1、2022 年深度行业分析研究报告 -3- 证券研究报告 目目 录录 1、 碳纤维碳纤维备受瞩目的轻量化材料备受瞩目的轻量化材料 . 7 7 1.1、 “黑金”潜力深厚的材料明星 . 7 1.2、 产业链及工艺流程 . 10 1.2.1、 碳纤维产业链全貌一览 . 10 1.2.2、 上游紧密承接石化行业，以丙烯腈为核心原材料 . 11 1.2.3、 原丝质量决定产品性能，原丝工艺成关键 . 12 1.2.4、 碳纤维工艺流程复杂，资本开支较高 . 14 2、 风电领航，下游应用市场蓬勃发展风电领航，下游应用市场蓬勃发展 . 1515 2.1、 碳纤维产业应用场景广阔，需求持续扩容 . 15 2
2、.2、 风电叶片是我国碳纤维第一大应用领域，行业高景气助推需求高增 . 16 2.3、 极佳的热场材料碳/碳复合材料将充分受益于光伏景气提升. 18 2.4、 航空航天产品附加值最高，需求稳步恢复 . 20 2.5、 人均体育消费稳增，体育休闲产品需求稳步增长 . 23 2.6、 汽车轻量化未来可期，碳纤维大有可为 . 25 2.7、 氢能行业快速发展，高压储氢瓶推动碳纤维需求 . 26 3、 碳纤维产业形势碳纤维产业形势 . 2828 3.1、 碳纤维国际市场情况 . 28 3.1.1、 全球碳纤维需求稳健增长，风电占比最高 . 28 3.1.2、 美日碳纤维产能久居前列，中国碳纤维发展驶入
3、快车道 . 29 3.2、 国内市场情况 . 30 3.2.1、 我国碳纤维工业起步早，历经磨砺终迎来曙光 . 30 3.2.2、 碳纤维供不应求，产能集中于核心龙头企业. 31 4、 投资建议投资建议 . 3333 4.1、 重点推荐 . 33 4.1.1、 上海石化：加快转型步伐，以碳纤维为核心构建产业集群 . 33 4.1.2、 吉林化纤：产能持续扩张，深入布局碳纤维方向 . 35 4.1.3、 吉林碳谷：碳纤维领域业绩高增，产品技术继续攻关 . 40 4.2、 建议关注 . 46 4.2.1、 光威复材：军工风电双轮驱动，碳纤维全产业链布局完善 . 46 4.2.2、 中复神鹰：碳纤维
4、业务持续放量业绩高增，上市募资助力产能扩建 . 46 -4- 证券研究报告 图目录图目录 图 1：碳纤维产业链概览 . 10 图 2：“丙烯腈-聚丙烯腈原丝-碳纤维”生产工艺流程图 . 11 图 3：丙烯腈下游应用分布情况 . 11 图 4：2011-2021 年 11 月我国丙烯腈进出口数量统计 . 11 图 5：湿法纺丝工艺流程 . 12 图 6：干喷湿纺工艺流程 . 13 图 7：碳纤维产业链产品附加值逐级跃升（单位：元/公斤） . 14 图 8：2019-2025 年中国碳纤维需求量 . 15 图 9：2020 年全球/中国碳纤维下游应用分布对比 . 15 图 10：2020 年中国碳
5、纤维下游应用销量占比 . 15 图 11：2020 年中国碳纤维下游应用收入占比 . 15 图 12：VESTAS 风电叶片结构示意图 . 16 图 13：VESTAS 风电叶片大梁结构示意图 . 16 图 14：2020-2025 年全球风电叶片碳纤维需求量（万吨） . 17 图 15：2015-2020 年中国风电装机容量（GW） . 17 图 16：2010-2020 年中国新增陆上和海上风电机组平均单机容量 . 17 图 17：2020 年我国不同单机容量风电机组新增装机容量占比 . 17 图 18：风电叶片尺寸的发展路径 . 17 图 19：大型拉制单晶硅炉的结构 . 19 图 20
6、：2020-2025 年全球碳/碳复合材料的需求规模（吨） . 20 图 21：2021-2027 年我国光伏装机量预测（GW） . 20 图 22：碳纤维复合材料在航空领域的应用阶段 . 20 图 23：复合材料在航空产品应用比例图 . 21 图 24：2020 年航空航天碳纤维应用细分领域使用量分布 . 21 图 25：碳纤维增强复合材料在 A380 上的应用情况 . 22 图 26：全球航空航天领域碳纤维需求趋势（单位：吨） . 23 图 27：全球体育休闲领域碳纤维需求趋势（单位：吨） . 23 图 28：2020 年体育碳纤维需求分类 . 23 图 29：应用碳纤维材料的体育产品 .
