一、碳纤维行业概述
　　1、碳纤维相关概念及分类
　　碳纤维是由碳元素组成的一种特种纤维。具有耐高温、抗摩擦、导电、导热及耐腐蚀等特性，外形呈纤维状、柔软、可加工成各种织物，由于其石墨微晶结构沿纤维轴择优取向，因此沿纤维轴方向有很高的强度和模量。碳纤维的密度小，因此比强度和比模量高。碳纤维的主要用途是作为增强材料与树脂、金属、陶瓷及炭等复合，制造先进复合材料。碳纤维增强环氧树脂复合材料，其比强度及比模量在现有工程材料中是最高的。
　　碳纤维一般不是单独使用，而是以复合材料的形式被使用。复合材料指的是两种或两种以上材料复合而成具有一定的特殊功能和结构的新型材料，材料成分可以通俗化理解为基体材料+增强材料，其中基体材料多为树脂，陶瓷，金属，橡胶等材料，增强材料常为玻璃纤维或碳纤维。碳纤维原丝即PAN原丝质量固然重要，但若在中游复材环节，没有质量与性能突出、产业化规模的树脂基材，以及没有用于配套生产复材的核心设备，碳纤维仍然无法得到大规模的应用。碳纤维主要以树脂基复合材料（CFRP）为主，占全部碳纤维复合材料市场份额的90%以上。相比传统金属材料的减材制造，复材行业是较为典型的增材制造，其最大特点是材料与结构件同步成型。碳纤维的复合与应用存在多种路径，“纤维-（复合）-预浸料-（成型）-制品”与“纤维-（成型）-预制体-（复合）-制品”是目前比较主流的两种工艺流程，前者作为结构材料多用于飞机结构、体育用品领域，基体材料以树脂为主；后者作为功能性结构材料多用于刹车副、热场材料、火箭发动机等领域，基体材料以碳为主。
　　按照原料分类，碳纤维可以分为聚丙烯腈（PAN）基碳纤维、沥青基碳纤维和胶黏基碳纤维。 　　按力学性能分类，碳纤维可以分为大丝束碳纤维和小丝束碳纤维。前者主要应用于工业，后者主要应用于国防军工、航空航天、体育等领域。 　　2、碳纤维性能及特点
　　碳纤维是由有机纤维（主要是聚丙烯腈纤维）经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料纤维。碳纤维的含碳量在90%以上，具有强度高、比模量高（强度为钢铁的10倍，质量仅有铝材的一半）、质量轻、耐腐蚀、耐疲劳、热膨胀系数小、耐高低温等优越性能，是军民用重要基础材料，应用于航空航天、体育、汽车、建筑及其结构补强等领域。相比传统金属材料，树脂基碳纤维模量高于钛合金等传统工业材料，强度通过设计可达到高强钢水平、明显高于钛合金，在性能和轻量化两方面优势都非常明显。然而碳纤维成本也相对较高，虽然目前在航空航天等高精尖领域已部分取代传统材料，但对力学性能要求相对不高的传统行业则更看重经济效益，传统材料依然为主力军。 　　3、产业链分析
　　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。
　　全产业链看，制造碳纤维产品的上游原丝端与中游复合材料均是碳纤维产业链的核心环节，整个制造的全环节技术壁垒均高。原丝-碳纤维-织物-预浸料-复合材料等步骤，占据全产业链成本的超60%，利润的超90%。与传统金属材料不同，碳纤维的产品研制一体化成型要求较高，碳纤维与后续树脂、上浆剂等材料之间工艺参数必须系统匹配，同时需要满足下游应用场景对产品性能的要求，因此产业链一体化布局的企业会在生产和研发上更具优势。 　　二、碳纤维行业发展环境分析
　　国家政策作为产业发展的催化剂，近年来，国家持续发布相关政策推动碳纤维健康有序发展。从国家的政策可以看出，国家把碳纤维作为新材料进行推广和应用，持续引导国内碳纤维发展，计划形成若干家家具有国际竞争力的碳纤维大型企业集团及若干创新能力强、特色鲜明、产业链完善的碳纤维及其复合材料产业集聚区。未来随政策的支持，我国碳纤维行业相关技术将接近国际水平。 　　在2015年国务院正式发布的《中国制造2025》中，对我国制造业转型升级和跨越发展作了整体部署，明确了建设制造强国的战略任务和重点，选择10大优势和战略产业作为突破点，力争到2025年达到国际领先地位或国际先进水平。其中，对碳纤维行业进行了明确的规划与发展指引。 　　新材料是国际竞争的重点领域之一，也是决定一国高端制造及国防安全的关键因素，我国历来对新材料产业发展高度重视，市场的增长潜力也是十分巨大的。2011年我国新材料产业总产值仅为0.8万亿元，到2020年我国新材料产业总产值已增长至5.5万亿元，年复合增长率为23.89%。预计2021年我国新材料产业规模将突破7万亿元。 　　三、碳纤维行业发展分析
