真空灌注关键技术瓶颈，是世界上最长的真空灌注碳纤维大梁。该叶片由 WINDnovation 公司设计，其碳纤维主梁采用真空灌注技术生产，主梁长度达到 80.5m，横截面最厚的地方厚度达到 70mm。我们认为，随着全低速风场和海上风场的加速建设以及叶片工艺的不断发展，大型风机叶片的需求将不断攀升，风机叶片领域碳纤维需求有望同步增长。
4.2.3 汽车：轻量化推动碳纤维需求
随着排放标准趋严及低碳生活被人们普遍接受，节能减排已成为汽车工业的重要研究课题，在能源革新有限的情况下，轻量化是解决问题的关键之一。据网易新闻，欧盟规定从 2020 年初起，欧盟范围内所销售的 95%的新车二氧化碳排放平均水平须达到每公里不超过 95 克，到 2021 年这一要求必须覆盖所有在欧盟范围销售的新车。据我国《节能与新能源汽车产业发展规划（2012—2020 年）》，要求到2020 年乘用车平均燃料消耗量降至 5.0L/百公里，节能型乘用车燃料消耗量降至4.5L/百公里以下。
据欧洲铝协研究，汽车重量每降低 100kg，每百公里可节约 0.6L 燃油，二氧化碳排放可减少约 10g/Km。目前而言，用碳纤维为代表的高性能纤维增强复合材料部分代替传统金属材料是实现汽车轻量化的最有效的途径之一。
燃料电池也是碳纤维在汽车复材的增长点之一。燃料电池堆主流采用的是碳纤维纸，并且高压碳纤维气瓶，例如 35&70MPA 氢气瓶仍是储氢的最佳选择，是未来碳纤维在汽车领域应用的重点。
4.2.4 体育休闲：最早商业化市场，需求稳定
体育休闲领域是碳纤维最早的商业化应用市场之一。碳纤维在体育领域的应用主要是高尔夫球棒、钓鱼杆和网球拍框架等。据《合成纤维》，全世界每年的高尔夫球棒的产量约为 3400 万副，产地主要是美国、中国、日本, 其中美国和日本是高尔夫球棒的主要消费国, 占 80%以上；全世界碳纤维钓鱼杆的产量约 2000 万副/年。除此以外, 碳纤维在冰球棍、滑雪杖、射箭、自行车、划船、赛艇、冲浪等体育用品中也有非常广泛的应用。
4.2.5 建筑建材：主要应用于建筑补强，或能成为建筑材料
碳纤维复合材料在建筑建材领域主要的作用是对建筑（包括桥梁、隧道、各类工业管道等）的补强，主要采用碳布手糊、现场粘接的工艺。
据《产业用纺织品》，世界各国都在尝试将 CFRP 直接用作建筑结构材料。如利用CFRP 的导电性制作建筑用电磁防护材料；在 CFRP 中嵌入传感器制作智能建筑材料，利用传感器传送的数据实时掌握建筑物结构可能受到的损害等。这些应用有望为碳纤维复材在建筑建材领域带来新的需求。
4.2.6 轨道交通：减重带来需求
碳纤维复合材料是新一代高速轨道列车车体选材的重点，它不仅可使轨道列车车体轻量化，还可改进高速运行性能、增强安全性。当前，碳纤维复合材料在高速列车领域的应用从车箱内饰、车内设备等非承载结构零件向车体、构架等承载构件扩展；从裙板、导流罩等零部件向顶盖、司机室、整车车体等大型结构发展。韩国铁道科学研究院研制的 TTX 型摆式列车车体，其蒙皮采用碳纤维复合材料构成的三明治结构，车体外壳总质量比铝合金结构降低 40%。日本川崎重工研制出碳纤维复合材料构架边梁，其质量比金属梁减少约 40%。
由于地铁需要频繁启停，轻量化带来的经济效益十分显著。地铁车体车身约占总 重量的 36%、车载设备约占 29%、内部装饰约占 16%。由于车载设备几乎没有减重空间，车体车身和内部装饰是轻量化的重点对象。韩国铁道科学研究院研制出碳纤维复合材料地铁转向架构架，其质量比采用钢质构架减少约 30%。