7、 24 图 30：2017-2020 年我国人均体育消费金额增长趋势 . 24 图 31：宝马 i3 碳纤维复合材料车体结构图 . 25 图 32：碳纤维复合材料储氢气瓶示意图 . 26 图 33：2020-2025 年全球压力容器碳纤维需求量（吨） . 27 图 34：全球碳纤维需求量变化趋势（需求量单位：千吨） . 28 图 35：2019、2020 年全球碳纤维下游应用需求量占比 . 28 图 36：2019、2020 年全球碳纤维下游应用需求金额占比 . 28 图 37：2019、2020 年全球碳纤维需求量分产品类型占比 . 29 图 38：2020 年全球碳纤维运行产能各地区占比
8、. 29 图 39：2020 年全球碳纤维主要厂商运行产能（单位：千吨） . 30 -5- 证券研究报告 图 40：2020 年全球碳纤维主要厂商扩产计划（单位：千吨） . 30 图 41：中国碳纤维发展历程 . 31 图 42：2021 年中国碳纤维企业竞争格局 . 32 图 43：我国碳纤维库存量（吨） 、开工率 . 32 图 44：上海石化 2016-2021 年前三季度营业收入 . 33 图 45：上海石化 2016-2021 年前三季度归母净利润 . 33 图 46：2020 年吉林化纤主营业务构成 . 35 图 47：吉林化纤营业收入 . 36 图 48：吉林化纤归母净利润 . 3
9、6 图 49：吉林碳谷碳纤维原丝系列产品销量（吨） . 41 图 50：吉林碳谷碳纤维原丝系列产品产销率 . 41 图 51：吉林碳谷营业收入 . 41 图 52：吉林碳谷归母净利润 . 41 表目录表目录 表 1：碳纤维的发展简史 . 7 表 2：碳纤维与传统材料性能对比 . 7 表 3：碳纤维复合材料性能及对应使用场景 . 8 表 4：不同原丝碳纤维特点比较 . 8 表 5：国际碳纤维分类法 . 9 表 6：小丝束碳纤维与大丝束碳纤维特点比较 . 10 表 7：国内主要丙烯腈生产企业及产能(截至 2021 年 10 月) . 12 表 8：丙烯腈扩产项目开展情况 . 12 表 9：湿法纺丝
10、与干喷湿纺特点对比 . 13 表 10：我国碳纤维在风电领域需求量测算 . 18 表 11：碳/碳复合材料在太阳能光伏领域的应用 . 19 表 12：我国新增光伏装机容量对应碳/碳复合材料需求量 . 20 表 13：国内部分民用飞机碳纤维复合材料用量情况 . 22 表 14：2021-2025 年我国航空领域年均新增碳纤维增强基复合材料（CFRP）需求量 . 23 表 15：各类汽车轻量化材料特性对比. 25 表 16：艾瑞泽 7 碳纤维应用及效果 . 26 表 17：车用气瓶性能参数比较 . 27 表 18：2020 年全球实际增加的碳纤维产能 . 30 表 19：近年来我国碳纤维行业相关政
11、策文件 . 31 表 20：我国碳纤维生产企业扩产产能. 32 表 21：上海石化碳纤维业务发展历程. 34 表 22：上海石化部分碳纤维产品的应用尝试 . 34 表 23：上海石化碳纤维大规模量产项目建设情况 . 34 表 24：上海石化盈利预测与估值简表. 35 表 25：吉林化纤关键项目预测（万元） . 38 -6- 证券研究报告 表 26：吉林化纤绝对估值核心假设表. 39 表 27：吉林化纤现金流折现及估值表. 39 表 28：吉林化纤敏感性分析表（元）. 40 表 29：吉林化纤盈利预测与估值简表. 40 表 30：2020-2021H1 吉林碳谷下游主要客户 . 42 表 31：