　　1、发展历程
　　早期碳纤维可以追溯到1879年美国发明家爱迪生分别用棉纤维和竹纤维碳化制成的电灯泡灯丝，但真正实用的碳纤维直到20世纪50年代才登上历史的舞台。 　　2、发展现状
　　为了打破发达国家针对碳纤维原材料制备的技术封锁，我国在近些年非常重视高性能碳纤维技术的发展，从政策到资金，从人才培育到项目补贴，政府层面的大力支持迅速推动了碳纤维原材料国产化的进程。据统计，2020年国内碳纤维的总产能约为3万吨，初步摆脱了碳纤维原丝必须依靠进口的被动局面。在产品应用方面，已从原来的体育休闲等民用低端领域不断向轨道交通、医疗器械、工业制造、航空军工等多个领域实现了批量化产品全面渗入模式。在产业布局方面，京津冀、长三角、珠三角、环渤海地区已逐渐成为碳纤维产业的集聚区，一大批规模不等的碳纤维企业和研发机构相继涌现。
　　从全球范围来看，自2010年以来，全球碳纤维市场已从不到4万吨增长到2019年的10万吨以上。在此期间，碳纤维增长平稳且不间断，每年增长速度达到10％到12％。但是2020年，随着新冠肺炎疫情大流行来袭，全球碳纤维几乎在一夜之间发生了变化。2020年，全球对碳纤维的需求总计约为10.69万吨，仅比2019年增长3％。
　　碳纤维市场受到许多领域应用增长的推动，例如航空航天、风能、体育用品、船舶、汽车、压力容器等。在2020年之前，所有这些细分市场的增长率以及整个行业的增长率都在稳步上升。但是随着2020年初边境的关闭，国际航空旅行停止，飞机停飞，飞机制造商大幅削减了生产率，碳纤维行业似乎在瞬间失去了动力。碳纤维在航空航天领域的应用占工业总量的15%以上，占行业价值的35％。商业航空业的放缓严重影响了碳纤维行业，要恢复到新冠肺炎疫情之前的水平可能要花费数年的时间。
　　3、发展痛点
　　我国碳纤维产业虽然取得明显进步，但与日本、美国等发达国家相比还存在一定差距。作为高性能纤维，碳纤维的发展要切实提升关键核心技术的创新能力，提高技术成熟度，提升纤维质量一致性、批次稳定性、应用工艺性，进一步扩大在航天航空、风力发电、轨道交通、安全防护、海洋工程、高速交通、环境保护等领域应用。
　　此外，产能利用率也需进一步提升。目前我国碳纤维理论产能已超过30000吨，运行产能约26500吨，实际产量约12000吨，产能利用率仍不到50%。在关键辅料和装备设施上，用高品质上浆剂、油剂等配套材料品种较少，碳纤维复合材料用树脂性能有待进一步提高，尚不能完全自主供给，一些关键品种仍依赖进口，制约了碳纤维复合材料的性能提高，也存在产业链供给风险。符合国产碳纤维特点和使用要求的标准体系尚未形成，使用规范、应用数据库等尚未建立，制造与应用环节衔接不紧密，碳纤维及其复合材料设计—评价—验证能力不足。
　　因此，要保证碳纤维产业的持续发展还需持续提升产能利用率，加快淘汰落后产能；拓展碳纤维标准化工作的深度、广度及专业化水平，培养有经验的碳纤维复合材料设计人员。在设计方案、材料选用、制备工艺、实际应用等方面，要与下游市场紧密连接，提高我国碳纤维在高端领域的规模应用，在生产和应用等方面取得更多的实质性进展，持续提高我国碳纤维龙头企业的综合竞争力。
　　四、碳纤维行业现状分析
　　1、需求分析
