1、 行业及产业 行业研究/行业深度 证券研究报告 基础化工/ 化学纤维 2022 年 01 月 10 日 国产化元年已至，赛道坡长雪厚 看好 民用碳纤维行业深度 本期投资提示： 碳纤维：“21 世纪新材料之王”。凭借优异的力学性能，大丝束碳纤维被运用在多个工业场景之中。以维斯塔斯为代表的风电装机龙头通过拉挤成型工艺将碳纤维成功应用在风电叶片上，叠加 2021 年海风抢装正式点燃了大丝束在民用领域的应用。随着民用碳纤维需求被点燃，以及吉林碳谷、精功科技为代表的优秀企业突破了原丝、碳化设备等关键技术难点，推动了整个产业链的进步，民用碳纤维的产业化元年已正式到来。 日韩引领，欧美追赶，中国突破。世界龙
2、头率先完成“实验工业应用“进程，日本东丽的碳纤维业务领先全球。东丽原有的纺织和黏胶人造丝业务在碳纤维生产技术的研发中起到了巨大推动作用，1990 年东丽生产的“Torayca”预浸料获得波音 777 材料规格认定， 确立小丝束的龙头地位， 之后在 2014 年收购大丝束碳纤维龙头 ZOLTEK （卓尔泰克） ，成为了全球碳纤维龙头公司。中国的碳纤维企业在 21 世纪 10 年代突破。光威复材、中简科技于创业板成功上市，中复神鹰、恒神股份逐步扭亏为盈，吉林碳谷成为国内原丝龙头，认真积累技术的企业市场地位在竞争中不断提升。 短期看风电、压力容器、碳/碳复材需求，未来应用场景将层出不穷。2020-2
3、025 年：碳纤维需求将受到风电、 压力容器、 碳/碳复材拉动， 对应 2025 年需求 21 万吨， CAGR15%。2025-2030 年：风电、压力容器、航空航天、汽车领域进一步打开空间，预计在 2030 年达到 64 万吨需求，对应 10 年 CAGR 为 20%。除了碳纤维作为结构件的应用，碳纤维复合材料的功能性需求也值得重视，如高价值量的碳/碳复材、热毡、燃料电池扩散层势必也将扩大碳纤维市场，未来随着终端技术的逐步开发、碳纤维产业链的日趋成熟，潜在的市场空间和应用场景将会层出不穷。 产业积极扩产，但紧张的供给仍将维持 2-3 年。随着风电抢装潮的来临引爆了整个碳纤维产业链，原丝、碳
4、化环节的厂商纷纷公布了扩产计划，预计十四五期间，碳化环节新增产能超过 20 万吨，原丝环节产能超过 37 万吨，但碳纤维尤其是原丝环节扩产难度较高，整个产业链的供需差预计在 2023 年初步缩小，紧张的供给仍将维持 3-5 年。 投资分析意见： 随着我国碳纤维产业链的完善和技术更迭， 碳纤维的产业化元年已经来临，未来随着民用碳纤维成本进一步下降，应用领域将进一步打来，赛道坡长雪厚，未来空间不容忽视。重点推荐：吉林碳谷（大丝束碳纤维原丝龙头，拥有世界领先的原丝生产工艺，产能全国第一，公司规划 2025 年 20 万吨产能规划，先发优势显著） ；吉林化纤（大丝束碳化环节产能领先，吉化集团规划 6
5、万吨碳化产能，并布局下游复合材料，产能优势显著，未来增长可期） ；精功科技（碳化设备龙头供应商，是国内领先的千吨级碳纤维生产线供应商， 产品力强劲， 已实现海外出口， 21 年新增订单 16.8 亿， 业绩确定性高） ； 中复神鹰 （千吨级干喷湿纺领跑者，背靠中国复合材料集团、鹰游、奥神，拥有从原丝设备纺丝的一体化生产能力，新增 1 万吨西宁产能预计 21Q1-22Q1 投产，产能释放推动公司业绩再上台阶） ；恒神股份（陕煤系碳纤维龙头，长期耕耘碳纤维行业，扭亏为盈高速增长） 。 风险提示：风电叶片需求不及预期导致碳纤维价格下滑；丙烯腈降价不及预期加大产业链成本压力 请务必仔细阅读正文之后的各
6、项信息披露与声明 行业深度 请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明 第2页 共50页 简单金融 成就梦想 投资案件 结论和投资分析意见 碳纤维在海风抢装潮的催化下度过“低达产”时代，民用碳纤维需求空间打开，大丝束碳纤维价格显著上涨，高景气度下，全产业链积极扩产布局。随着新增产能在未来2-3 年逐步释放以及丙烯腈成本降低，全产业链成本有望得到进一步优化，从而打开碳纤维在压力容器、碳/碳复材、建筑补强等领域的应用，替代空间广阔，赛道坡长雪厚。推荐关注：吉林碳谷（大丝束原丝龙头供应商） 、吉林化纤（腈纶产业经验丰富，碳化产能领先行业） 、精功科技（领先的千吨级碳纤维生产线厂商） 、中复神鹰（碳纤