据中国纺织网 2018 年 5 月报道，中车四方所联合中科院宁波材料所、中科院长春应化所等国内顶尖材料研究机构，组织开展轨道交通用热塑性碳纤维复合材料快速成型及装备关键技术研发与应用，以适应高速列车对结构材料轻量化、高强度、高模量等性能要求。随着应用研究的深入，碳纤维复合材料在城轨车辆上的用量有望逐渐加大。
4.3、供给：国际巨头垄断，我国有产能无产量
4.3.1 全球市场
2017 年全球碳纤维理论产能 14.7 万吨，其中美国产能 3.86 万吨占比 27%，日本产能 2.72 万吨占比 18%，两国几乎占据了碳纤维产能的半壁江山。碳纤维理论产能前五家公司 Toray（东丽，日本）、Zoltek（卓尔泰克，2014 年被东丽收购，日本）、SGL Carbon（西格里，德国）、MRC（三菱丽阳，日本）、Toho（东邦，日本）理论产能共 8.52 万吨，占全球碳纤维理论产能的 57.92%，其中东丽公司约占全球产能的 18.42%。
4.3.2 国内市场
“有产能，无产量”依旧是近期我国碳纤维产业存在的问题之一。据前瞻产业数据显示，2005 年，我国碳纤维行业仅有 10 家企业，产能之和占全球总产能的 1%。此后，我国碳纤维行业产能增长迅速，从 2006 年的 1330 吨，增长到 2017 年的2.6 万吨理论产能，年均复合增速 31.03%。2017 年我国碳纤维理论产能占全球的17.68%，位居全球第三位。
虽然产能增长迅速，但由于我国碳纤维行业技术水平较日美发达国家存在较大差距，销路不畅，受国外优质产品冲击较大，导致我国碳纤维产业出现有产能、无产量的状况。据赛奥碳纤维技术，我国碳纤维 2017 年销量约 7400 吨，销量/产能比为 28.5%，远低于国际的销量/产能比 57.2%（若除去中国数据，国际销量/产能比为 63.4%）。
据赛奥碳纤维技术，2017 年我国碳纤维产能千吨以上企业有 7 家：中复神鹰、恒神股份、精功集团、光威复材、中安信、兰州蓝星、太钢钢科，共占据了我国碳纤维理论总产能的 85%，产业集中度较高。
4.4、需求：全球市场稳步提升，国内市场国产需求旺盛
4.4.1 全球市场
全球碳纤维需求整体上呈现稳步上升的态势，2017 年全球碳纤维需求 8.42 万吨，2012 年为 4.6 万吨，年均复合增长率 12.7%。假设未来三年碳纤维需求复合增速为 10%，则 2020 年碳纤维需求将达到 11.21 万吨。
据《纤维技术》，从产品的角度，碳纤维需求最多的是标模的大丝束与小丝束碳纤维，分别占碳纤维总需求的 41.45%与 38.95%。其中，美国企业占据了多半大丝束市场，日本企业则占据了小丝束碳纤维领域的半壁江山。
从应用领域的角度，风机叶片、航空航天、体育休闲与汽车是碳纤维应用最广的四个领域，分别占比 23.52%、22.8%、15.68%和 11.64%，合计占碳纤维总需求的73.63%。
不同应用领域碳纤维价格差距明显，航空航天作为高性能碳纤维的主要应用领域，碳纤维平均单价明显高于其他应用领域。据赛奥碳纤维技术，2017 年全球碳纤维需求 23.44 亿美元，其中航空航天领域需求金额 11.52 亿元，占比 49.14%，而其用量占比仅 22.8%。风机叶片碳纤维用量占比虽然最大，但由于其主要使用低成本大丝束，市场金额仅为 2.77 亿元，占比 11.82%。