　　长期以来，国内碳纤维及复材都依赖进口，虽然近年来自给率有所提高，但2020年国内碳纤维及其复材的自给率仍不足40%。自2020年下半年以来，日本、美国加强了对碳纤维出口中国的政策管控，导致国内碳纤维境外供应难度进一步加大。据统计，2020年全球碳纤维的需求量为10.69万吨，比2019年增长3%，增速有所下滑，主要由于疫情影响。民用航空遭遇重挫，不过其他市场强劲补充，最终实现微增，展示了碳纤维产业的增长韧性。当前国内碳纤维市场需求强劲，国产替代空间巨大。随着技术的逐步成熟，下一个10万吨的增长时间会急剧缩短，预计2025年国内总需求达14.9万吨，5年复合增速约为25%，其中进口需求的CAGR约17%，国产需求的CAGR约35%。 　　从全球碳纤维的应用端来看，碳纤维材料总量一半以上应用在工业领域，风电叶片领域应用占比28.6%，航空航天领域应用占比15.4%，体育休闲领域占比14.4%，汽车工业领域占比11.7%，四个领域总计占比70.1%。风电占比较高，这主要来自于全球对清洁能源的重视程度上升，而国内2020年风电碳纤维需求中国内碳纤维供应占比仅7%左右，其他均依赖进口，考虑到未来风电发展趋势，国内风电市场进口替代空间巨大。高端市场对碳纤维及其复合材料有高性能要求，尤其在军用航空航天领域，对于国内而言体现为较大程度的“刚需”。随着军机和国内民用市场需求的放量，国内碳纤维产业有望乘风而起，进入发展快车道。 　　碳纤维性能优异，广泛应用于风电叶片、航空航天、体育用品、汽车工业、混配模成型、压力容器、建筑补强、电子电器等领域。近年来，我国碳纤维的需求量呈现波动增长的态势，以体育用品及风电叶片的强劲增长带动了我国碳纤维的消费量。2015-2019年，我国碳纤维需求量总体上呈现逐渐增长趋势，2019年，我国碳纤维需求量达到3.78万吨，较2018年同比增长约22%。2020年初，受疫情影响，我国航空旅行停止，飞机停飞，飞机制造商大幅削减了生产率，碳纤维行业似乎在瞬间失去了动力。但同时，人们开始对体育用品的需求有了大幅增长，也推动了碳纤维行业的发展。在多方面因素共同影响下，我国2020年碳纤维行业需求量约为4.06万吨，增长超7%。 　　近年来，我国碳纤维市场规模总体呈上涨态势。目前我国已基本实现T700级碳纤维国有化，但碳纤维整体产品仍处在中下游水平。2019年，我国碳纤维市场规模实现8.22亿美元，较2018年同比增长15.61%。2020年受新冠肺炎疫情影响，我国碳纤维市场规模有所下滑，但增长仍超10%。 　　2、供给分析
　　从全球范围来看，2020年，美国、日本和中国碳纤维理论产能占全球碳纤维理论产能的59.8%。其中，美国的碳纤维理论产能最大，为3.73万吨；排行第二的是中国，其碳纤维理论产能为3.62万吨；排名第三的是日本，碳纤维理论产能为2.92万吨。 　　2020年全球碳纤维领先企业集中在日本和美国。东丽与卓尔泰克合并后，总产能在业内一枝独秀，达约5.37万吨。西格丽集团和三菱丽阳分别位列第二和第三，产能分别为1.48万吨和1.41万吨。在全球小丝束碳纤维市场竞争中，日本企业占据了优势地位。2020年，日本东丽、东邦和三菱三家占据全球小丝束碳纤维市场份额的49%。其中日本东丽产能占全球小丝束总产能的26%，东邦小丝束产能占全球小丝束总产能的13%，三菱占10%排第三。在大丝束碳纤维的领域中，美国赫氏为全球主要的大丝束供应商，占据了58%的全球市场份额，其次是占比31%的德国SGL，和占比9%的日本三菱，其他企业仅占剩余的2%。 　　我国从事碳纤维复合材料制品研制、生产以及设备制造的厂家大多是生产体育休闲用品，部分从事航空航天等高端碳纤维复合材料研制和生产，还有部分从事纤维缠绕和拉挤成型工艺生产碳纤维复合材料。我国碳纤维目前正处于全面扩张时期，碳纤维的应用范围在不断扩大之中。根据从企查查中经营范围中包含“碳纤维”且经营状态为“存续和在业”的制造业企业数据进行整理分析，可知截止2021年7月14日，经营范围中包含“碳纤维”的企业共有5380家。其中，2010-2021年中国碳纤维企业注册数量规模呈现不断上升趋势，2020年中国碳纤维企业注册数量规模为1032家，为2019年注册企业数量的2.5倍。2021年截止7月14日中国碳纤维企业注册数量规模为1100家，仅半年时间已超过2020年全年的注册数量。可见近两年，碳纤维行业迎来爆炸式增长。 　　