7、维全产业链一体化生厂商） 、恒神股份（陕煤系碳纤维龙头，扭亏为盈步入上升通道） 。 原因及逻辑 碳纤维厂商正在度过“低达产”时代。2007-2016 年，我国的碳纤维产能释放率低问题突出， 自 2007 年发展到 2015 年的大小碳纤维行业近 40 家， 理论设计产能 1.96万吨。 但是实际产量仅从 2007 年的 200 吨增加到 2015 年的 3700 吨， 实际的产量不足设计产能的 20%。但是经过了数十年耕耘，优秀的碳纤维厂商逐渐脱颖而出，2020 年国内碳纤维运行产能达到了 36150 吨，销量 18450 吨，其中正常生产的企业的销量/产能比通常在 65%以上，甚至有的企业达
8、到了 90%以上，度过“低达产”时代。 海风引领需求，未来将打开更多应用场景，赛道坡长雪厚。在海风抢装的催化下，风电叶片成为了我国民用碳纤维领域最大的应用场景，2020 年需求量 2 万吨，近四年CAGR 为 61%。未来十年，风电、压力容器、碳/碳复材将持续引领碳纤维需求，预计在 2030 年，碳纤维需求将达到 64 万吨，对应 10 年 CAGR 为 20%。未来随着终端技术的逐步开发、碳纤维产业链的日趋成熟，潜在的市场空间和应用场景将会层出不穷。 技术壁垒、资金壁垒双高，供需紧张仍将长期维持。碳纤维的扩产需要原丝和碳化两个环节的配合，其中原丝端技术壁垒高，吉林碳谷亏损了十年攻克湿法纺丝制
9、备大丝束原丝的工艺，才实现大丝束原丝的规模化生产；碳化环节资金壁垒高，吉林化纤募投1.2 万吨碳纤维复合材料产能，项目投资金额约 14.6 亿，对应 12 亿/万吨的投资门槛。根据现有厂商的扩产规划， 碳纤维供给仍将在未来 3-5 年维持紧张的态势， 同时龙头的市占率将进一步提高。 有别于大众的认识 市场普遍认为碳纤维2021年的火爆是由于海风抢装叠加碳纤维禁运导致的阶段性爆发。我们通过对风电、压力容器、碳/碳复材的需求测算，预计碳纤维的需求将在未来十年维持 20%的复合增速，2021 年只是国产替代爆发的元年，未来随着碳纤维产业链的成熟和进一步降本，将拓展更多的碳纤维应用空间，碳纤维赛道坡长
10、雪厚，上行周期已经确立。 风险提示 风电叶片需求不及预期导致碳纤维价格下滑； 丙烯腈降价不及预期加大产业链成本压力。 oPrPnPsMrNzRsQpMwPyQyRaQdNbRnPqQnPtRkPpPpOjMnMmN8OoOwPMYoMqPvPpPxP 行业深度 请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明 第3页 共50页 简单金融 成就梦想 1.碳纤维“二十一世纪新材料之王” . 7 1.1 性质：力学性能突出，应用领域广泛 . 7 1.2 分类：不同丝束碳纤维对应不同的下游需求 . 8 1.3 产业链：原油下游产业，三大关注点带来价格波动 . 10 1.4 技术：原丝技术分支多，碳化投资壁垒
11、高 . 12 2.回顾六十载耕耘，绽放新材料之花 . 14 2.1 行业发展：日韩引领，欧美追赶，中国突破 . 14 2.1.1 全球：世界巨头率先完成“实验工业应用“ . 14 2.1.2 中国：起步时间早，国内巨头加速追赶 . 15 2.2 东丽：纺织起家，成就世界龙头 . 16 3.需求：风电引领，压力容器有望贡献更大空间 . 20 3.1 跨过低达产时刻，国产替代正当时 . 20 3.2 风电引领市场需求，压力容器拓宽应用场景 . 23 3.2.1 风电叶片：“十四五”期间的主要驱动要素 . 24 3.2.2 压力容器：“十五五”期间有望引领需求 . 27 3.2.3 碳/碳复材：热场
12、核心材料，尽享光伏高景气 . 29 3.3 产业化元年已至，预计 2030 年 64 万吨碳纤维需求 . 31 4.供给：竞争格局优异，全产业链积极扩产 . 32 4.1 传统碳纤维龙头引领，供给端高度集中 . 32 4.2 国产化元年已到，全产业链积极扩产 . 34 5. 民用碳纤维放量在即，产业链崛起正当时 . 35 5.1 吉林碳谷：全国唯一的第三方原丝龙头供应商 . 35 5.2 吉林化纤：背靠吉林国资，碳化产能领先 . 38 5.3 精功科技：碳化设备龙头供应商 . 41 5.4 中复神鹰：民用碳纤维一体化龙头企业 . 43 5.5 恒神股份：陕煤系碳纤维龙头，扭亏为盈高速增长 .
