碳纤维复合材料行业深度研究

一、行业概况

（一）什么是碳纤维复合材料

碳纤维复合材料是指以树脂、金属、陶瓷和橡胶等材料为基体，以碳纤维为增强材料，经过复合制成的结构或功能材料。与传统的金属材料相比，其具有密度小、比强度、比刚度高、耐腐蚀、抗疲劳、耐高温、便于设计、易于大面积整体成型加工等优点。

根据基体材料的不同，碳纤维复合材料可分为树脂基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料和橡胶基复合材料（见图 2-1）。树脂基复合材料是指以聚合物（俗称树脂）作为基体，以碳纤维作为增强材料所制成的复合材料，主要应用于建筑、化学、交通、医疗和航空航天等领域；金属基复合材料是指以金属、合金和金属间化合物作为基体，以碳纤维为增强材料，通过浸泡、固结所制成的复合材料，主要应用于航空、航天、汽车和体育用品等领域；陶瓷基复合材料是指以陶瓷材料为基体，以碳纤维为增强材料所制成的复合材料，主要应用于发动机高温部件等领域；橡胶基复合材料是指以橡胶材料为基体，以碳纤维为增强材料所制成的复合材料，主要应用于管材、耐磨衬轮和特殊密封件等领域。

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（二）行业现状

中国碳纤维市场对进口产品具有较强的依赖性，高昂的进口价格和技术封锁使得中国碳纤维复合材料的发展在较长时期内受到限制，难以实现国产化。上世纪70年代，中国开始碳纤维材料研究，但由于碳纤维生产技术长期被日美两国所垄断，中国难以突破日美两国对先进生产制备技术的封锁，致使中国碳纤维材料至今仍处于缓慢发展期，核心技术尚未攻克，难以实现规模化生产。现阶段，中国大部分企业已能够规模化生产T300 级别的碳纤维产品。对于T700级别的碳纤维，中国仅有少数企业可进行少量生产。

二、产业链分析

碳纤维产业环节较多，各环节均备较高壁垒。完整的碳纤维产业链包含从一次能源到终端应用的完整制造过程。从石油、煤炭、天然气均可以得到丙烯，目前低油价形势下，原油制丙烯的成本最优；丙烯经氨氧化后得到丙烯腈，丙烯腈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，并可制成碳纤维织物和碳纤维预浸料，作为生产碳纤维复合材料的原材料；碳纤维经与树脂、陶瓷等材料结合，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。

碳纤维复合材料的生产流程复杂，技术难度大，越到下游附加值越高。据《Global Carbon Fiber Composites: Supply Chain Competitiveness Analysis》，2012年，航空航天用碳纤维平均售价约为113美元/千克，而航空航天用碳纤维复合材料制品的平均售价约为 332 美元/千克，是碳纤维价格的三倍。

三、竞争格局

（一）行业壁垒

碳纤维的制造工艺较为复杂，涉及关键生产技术较多，技术壁垒较高。中国碳纤维行业本身晚于发达国家几十年，技术水平与日美等发达国家存在差异，技术创新能力较弱，加上国际上的碳纤维技术对我国长期处于高度封锁和垄断状态，导致碳纤维行业发展缓慢，产能较少，中国碳纤维一直存在缺乏具有自主知识产权的核心技术，碳纤维存在原丝生产技术路线单一、生产工艺的稳定性较差和生产过程中能耗较大等问题。此外，中国碳纤维的生产线有着低水平和重复建设的特征，技术水平主要集中在T300-T700系列，难以满足市场上对碳纤维复合材料的高质量要求，缺乏市场竞争力。同时也使得中国的碳纤维生产企业议价能力较低。然而也是因为发达国家的技术封锁加上对敏感领域的贸易封锁，我国少数企业在制造技术和工艺上自力更生，不断形成技术突破，同时从贸易限制领域尤其是军工企业获得长期稳定订单。