4.4.2 国内市场
需求提升明显，整体形势向好。据复合材料网，我国碳纤维需求总量从 2014 年的1.48 万吨，增长到 2017 年的 2.35 万吨。2015-2017 年我国碳纤维需求增长率分别为 14.3%、15.7%、20.1%，呈加速增长趋势。若保守估计未来三年国内碳纤维需求增长率为 12%，则 2020 年我国碳纤维需求量为 3.3 万吨。
进口碳纤维仍占大头，国产碳纤维需求跃升。近年来，我国碳纤维制品需求中进口产品仍占多数，但国产产品需求已从 2013 年的 1500 吨，增长至 2017 年的 7400吨，年均复合增速高达 49.03%。国产占有率已从 2013 年的 10.8%，提升至 2017年的 31.51%。而进口碳纤维需求增长相对稳定，2017 年需求量为 1.6 万吨，同比去年仅增长 0.8%，其中体育休闲与工业用碳纤维进口量最大。
体育用品领域占据我国碳纤维应用的半壁江山。2017 年，我国碳纤维需求中有 1.2万吨应用于体育用品，占我国碳纤维总需求的 51%，显示出了我国高端领域碳纤维应用相对薄弱。与全球碳纤维需求相比，我国在航空航天与汽车领域的碳纤维应用明显偏低。
民用碳纤维全球化竞争激烈，国产化替代任重道远。我国碳纤维需求的半壁江山被体育用品占领，虽然体育用品对于碳纤维技术要求相对较低，但其所属行业对成本和供货稳定性敏感度较高。我国碳纤维企业在工艺适应性、可靠性和精细化控制水平等方面与发达国家相比还有差距，导致国产碳纤维在成本、连续性上处于劣势。加之民品不存在准入壁垒，全球化竞争充分，我国企业不具备竞争优势。未来，随着我国碳纤维企业在大丝束碳纤维领域生产工艺逐步稳定、品质提升、成本降低，国产碳纤维市占率有望在民品碳纤维领域显著提升。
军用碳纤维是我国碳纤维生产企业的突破口。军工行业对外企存在天然壁垒，且以美国为首的西方国家长期以来对我国军用产品与技术实施出口限制。但碳纤维产品，特别是碳纤维上游原丝和中游纤维制品（织物、预浸料等）具有极强的军民两用属性，因此，我国军用高端碳纤维仍有部分依靠进口。近年来，以美国为首的西方国家愈发有针对性的遏制我国武器装备的发展，未来不排除会扩大限制出口范围至具有潜在军用价值的高端民用工业领域，高端碳纤维国产化需求迫切。另一方面，随着我国高强（T700）、高强中模（T800/T1000）和高强高模碳纤维的相关工艺装备自主设计制造能力提升，军用高端碳纤维实现全面国产化的条件愈发成熟。我们认为，未来我国军用高端碳纤维国产化率有望获得大幅提升。
5、碳纤维行业相关公司及单位
全球范围内，碳纤维核心生产技术主要掌握在日本、美国和欧洲少数国家，生产能力和市场需求亦主要集中在上述地区。碳纤维行业具有代表性的境外企业主要有日本东丽（TORAY）、日本东邦（TOHO）、日本三菱丽阳（MITSUBISHI）、美国赫克塞尔（HEXCEL）、美国卓尔泰克（ZOLTEK）、德国西格里（SGL）、美国氰特（CYTEC）、土耳其阿克萨（AKSA）。近几年，随着国内企业在碳纤维领域不断加大投入，研发生产实力得到大幅提升，出现了以光威复材、中简科技、恒神股份、中复神鹰等为代表的一批优秀企业。
……
温馨提示：如需原文档，可在PC端登陆未来智库www.vzkoo.com搜索下载本报告。
关注公众号“未来智库”，及时获取最新内容。
（报告来源：兴业证券；分析师：石康/张亚滨/黄艳/李博彦）