13、46 6.风险提示 . 49 目录 行业深度 请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明 第4页 共50页 简单金融 成就梦想 图表目录 图 1：碳纤维原丝横截面图 . 7 图 2：碳纤维产业链分布 . 10 图 3：大丝束碳纤维价格构成以及三大关注点 . 10 图 4：原丝占碳纤维成本比重（原丝成本/（材料成本+制造成本） ） . 11 图 5：碳化环节对应更高的制造成本(2020 年年报) . 13 图 6：湿法纺丝示意图 . 14 图 7：干喷湿法纺丝示意图 . 14 图 8：国外碳纤维市场发展史 . 15 图 9：国内碳纤维市场发展史 . 16 图 10：东丽集团分产品线收入及占比（百
14、万元） . 16 图 11：东丽碳纤维产业发展历史 . 17 图 12：东丽碳纤维产品图 . 18 图 13：卓尔泰克和东丽销售单价对比 . 19 图 14：气流展纱前后的变化 . 19 图 15：北京化工大学气流展纱设备效果图 . 20 图 16：2008-2019 年全球碳纤维需求（万吨） . 20 图 17：2015-2025E 年中国碳纤维进出口情况（万吨） . 20 图 18：2016-2020 原丝销量/产能比例逐步上升（%） . 21 图 19：拉挤成型工艺流程 . 22 图 20：2017 年光威复材承接大量海外订单（百万） . 22 图 21： 2017 年光威复材碳梁收入显
15、著增加（百万） . 22 图 22： 2017、2020 年国产占比两次显著增加（%） . 23 图 23： 禁运政策下，2021 年我国碳纤维产能高速增长（吨、%） . 23 图 24：2015-2020 风电装机需求（GW） . 23 图 25： 近 12 个月国内大丝束碳纤维均价（元/千克） . 23 图 26：2020 年全球碳纤维需求量占比-应用（%）. 24 图 27：2020 年我国碳纤维需求量占比-应用（%）. 24 图 28：风电叶片结构图 . 25 行业深度 请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明 第5页 共50页 简单金融 成就梦想 图 29：风电叶片直径和风塔高度大
16、型化 . 25 图 30：大型化趋势给材料的力学性能提出了更高的要求 . 25 图 31： 丰田 Mirai 氢燃料车内部示意图 . 27 图 32： Mirai 储氢罐通过碳纤维增强力学性能 . 27 图 33： 海外整车厂商在商用车中的储氢罐应用情况 . 28 图 34： 不同车型的碳纤维用量 . 28 图 35：金博股份碳/碳复材的应用 . 29 图 36：单晶拉制炉热场系统 . 30 图 37：2020-2025E 热场市场快速增长（亿元、%） . 30 图 38：碳纤维复合材料的潜在空间 . 31 图 39：2020 年各厂商碳纤维产能占比（%） . 33 图 40：2020 中国碳
17、纤维原丝及碳纤维运行产能-制造商（吨） . 33 图 41：吉林碳谷股权结构图 . 35 图 42：吉林碳谷 16-21 前三季度剔除丙烯腈贸易业务收入（百万元，%） . 36 图 43：吉林碳谷 18-21 前三季度剔除丙烯腈贸易业务收入毛利率、公司净利率（%） . 36 图 44：吉林化纤碳纤维业务发展历程 . 38 图 45：吉林化纤股权结构图 . 39 图 46：精功科技千吨级碳纤维生产线 . 41 图 47：精功科技 15-21H1 碳纤维生产线收入（百万元，%） . 41 图 48：精功科技 15-21H1 碳纤维生产线毛利率、公司净利率（%） . 41 图 49：中复神鹰碳纤维系
18、列业务发展历程 . 43 图 50：中复神鹰 18-21H1 碳纤维业务收入（百万元，%） . 44 图 51：中复神鹰 18-21H1 碳纤维业务毛利率、公司净利率（%） . 44 图 52：恒神股份碳纤维系列业务发展历程 . 46 图 53：恒神股份 16-21H1 碳纤维系列产品收入（百万元，%） . 47 图 54：恒神股份 16-21H1 碳纤维系列产品毛利率、公司净利率（%） . 47 图 55：恒神股份碳纤维产品系列指标 . 48 表 1：碳纤维性能优势 . 7 行业深度 请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明 第6页 共50页 简单金融 成就梦想 表 2：按大小丝束分类碳纤