相对于碳纤维研发与制造发达国家，碳纤维在我国的发展相对较晚，并且无论是研发成果还是制造工艺，同发达国家相比还存在一定差距。2015年以来，随着国内碳纤维企业的茁壮成长，我国碳纤维理论产能总体呈现增加的态势。2019年，中国碳纤维理论产能为2.69万吨，较2018年增长0.37%。根据广州赛奥2020年碳纤维市场报告的统计数据，2020年我国碳纤维产业运行产能为36150吨。 　　目前我国碳纤维行业“有产能，无产量”现象严重，产能利用率较低，但正在逐步增长。虽然我国碳纤维规划及在建产能较大，但实际产量却较少。主要由于涌入碳纤维行业的大多数企业在一些关键技术上无突破，生产线运行及产品质量极不稳定，导致“有产能，无产量”的现象出现。但随着碳纤维企业整体技术水平正在不断提升，产能利用率呈现出不断增长的趋势。2019年，中国碳纤维供应量大约是12000吨，产量/产能比为45%，对比2018年的33.6%有提升。2020年，国内实际碳纤维供应量约为1.85万吨，产量/产能比约为51%。尽管这一比例与历史相比已经有所提高，但是与国际普遍的65%-85%的水平还有较大差距。 　　此外，着眼于国内碳纤维行业，其总体格局是：产销两旺+重磅扩产计划及资本重组。继2018年碳纤维市场行情良好后，2019-2020年，市场需求旺盛，绝大部分碳纤维厂面临供不应求的态势。目前我国碳纤维企业主要以中复神鹰、江苏恒神、精工集团以及光威复材等企业为主，行业企业总体技术尚不成熟稳定，产品质量及性价比相对较低。扩产几乎是每家主要碳纤维企业正在进行或正在策划的。其中，比较大型的扩产项目如下： 　　五、碳纤维行业竞争分析
　　高端碳纤维行业产业链格局同军工产业一样，在具有较高的技术门槛的同时，准入牌照和下游渠道进一步构筑了行业壁垒。全球碳纤维市占率方面，国际碳纤维市场依然为日、美企业所垄断。国际巨头几乎都拥有从原材料到复合材料全产业链生产能力，并且充分利用自身产能降低成本、匹配产品，如赫氏的PAN前驱体100%内部销售，赫氏、东丽的碳纤维材料完全利用自产。而国内企业产业链的各个环节较为分散。
　　根据中国化学纤维工业协会数据，在小丝束碳纤维市场上，日本企业所占有的市场份额占到全球产能的49%；在大丝束碳纤维市场上，美国企业所拥有市场份额占到全球产能的89%，处于明显的主导地位。日本是全球最大的碳纤维生产国，世界碳纤维技术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的“领头羊”。
　　20世纪以来，美、日均在政策层面推波助澜，促进碳纤维产业的发展。如日本在包括“能源基本计划”、“经济成长战略大纲”和“京都议定书”等多项基本政策中都将碳纤维作为重点推进项目。在政策支持下，日本碳纤维行业得以更有效集中各方资源，推动产业共性问题的解决。此外，美国国防部高级研究计划局在2006年启动了先进结构纤维项目，美国能源部2014年也为多个碳纤维项目提供了高达1130万美元的资助。日本国内较早实现了产业联盟，成员覆盖了完整的碳纤维产业链，如新构造材料技术研究联盟（ISMA），其共有39个成员，37家为企业，1家为国立研究所，剩余1家为国立大学。通过产、学、研的深度结合，日本在碳纤维中间材料技术、成型技术、连接技术与回收技术领域均实现了重大突破，成为世界碳纤维强国。
　　从我国碳纤维行业发展前期来看，虽有众多企业但大多未掌握核心技术，叠加碳纤维生产制造投入大、建设周期久等特点，部分企业难以存活，行业开始经历“洗牌”，企业数量缩减至10余家。2010年至今，国内一批碳纤维行业优质企业迎来春天。光威集团与中简科技成功上市，中复神鹰扭亏为盈，吉林化纤成为国内原丝龙头，行业实现了T700级碳纤维批量化生产和T800级碳纤维、M40J石墨纤维的工程化制备，突破T1000级碳纤维、M50J、M55J、M60J石墨纤维实验室制备技术，具备开展下一代纤维研发的基础。国内光威复材等企业，产业链比较完整，但原材料等部分仍需外购，且主要销售产品是预浸料等中游产品。类似的，中航复材碳纤维主要从光威、中简等购买，自身主要进行复材生产。碳纤维原丝占成本的51%，中下游利润并不高。此外国内企业大客户多为军工或民航企业，定制化需求及行业标准高，对产业进行整合促使上下游合作，才能提高产品适配性。