（二）供需分析

1、供给端

上游碳纤维的供给长期以来处于一个国际巨头垄断，我国有产能无产量的现状。

据前瞻研究院，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2018年的 2.68 万吨理论产能，年均复合增速28.43%。虽然我国产能增长迅速，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2018年销量约9000吨，销量/产能比为33.6%，远低于国际的销量/产能比 59.8%（若除去中国数据，国际销量/产能比为 65.3%）。

而碳纤维复合材料的供给端行业集中度也较高。从国际行业环境看，目前碳纤维、芳纶纤维等高性能纤维及复合材料的全球产业以美国、欧盟、日本为优势主体。美国是迄今全球复合材料发展最快的市场，其在航空复合材料产业链的各个环节均拥有全球领先的代表性厂商，赫氏公司在航空碳纤维市场上拥有约 25%的份额，仅次于日本东丽；在碳纤维预浸料市场拥有约 40%的份额，与索尔维共同占据领导地位；在玻璃纤维预浸料市场拥有约28%的份额。亚洲区国家中，日本的复合材料发展处于领先地位，日本在碳纤维领域拥有绝对优势，东丽、帝人以及三菱丽阳（现三菱化学）贡献了全球碳纤维产能的一半。

具体到各公司产能来看，日本东丽仍旧为全球龙头企业，其 2019 年运行产能+并购产能领先全球所有公司，达到了4.9万吨碳纤维，为排名第二的SGL 的 1.5万吨产能的三倍。具体到中国企业来看，从事碳纤维生产的企业中只有7家拥有千吨级以上的生产能力。精功科技、恒神股份、光威复材、中国蓝星和中国石化为运行产能较大的企业，且除恒神股份外，均有较高的扩产计划。

在生产能力方面，中国碳纤维单线生产产能较国际领先水平有较大差距。国际最大的单线生产能力为2,700.0 吨/年，平均单线产能为 1,800.0 吨/年，中国国产装备单线最大产能为1,000.0吨/年；在生产效率方面，2018年中国碳纤维的实际产量为设计产能的28.5%，产能释放能力弱。造成这种情况的主要原因一方面是由于中国碳纤维企业普遍存在开工不足的问题，大部分设备处于闲置状态；另一方面，在碳纤维价格上，受到国际竞争企业的压制，碳纤维价格一跌再跌，致使碳纤维企业面临着越生产越亏损的问题。因此，碳纤维企业普遍存在的生产技术和装备水平落后问题导致产能利用率不足，难以满足国内碳纤维需求。

2、需求端

在应用领域方面，“十二五”时期，中国碳纤维复合材料主要应用于体育设施、工业和航空航天领域，其中体育设施类大宗商品占据下游应用市场近 50%份额。在新能源和新材料行业的大力推进下，中国碳纤维复合材料下游应用领域逐步扩大，“十三五”时期到现在“十四五”开端，碳纤维复合材料下游应用领域增长较快的有风电和汽车领域，分别占据了下游应用总需求的15%和 5%。在新能源汽车的推行下，碳纤维复合材料将加大在汽车领域的布局，从而推动行业的发展。据《2019 年全球碳纤维复合材料市场报告》数据，全球碳纤维需求量 2019 年为10.4万吨，预计至2025年可达到21.7万吨，6年CAGR可达13%，行业规模快速增长。目前碳纤维材料在需求端成长潜力最大的主要有航空航天、风电和新能源车三大领域。

1）航空航天

航空航天领域为碳纤维应用的核心领域，由于航空航天对飞机性能的要求较高，而对价格相对敏感度较低，其核心零部件主要使用T800级及以上的小丝束高性能碳纤维，产品附加值较高，为行业内高端领域。碳纤维在航空航天领域的应用由来已久，从1969年起美国战机碳纤维的使用量比重开始持续增加达到 36%，美国B2隐身战略机上碳纤维复合材料占比超过了50%。随着近年民用航空产业的发展，民用飞机对于碳纤维复合材料的使用量也逐步上升，如B787和 A350等，以及我国商飞的C919等。航空主要使用3K、6K、12K 碳纤维。