19、维 . 8 表 3：按原丝类型分类碳纤维 . 8 表 4：日本东丽对碳纤维 T 系列性能定义 . 9 表 5：碳纤维主要应用领域性能要求 . 9 表 6：碳纤维行业公司技术对比 . 12 表 7：原丝、碳纤维扩产资金需求对比 . 13 表 8：湿法纺丝和干喷湿法纺丝的主要差异 . 14 表 9：卓尔泰克碳纤维业务发展史 . 18 表 10：原丝和碳纤维规模效应显著 . 19 表 11：2017-2020 风电、碳/碳复材等多个领域发展迅速 . 24 表 12：2020-2025E 全球风电叶片带来的碳纤维需求测算 . 26 表 13：目前的四类主流储氢 . 27 表 14：车用氢气瓶碳纤维需求
20、 . 28 表 15：碳/碳复合材料与其他材料的比较 . 29 表 16：2020-2030E 全球碳纤维需求预测（吨、%） . 31 表 17：中国碳化产能供给统计测算 . 34 表 18：2020-2026E 中国原丝供给测算. 34 表 19：吉林碳谷 18-21H1 产能利用率情况（吨，%） . 37 表 20：吉林碳谷下游客户扩产计划 . 38 表 21：吉化集团旗下碳纤维产能统计（吨） . 40 表 22：精功科技 15-20 年碳纤维生产线订单 . 42 表 23：精功科技 21 年新增碳纤维生产线订单 . 43 表 24：中复神鹰碳纤维产品指标对比 . 44 表 25：中复神鹰
21、 18-22 年产能统计与预测 . 45 表 26：中复神鹰 18-20 年前五大客户情况 . 45 表 27：相关公司估值表 . 48 行业深度 请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明 第7页 共50页 简单金融 成就梦想 1.碳纤维“二十一世纪新材料之王” 1.1 性质：力学性能突出，应用领域广泛 碳纤维是一种丝状碳素材料，力学性能优异。碳纤维由聚丙烯腈或沥青、粘胶等有机母体纤维， 在高温环境下裂解碳化形成碳主链结构， 含碳量在 90%以上的无机高分子纤维。由于其具有多项优异性能， 其通常与树脂、 金属、 陶瓷等复合后形成先进碳纤维复合材料，在军用和民用工业中的应用非常广泛。 图 1：
22、碳纤维原丝横截面图 资料来源：吉林碳谷公开发行说明书、申万宏源研究 碳纤维具有性能优异，应用场景广泛。作为新的增强纤维，碳纤维力学性能优异，比重不到钢的 1/4，而抗拉强度是钢的 7-9 倍，同时还具有轻质、高强度、高弹性模量、耐高低温、耐腐蚀、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。 表 1：碳纤维性能优势 性能优势 详情 密度小、比强度高 碳纤维密度为 1.52g/cm3，相当于钢密度的 1/4，铝合金密度的 1/2。而其比强度比刚大 16 倍，比铝合金大 12 倍。 拉伸强度高 碳纤维拉伸强度可达 30004000MPa ，弹性比钢大 45 倍，比铝大 67
23、倍。 弹性模量高 其弹性模量在 230GPa 以上，比模量是其他结构材料的 1.3-12.3 倍。 导电性优 25时高模量纤维为 775/cm，高强度纤维为 1500/cm。 耐高温和耐低温性能强 碳纤维具有各向异性，是在 2000以上的高温惰性环境中唯一强度不下降的物质，并且有较小的热膨胀系数，导热率随温度的升高而下降，耐骤冷、急热，即使从几千度的高温突然降到常温也不会炸裂，在 3000非氧化气氛下不融化、不软化。在-180低温条件下，钢铁变得比玻璃脆，而碳纤维 行业深度 请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明 第8页 共50页 简单金融 成就梦想 依旧柔软，且不脆化。 耐腐蚀性能优良
24、耐酸性能好，对酸呈惰性，能耐浓盐酸、磷酸、硫酸、苯、丙酮等介质侵蚀，且还有耐油、抗辐射、抗放射、吸收有毒气体和使中子减速等特性，在恶劣使用环境下可以抵抗外界破坏。 资料来源：碳纤维的发展及其应用现状、申万宏源研究 1.2 分类：不同丝束碳纤维对应不同的下游需求 根据碳纤维不同的性能和用途，可以对碳纤维进行多维度的分类，目前常用的分类维度主要有纤维数量、制造原料、力学性能。 按碳纤维按纤维数量不同可以分为小丝束和大丝束，与之对应的碳纤维原丝也可区分为小丝束碳纤维原丝和大丝束碳纤维原丝。 一般将丝束数量小于 24K 的碳纤维称为小丝束，1K 就代表一束碳纤维中有 1000 根丝，初期以 1K、3K
25、、6K 为主，逐渐发展为 12K，主要用于国防军工、航空航天等高端技术领域，产量低、成本高，被称为“宇航级材料”；24K 及以上的为大丝束，广泛用于纺织、医药卫生、机电、土木建筑、交通运输和能源等工业和民用领域，成本低，但生产控制难度大，被称为“工业级材料”。 表 2：按大小丝束分类碳纤维 碳纤维类型 丝束数量 应用领域 价格 小丝束 1/3/6/12K 国防军工、航空航天 较高 大丝束 24K 工业领域 一般 资料来源：吉林碳谷公开发行说明书、申万宏源研究 根据碳纤维制造路径不同可以分为聚丙烯腈（PAN）基碳纤维、沥青基碳纤维、黏胶基碳纤维。其中，聚丙烯晴（PAN）基碳纤维成品品质优异、力学