　　据《合成纤维工业》2019年第42卷，碳纤维设备生产技术几乎被国外垄断，且严格限制对华出口，如碳化炉、石墨化炉等关键设备研发滞后。碳纤维整体具有显著的规模效应，产量的增加利于提高碳纤维制造商的盈利能力，绑定大客户利于借助其市场需求较为稳定的增长充分发挥规模优势。我国政府从70年代即开始大力支持国产碳纤维的发展，由张爱萍将军组织召开的“7511”会议奠定了国家扶持国产碳纤维发展的基础，而“863”计划更是在政策层面为碳纤维国产化替代指明了前进方向。国家强力支持国产碳纤维的技术攻关、工程产业化和应用牵引，使国产碳纤维的发展取得长足进步。
　　未来随着碳纤维技术的逐步成熟以及规模化生产对成本的稀释，国内碳纤维产业必然会在降低成本与提高性能方面同步发力，产能利用率有望逐步走高，生产企业的盈利能力也将大幅跃升。有望依次实现低端领域低成本、高端领域低成本与低端领域高性能低成本的跨越式发展。碳纤维作为新材料的“无冕之王”，今后将进一步受到国家政策的长期扶持，行业环境有望不断改善，为技术突破、产品性能升级的注入源源不断的强大动力。
　　六、碳纤维行业最新动态 　　七、碳纤维行业前景分析
　　现今，碳纤维行业总体技术尚不成熟稳定，产品质量及性价比相对较低。不过，随着我国高端碳纤维技术的不断突破以及生产向规模化和稳定化发展，企业布局逐渐向高附加值的下游应用领域延伸，我国碳纤维行业将逐步实现进口替代，企业盈利能力有望逐步恢复，市场走向良性健康发展道路。 　　八、碳纤维行业发展建议
　　1、重视宏观调控，保障行业有序发展
　　为了打破发达国家针对碳纤维原材料制备的技术封锁，我国在近些年非常重视高性能碳纤维技术的发展，从政策到资金，从人才培育到项目补贴，政府层面的大力支持迅速推动了碳纤维原材料国产化的进程。据统计，2020年国内碳纤维的总产能约为3万吨，初步摆脱了碳纤维原丝必须依靠进口的被动局面。在产品应用方面，已从原来的体育休闲等民用低端领域不断向轨道交通、医疗器械、工业制造、航空军工等多个领域实现了批量化产品全面渗入模式。在产业布局方面，京津冀、长三角、珠三角、环渤海地区已逐渐成为碳纤维产业的集聚区，一大批规模不等的碳纤维企业和研发机构相继涌现。
　　市场需求加上政策刺激导致产业聚集化的同时，也会加剧行业内的无序竞争。因此，政府层面需要及时对碳纤维产业进行深入调研，出台相关的调控措施，减少恶性竞争带来的消极后果，引导行业有序地、健康地发展。
　　2、培育龙头企业，提升市场抗风险能力
　　社会资本进入碳纤维产业的“门槛”不能过低，技术实力不够或者资金链不能承受长期负荷的企业是不适应于碳纤维产业发展要求的。地方政府在鼓励和支持碳纤维产业发展的同时，也要从客观角度严把入门关，限制“过小、过弱”企业擅自入场，必要时还需制定相关政策，严禁没有可靠技术来源的项目仓促上马。
　　具体来说，一方面要强化底线思维，坚持合规理念，坚定不移做强做优做大骨干型企业，着力培育“龙头”型企业；另一方面要积极扩大内需，畅通国内碳纤维上下游的大循环，扶持下游复合材料企业发展，提高需求拉动能力，促进全产业链均衡发展。在此基础上，指导和督促碳纤维企业提升自我防范和化解重大风险的能力，推动碳纤维产业实现高质量发展。
　　3、依靠自主创新，提供产业发展新动能
　　政府工作报告再次提出，坚持创新在我国现代化建设全局中的核心地位，把科技自立自强作为国家发展的战略支撑。作为高性能先进复合材料的代表，碳纤维材料被现代科技领域誉为“新材料之王”，其发展的核心必须依托技术创新力量。
　　一味地模仿与复制不会实现超越，碳纤维产业的发展必须突出科技创新，在普通消费级的热固性碳纤维复合材料取得了初步胜利后，连续碳纤维增强高端工程塑料基复合材料的制备与应用被推上日程。不断拓展碳纤维复合材料优势性能的新边界，不断创新碳纤维复合材料应用的新形式，这不仅是碳纤维行业发展的要求，更是产业发展永不枯竭的动力之源。