碳纤维在航空航天领域的应用主要来自于减重的需求。使用碳纤维复合材料代替钢或者铝，减重效率可以达到 20%-40%，而重量的减轻可以带来一定好处。军用飞行器方面，减重一方面可以节省燃料，另一方面还可以提升飞行作战半径，提高其战场生存能力和战斗能力；而民用飞行器方面，减重可以节省燃料，并提高航程和载重能力，提高其经济效益。

2）风电

中国不断加大在低速风机和海上风机的生产研发，叶片长度不断增长，由于树脂基碳纤维复合材料是制造大型叶片的关键材料，风机建设的加强将直接推动碳纤维复合材料在风电领域的应用。

2019年我国风电领域用碳纤维需求量同比增长 72.5%；2020年10月14日，全球400余家风能企业代表发布《风能北京宣言》，规划了未来2020-2025 年年度新增装机 5000 万千瓦以上，2026-2030 年年均新增装机6000万千瓦以上，以及后续计划。在节能减排需求的推动下，根据国家能源局公告，我国2019 年新增风电装机 2,574 万千瓦，我国2020年新增风电装机 7,167万千瓦，同比增长 178.44%。风电装机的持续增长，为风电行业碳纤维的需求量带来了一定的保证。

3）新能源车

碳纤维复合材料具有重量轻、成本低、强度高和耐化学腐蚀等特性，是传统木模、钢模的良好替代品，也是发展现代工业不可缺少的基础材料之一。由于当前的新能源汽车主要是以电力驱动，电池重量普遍在300kg以上，因此新能源汽车对轻量化、节能和环保的需求更为迫切，碳纤维复合材料将成为新能源汽车应用领域的重要拓展方向。

现阶段，碳纤维复合材料在新能源汽车的零部件和车体中都得到了应用。在零部件方面，碳纤维轮毂的应用可使汽车拥有更快的启动、转向和停止速度，提高汽车安全性。例如蔚来ES6采用了铝合金+碳纤维复合车身结构的车型，可以提升车身抗扭转刚性，提高设计自由度，优化汽车在弯道上的表现。

总提来说，伴随着政策的持续引导，资本不断注入，中国碳纤维复合材料企业在技术方面将有较大的提升，下游应用将进一步扩大，直接带动中国碳纤维复合材料的需求增长。据头豹预计，未来五年中国碳纤维复合材料市场需求量的年复合增长率将达到13.9%，到2023 年将达到8.9万吨。

四、公司分析

（一）中航高科

1、公司概况

中航高科（600862.SH）是中国航空工业集团有限公司旗下、主要从事航空新材料研发生产、高端智能装备研发制造的综合性大型国有控股上市企业。公司前身源于1956年成立的南通机床厂，1994年5月在上海证券交易所挂牌上市。2015年公司进行了重大资产重组，以非公开发行股票方式购买中航复合材料有限责任公司、北京优材京航生物科技有限公司、北京优材百慕航空器材有限公司3家公司100%股权。原公司本部机床业务分立为独资子公司，依托中航工业及所属单位优势资源，将原有机床业务改造升级为数控机床及航空专用装备业务，加之重组注入的新材料业务，公司已成为新材料及装备制造领域具有相当规模和行业竞争优势的上市公司。在按照重组约定于2019年将房地产相关业务剥离后，目前公司业务涵盖航空新材料、高端智能装备、轨道交通、汽车、医疗器械、装备制造、创新创业投资等。