26、性能优良，且相较于其他两种碳纤维工艺难度更低， 是最主要的碳纤维产品， 占全球高性能碳纤维的 90%以上。 表 3：按原丝类型分类碳纤维 分类 优势 劣势 应用现状 聚丙烯腈（PAN）基 成品品质优异， 工艺较简单，产品力学性能优良 - 已经成为碳纤维主流（市场份额90%） 沥青基 原料来源丰富，碳化效率高 原料调制复杂，产品性能较低 目前规模较小 粘胶基 耐高温性 碳化收率低，技术难度大，设备复杂，成本高 主要用于耐烧蚀材料及隔热材料 资料来源：光威复材招股说明书、申万宏源研究 行业深度 请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明 第9页 共50页 简单金融 成就梦想 根据不同的强度和模量的
27、力学性能分为高强型、高强中模型、高模型、高强高模型。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具备更轻、更好的力学性能，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。 表 4：日本东丽对碳纤维 T 系列性能定义 品名 规格 拉伸强度（MPa） 拉伸模量（GPa） 伸长率（%） 线密度（g/1km） 体密度（g/cm3） 分类 T300 1K 3530 230 1.5 66 1.76 高强型 3K 3530 230 1.5 198 1.76 6K 3530 230 1.
28、5 396 1.76 12K 3530 230 1.5 800 1.76 T700S 12K 4900 230 2.1 800 1.8 24K 4900 230 2.1 1650 1.8 T800S 24K 5880 294 2 1030 1.8 高强中模型 T800HB 6K 5490 294 1.9 223 1.8 12K 5490 294 1.9 445 1.8 M40 12K 4500 380 1.2 430 1.78 高模型 M40J 6K 4400 377 1.2 225 1.75 高强高模型 12K 4400 377 1.2 450 1.75 M46J 6K 4200 430 1
29、 223 1.84 12K 4020 430 0.9 445 1.84 资料来源：光威复材招股说明书、中复神鹰招股说明书、申万宏源研究 表 5：碳纤维主要应用领域性能要求 应用领域 强度 Gpa 丝束类型 类比等级 备注 飞机 3.5 小丝束/中小丝束 T300/T700/T800 主要用于机身、 机翼、 整流罩、 地板、地板梁等 军工 3.5 小丝束/中小丝束 T300 以上 运用于装备的不同部位 汽车 3.5 小丝束-大丝束 T300T700 主要运用于车身、地盘、保险杠、电池、氢气燃料罐等 风电 3.5 大丝束 T300 以上 主要运用于叶片、梁 轨道交通 3.5 大丝束 T300 以上
30、 主要为车体 建筑 3.5 小丝束-大丝束 T300 以上 应用于大型建筑物增加建筑物的强度、耐腐蚀性 体育 3.5 小丝束-大丝束 T300 以上 用于高档体育器材 资料来源：吉林碳谷公开发行说明书、申万宏源研究 行业深度 请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明 第10页 共50页 简单金融 成就梦想 1.3 产业链：原油下游产业，三大关注点带来价格波动 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： 首先，产业链上游企业先从石油、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； 原丝：丙烯腈经聚合和纺丝之后得到聚丙烯腈（PAN）原丝； 碳化：产业链中下游企业再经过预氧
31、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。 图 2：碳纤维产业链分布 资料来源：吉林碳谷公开发行说明书、申万宏源研究 大丝束碳纤维的价格由四部分组成：直接材料、制造费用、期间费用、净利润。1）直接材料占比最高，约为碳纤维售价的 25-30%，其中丙烯腈占比 20%，丙烯腈的价格波动将显著影响公司的直接材料成本；2）制造费用是第二大成本中心，占比 20-25%，其中由于碳化具有高耗能、重资产特性，折旧摊销（6%）和电费（7%）是降本重点，重点关注公司设备采购成本和生产工
32、厂的用电成本；3）期间费用占比约 20%，其中主要由管理费用中的员工薪酬和维修费用构成；4）净利率受供需格局变动影响显著，受益于终端需求的旺盛和供给不足导致的碳纤维涨价， 一体化的碳纤维厂商在 21 年表现出了强劲的盈利能力，中复神鹰在 21H1 实现了 31.7%的净利率。 图 3：大丝束碳纤维价格构成以及三大关注点 行业深度 请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明 第11页 共50页 简单金融 成就梦想 资料来源：中复神鹰招股说明书、吉林碳谷公开发行说明书、公开资料整理、申万宏源研究 注：碳纤维成本拆分以中复神鹰招股说明书披露 21H1 数据为主，神鹰自产原丝，直接材料成本占比较低，若
33、仅考虑碳化环节的话直接材料占比会更高。 大丝束碳纤维原丝制备是碳纤维产业链的核心环节。占碳纤维成本 51%。由于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，原丝的质量和成本很大程度上决定了碳纤维的质量和生产成本。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，其性价比与供应稳定性将直接影响着碳纤维的引用领域的广度。 图 4：原丝占碳纤维成本比重（原丝成本/（材料成本+制造成本） ） 资料来源： 碳纤维企业如何夸过高成本这道坎 、申万宏源研究 行业深度 请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明 第12页 共50页 简单金融 成就梦想 1.4 技术：原
34、丝技术分支多，碳化投资壁垒高 大丝束的生产与小丝束有较大差异性高。尽管小丝束的碳纤维在我国已经在航空航天领域等多个领域进行运用，优质的碳纤维生产厂商如光威复材等已经具备了生产 T1000 级别小丝束的能力，但是对于大丝束来说，仍具备较强的工艺壁垒。 其一，大丝束不是简单的将纺丝数量从 112K 增加到 24、48K 即可：当纺丝数量增加之后，难以保持纺丝的一致性，同时聚丙烯腈纤维如果发生打结、粘黏，极易影响后续碳纤维的力学性能； 其二，大丝束的终端领域在民用居多，因此具备较强的成本敏感性，对上游厂商的成本控制提出了较高的要求。 由于发展历程、产业背景不同，碳纤维、原丝厂商在聚合、纺丝工段选择的
35、工艺路径也不尽相同。由于各碳纤维、原丝厂商起步时间不同，在切入碳纤维赛道之前的产业背景不同，导致各个厂商选择的工艺存在较大差异性。 表 6：碳纤维行业公司技术对比 公司简称 经营模式 技术路径 聚合工段 纺丝工段 非中国大陆地区公司 日本东丽 各类纤维的生产与销售 DMSO 为溶剂的一步法 T700、T800 和 T1000 采用干喷湿法纺丝，其他为湿法纺丝 日本东邦 碳纤维及其材料的生产与销售 ZnCl2 为溶剂的一步法 湿法纺丝 三菱丽阳 合成纤维、 合成树脂领域的生产与销售 DMF 为溶剂的一步法、DMAC 为溶剂的两步法 湿法纺丝 SGL 碳纤维及其材料的生产与销售 - - 赫氏 碳纤
36、维及其材料的生产与销售 硫氰酸钠为溶剂的一步法 - 陶氏 碳纤维及其材料的生产与销售 DMAC 为溶剂的两步法 - 台湾台塑 塑胶类、 纤维类及电子控制类的生产与销售 - - 中国大陆地区公司 光威复材 民品和军品碳纤维复合材料的生产与销售 DMSO 为溶剂的一步法 湿纺、干喷湿法纺丝 恒神股份 碳纤维及其材料的生产与销售 DMSO 为溶剂的一步法 湿纺、干喷湿法纺丝 中简科技 军品为主的碳纤维及其材料的生产与销售 DMSO 为溶剂的一步法 湿纺、干喷湿法纺丝 中复神鹰 碳纤维及其材料的生产与销售 DMSO 为溶剂的一步法 干喷湿法纺丝 吉林碳谷 碳纤维原丝的生产与销售 DMAC 为溶剂的两步
37、法 湿法纺丝 资料来源：吉林碳谷公开发行说明书、申万宏源研究 我们认为对于大丝束而言，碳化环节的壁垒来自资金设备，原丝环节的壁垒来自生产工艺。 行业深度 请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明 第13页 共50页 简单金融 成就梦想 碳化环节具备更高的资金壁垒。 碳纤维生产设备定制化程度高，导致了设备投资需要大量资金。国外碳纤维龙头企业一般根据自身技术特点进行自主设计，在专有设备的基础上改进升级，形成了具有自主知识产权的专有碳纤维生产装备。最为关键的设备是氧化炉和碳化炉。碳化炉应满足碳化工艺的要求，可分为低温碳化炉和高温碳化炉。与此配套的还有非接触式迷宫密封装置、加热系统、废气排出和处理系