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2、核心子公司航空工业复材（中航复材）

航空工业复材是集复合材料研发、生产、销售和服务于一体的专业化高科技公司，业务涉及材料、制件、设计、研发、制造、检测、服务为一体的多业务产业链,主要产品为复合材料原材料（预浸料、蜂窝等）及民机复合材料结构件，主要客户为航空工业主机厂和零部件生产单位，目前正大力推进航空复合材料技术在民用飞机、汽车、轨道交通和新能源等领域的应用，积极拓展 国际民用航空市场。中航复材先后承担了多种型号飞机复合材料原材料和结构件的研制和攻关研究，在高性能树脂及预浸料技术、高性能复合材料新型结构、树脂基复合材料制造技术、金属基及陶瓷基（含C/C复合材料成型技术、材料表征与测试技术、先进无损检测技术等方面处于国内优势地位，2020年报报告期内获授权专利36项。

3、核心优势

在军工领域，中航高科在碳纤维复材供应端一直处于行业寡头的地位，主要客户是以沈飞、洪都航空为首的整机厂。公司还后承担了多种型号飞机复合材料原材料和结构件的研制和攻关研究，在高性能树脂及预浸料技术、高性能复合材料新型结构、树脂基复合材料制造技术、金属基及陶瓷基（含C/C）复合材料成型技术、材料表征与测试技术、先进无损检测技术等方面处于国内优势地位。

民用领域，目前子公司航空工业复材正加快建设复合材料应用创新体系，积极推进航空复合材料技术在民用飞机、汽车、轨道交通和新能源等领域的应用和产业化，积极开拓国际民用航空市场。例如，2020年，航空工业复材民机复合材料技术创新取得进展，完成CR929项目4米级坠撞壁板交付和桶段坠撞实验，通过了中国商飞特种工艺能力鉴定和供应商综合能力评估；两种C919国产预浸料在新生产线验证中通过中国商飞PCD预批准，开展C919升降舵工艺验证试验，参与C919第三战线复合材料尾翼优化项目；与航空工业通飞签订AG600复合材料结构框架合作协议，舵面结构研制工作已启动；航空工业复材承担的《民机复合材料结构超声相控阵检测与孔隙率评估技术》等7个纵向项目通过牵头单位验收或财务现场审计工作，23个项目通过甲方或公司内部验收，民机技术能力和相关资质得到提升。

4、产能扩建

公司现已在北京顺义建成面积 13.5 万平方米的复合材料科研生产园区，在南通建设了民用预 浸料和大尺寸蜂窝生产线，具备了复合材料研制生产及配套条件。先进的预浸料生产线、树脂生 产线和国内唯一的大规格自动化芳纶纸蜂窝生产线投入使用，形成了航空复合材料原材料生产、技术开发、工程试制和综合技术服务开展所需的试验手段和条件，为航空复合材料应用水平的提 升奠定了物质基础和有利条件。

2020年，公司全年实现营收29.12亿元、利润总额5.16亿元，计划完成率分别为100.40%、129.12%。

分业务（部门）看，2020年航空工业复材按进度基本完成国家重点型号任务和预浸料、蜂窝产品生产交付任务，产品交付合格率进一步提高，全年实现营收26.70亿元、利润总额5.84亿元、净利润4.97亿元，分别同比增长37.21%、69.07%、66.92%。

跨年度看，航空工业复材2020年营收增速、利润总额增速均创2015年以来新高，利润总额率从2015年的11.33%逐年提升至2020年的21.87%，而过去五年（2015-2019）的利润总额率均值仅为14.95%，2020年利润总额率超其6.92pct，或受产品合格率提高、学习曲线作用、规模经济效应、高毛利率型号产品占比提升等综合因素积极影响。

综合各方面因素，我国军工装备进入一个长期高景气阶段的逻辑并没有改变，而碳纤维复合材料在航空装备的使用量也是增长迅速，在碳纤维产业链中，处于中下游的预浸料和复合材料是最具竞争力的环节，作为整机厂上游材料的核心供应商以及碳纤维预浸料行业的寡头企业，短期看军工板块的行情回暖，长期看装备现代化、国产大飞机逐步落地、新能源车产量及碳纤维材料国产替代的需求，中航高科都具有投资价值。​​​​