38、统以及牵伸装置，由它们集成组合为一个完整的碳化炉，可实现稳定规模化生产。 根据吉林化纤、吉林碳谷公告显示，碳化环节对应的单吨投资金额约 12 亿/万吨，而原丝环节的资金要求相对较低，对应 2.1 亿/万吨的资金需求。尽管碳纤维生产环节对应原丝重量比重约 2:1，但是单吨的投资金额也显著超过了吉林碳谷。 表 7：原丝、碳纤维扩产资金需求对比 公司 项目名称 产品描述 年产能（吨） 投资额（亿元） 万吨投资额（亿元） 吉林化纤 1.2 万吨碳纤维复材项目 碳纤维复材（无配备原丝产能） 12000 14.6 12 吉林碳谷 年产 4 万吨碳纤维原丝项目 碳纤维原丝 40000 8.3 2.1 资料来
39、源：公司公告、申万宏源研究 图 5：碳化环节对应更高的制造成本(2020 年年报) 资料来源：光威复材招股说明书、吉林碳谷公开发行说明书、申万宏源研究 原丝环节具备更高的工艺壁垒，技术分支多，攻克难度大。 湿法纺丝：包括原液过滤、喷丝、凝固浴（溶剂的水溶液）、水洗、拉伸等几个阶段。纺丝过程必须在洁净的无尘纺丝车间进行，避免空气中的尘埃粒子污染原丝； 85%50%14%46%2%4%0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%原丝碳纤维原材料制造费用人工费用 行业深度 请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明 第14页 共50页 简单金融 成就梦想 干喷湿纺：相较于湿法纺
40、丝，其喷丝板和凝固浴之间 3-10mm 的间隙，可提高纺丝速度，使得纤维的结构更为均匀致密，且更容易得到高强度的纤维，复合材料加工工艺性能优异。 国际上日本东丽和美国赫氏率先实现了干喷湿纺工艺的突破，形成了成熟的干喷湿纺碳纤维产品。 其中，湿法纺丝是更适合大丝束生产，干喷湿纺更适合小丝束的生产。干喷湿纺由于其纺丝速度较快，得到了海内外巨头的广泛运用，如东丽、中简科技、中复神鹰均采取干喷湿纺技术生产碳纤维，但干喷湿纺的单锭线密度较低，更适用于小丝束碳纤维的生产，而湿法纺丝则更适合大丝束碳纤维的生产，尽管其纺丝速度较干喷湿纺较低，但是其具备的技术优势能够更好地适应大丝束碳纤维的生产。 表 8：湿法
41、纺丝和干喷湿法纺丝的主要差异 主要差异 湿法纺丝 干喷湿纺 喷丝孔直径 小(0.05-0.07mm) 大(0.10-0.30m) 纺丝液 中、低相对分子质量和中等固质量分数 高相对分子质量、高固质量分数和高粘度 牵伸率 喷丝后为负牵伸，一般负牵 30-50% 喷丝后为正牵伸，一般正牵 100-400% 纺丝速度 纺丝速度慢，一般 80-100m/min 左右 纺丝速度快，可在 300m/min 左右 纤维形态 密度较低、纤维表面有凹槽 密度较高，纤维表面较平滑 纺丝温度 纺丝温度较高，一般为 50-70 纺丝温度较低，一般为 40-45 摄氏度 资料来源：光威复材招股书、申万宏源研究 图 6：
42、湿法纺丝示意图 图 7：干喷湿法纺丝示意图 资料来源： 聚丙烯腈纤维的无凝固浴纺丝研究 、申万宏源研究 资料来源： 聚丙烯腈纤维的无凝固浴纺丝研究 、申万宏源研究 2.回顾六十载耕耘，绽放新材料之花 2.1 行业发展：日韩引领，欧美追赶，中国突破 2.1.1 全球：世界巨头率先完成“实验工业应用“ 1959-1989：全球碳纤维市场拉开序幕，批量化生产逐步实现。 行业深度 请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明 第15页 共50页 简单金融 成就梦想 1959 年，碳纤维在实验室中诞生。日本大阪工业试验所发明了 PAN 基碳纤维制备技术， 于往后的十年， 碳纤维产业始终局限于实验室技术的研
43、发。 上世纪 70-80年代，碳纤维的主要特点是工程化、工业化。碳纤维复合材料在航天航空结构上的工程化得以应用和批量生产，同期日本东丽公司基本开发完成现有的绝大部分产品型号T300、T800、T1000、M60J，卓尔泰克作为美国第一个工业碳纤维的厂家诞生。 1990-1999：并购热潮兴起，上下游巨头争相抢占市场。 上世纪 90 年代， 各大行业龙头争相并购或收购碳纤维厂商。 美国航空材料厂赫氏并购美国赫拉克勒斯的碳纤维产业，美国石油巨头阿莫科整合了大部分美国的碳纤维资源， 主要有美国联碳公司， 该公司是历史上唯一一家同时拥有粘胶、 沥青、聚丙烯腈基碳纤维的企业。德国石墨巨头西格里（SGL）
44、在 1997 年收购了英国考陶尔兹留下的 RK carbon，各大厂商积极抢占市场份额。 2000-2020：需求进一步扩大，应用领域愈加广泛。 21 世纪 00 年代， 碳纤维产业发展平稳， 应用领域向风电、 汽车等民用方向拓展。2007 年卓尔泰克于风电巨头维斯塔斯建立合作， 开拓碳纤维在风力发电领域的使用，同期中国、韩国、俄罗斯等国家开启碳纤维的投资热潮。21 世纪 10 年代，碳纤维应用市场急剧扩大，产业实现进一步整合。于 2011 年和 2014 年，碳纤维飞机 B787 与 A350 分别完成首架交付， 应用于航空航天方向的碳纤维需求激增。依托于拉挤板成功应用于叶片梁帽，风电巨头维
45、斯塔斯对碳纤维需求空前增长，碳纤维产业内部加剧了整合。 于 2014 年 2 月， 东丽完成了卓尔泰克的收购计划。 图 8：国外碳纤维市场发展史 资料来源： 碳纤维产业释放良机 、申万宏源研究 2.1.2 中国：起步时间早，国内巨头加速追赶 1962-1979：政策助力碳纤维行业的起步和发展。 1962 年，中科院长春应用化学所成立“聚丙烯腈基碳纤维的研制”课题组，开展碳纤维的基础研究，标志着我国碳纤维行业的起步。20 世纪 70 年代，为了国家 行业深度 请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明 第16页 共50页 简单金融 成就梦想 国防需要， 全国各大研究所、 研究院展开对于碳纤维产业
46、链的研究。 1975 年-1981年底， 中央投入到承担碳纤维原丝等碳纤维民用研究资金 2600 多万元， 建成 PAN原丝试制能力约 50 吨/年，碳纤维长丝的试制能力 1.5-2.0 吨/年。 1980-1999：严重依赖进口技术设备，生产运行效率低下。 上世纪 80-90 年代，我国国家科委鼓励引进国外的先进技术，并提供资金支持，但仅有英国 RK 公司愿意以高价出售大丝束预氧化炉和炭化炉，碳纤维发展几近停滞状态。随后我国委托 RK 公司加工制造了一套 10 吨级（12K）预氧化、碳化中试线，项目历经磨难，几次险些遭到封杀企业运行效率不高，大部分研发单位退出该领域，研发陷入停滞。 2000
47、-2020：举国上下积极研发，国内龙头逐渐显现。 21 世纪 00 年代，欧美禁运，我国碳纤维的研制提上日程。由于欧美禁运导致市场 T300-3K 的价格飞速攀升且有价无市，严重影响国防需要。科技部设立碳纤维专项，联合各研究所、高校等科技机构，组成专家小组研究碳纤维材料，据不完全统计，参与碳纤维项目企业数量超过 40 家，投资规模超过 300 亿元人民币。21 世纪 10 年代，碳纤维市场出现明显的优胜劣汰局面，碳纤维企业缩至 10 余家。光威复材、中简科技于创业板成功上市，中复神鹰扭亏为盈、吉林碳谷成为国内原丝龙头，认真积累技术的企业市场地位在竞争中不断提升。 图 9：国内碳纤维市场发展史
48、资料来源： 碳纤维产业释放良机 、申万宏源研究 2.2 东丽：纺织起家，成就世界龙头 日本东丽集团（TORAY）成立于 1926 年，最初是黏胶人造丝的生产商，现已成为世界著名的以有机合成、高分子化学、生物化学为核心技术的多元化高科技跨国企业。其总部位于日本东京，截至 2020 年 3 月 31 日，在全球 26 个国家和地区拥有 282 家附属和相关企业。 图 10：东丽集团分产品线收入及占比（百万元） 行业深度 请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明 第17页 共50页 简单金融 成就梦想 资料来源：东丽官网、申万宏源研究 纤维行业多年沉淀，打造碳纤维领军企业。据东丽中国官网数据显示，
49、东丽于 1968年成功试制聚丙烯腈（PAN）基碳纤维，并于 1973 年在日本爱媛县正式开始了碳纤维生产设备（5t/月）的运转。于 1990 年，“Torayca”预浸料获得波音 777 材料规格认定，是飞机主承力结构的认定第 1 号，随后用于波音 787 的主翼到机身、尾翼等部分，占其结构重量的一半，且一次结构材料全部采用东丽卡预浸材料、织物，均由东丽独家供给。据东丽官网数据，碳纤维复合材料收入从 2016 年的 1616 亿日元增长至 2019 年的 2369 亿日元，年复合增长率为 13.6%。 图 11：东丽碳纤维产业发展历史 资料来源：东丽中国官网、申万宏源研究 行业深度 请务必仔细
50、阅读正文之后的各项信息披露与声明 第18页 共50页 简单金融 成就梦想 图 12：东丽碳纤维产品图 资料来源：东丽官网、申万宏源研究 2014 年，整合大丝束资产ZOLTEK（卓尔泰克）。收购前，东丽集团在高性能、高品质小丝束碳纤维方面集中经营，主要面向于航空航天、压力容器等尖端领域，而大丝束纤维的品种不齐全。 此次收购的主要原因：卓尔泰克先发优势和成本优势突出。受益于多年来对大丝束生产技术的沉淀，卓尔泰克能够以较低的成本生产出高性能的大丝束碳纤维产品，且由于其发展早、产品规模大，具有较高的市场地位和知名度。具体来看，卓尔泰克生产的碳纤维单价仅有东丽高性能纤维的 60%左右，高性价比的产品为
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