12、吉林碳谷关键项目预测（万元） . 43 表 32：吉林碳谷绝对估值核心假设表. 44 表 33：吉林碳谷现金流折现及估值表. 45 表 34：吉林碳谷敏感性分析表（元）. 45 表 35：吉林碳谷盈利预测与估值简表. 45 表 36：光威复材碳纤维现有产能及在建产能 . 46 表 37：中复神鹰 IPO 募集资金用途 . 47 -7- 证券研究报告 1 1、 碳纤维碳纤维备受瞩目的轻量化材料备受瞩目的轻量化材料 1.11.1、 “黑金”“黑金”潜力深厚的材料明星潜力深厚的材料明星 碳纤维碳纤维属于属于新一代增强纤维新一代增强纤维，百年发展铸就高技术壁垒，百年发展铸就高技术壁垒 碳纤维 （Car
13、bon Fiber） 是由有机纤维在高温环境下裂解碳化形成碳主链结构，含碳量高于 90%的无机高性能纤维，具体含碳量随种类不同而不同。碳纤维是一种力学性能优异的新材料， 一方面其具有碳材料的固有本性特征， 如耐高温、耐摩擦、导电、导热及耐腐蚀等，另一方面其又兼备纺织纤维的柔软可加工性，属于新一代增强纤维。 回顾碳纤维技术百余年的发展历史， 碳纤维材料的研发初期进展缓慢， 成果寥寥， 但中期取得重大技术突破后便迎来了快速发展期。 碳纤维最早萌芽于 1880年爱迪生等人发明的碳丝，直至 20 世纪中期高性能碳纤维才正式在美国问世。20 世纪 70 年代以后，碳纤维凭借其优异的性能在下游产业中迅速商
14、业化，更多企业尝试将碳纤维应用于体育休闲、航空航天产业，获得了良好的市场反响。进入 21 世纪，碳纤维更是广泛应用于新能源装备、工业机器、建筑和汽车等多个领域，成为当今世界不可或缺的战略性新材料。 表表 1 1：碳纤维的发展简史碳纤维的发展简史 时间时间 阶段阶段 主要事件主要事件 1880 年 萌芽 英国人约瑟夫斯旺和美国人托马斯爱迪生因为发明碳丝而获得发明专利 19591971 年 正式问世 1959 年美国联合碳化物公司成功研制最早上市的黏胶基碳纤维 Thornel-25； 1961 年大阪工业技术实验所进藤昭男发明聚丙烯腈基碳纤维；1965 年日本群马大学制成沥青基碳纤维；1968 年
15、美国金刚砂公司研制出酚醛基碳纤维；1971 年日本东丽公司与美国联合碳化物公司合作生产了 T300 碳纤维，并率先实现工业化量产，产量约每月一吨 19721981 年 开始应用于体育领域 1972 年鱼竿开始采用碳纤维；1973 年高尔夫球杆开始采用碳纤维；1975 年网球拍实现 100%碳纤维化 19821992 年 更多应用于飞机制造 1982 年采用碳纤维零部件而更省燃料、噪音更小的波音 767 及空客 310 完成首飞；1982 年采用碳纤维作为舱门材料的哥伦比亚号航天飞机发射；1990 年，波音 777 采用了碳纤维预浸布 19932004 年 开始应用于工业 碳纤维被应用在工业机器
16、、船艇、建筑等领域 2005 年以后 应用场景广泛多样 应用于风力发电、新能源汽车、波音与空客飞机的主承力结构等 资料来源：纺织导报官网，智研咨询，光大证券研究所整理 碳纤维碳纤维性能优异性能优异，下游应用场景多元，下游应用场景多元 在力学性能方面， 碳纤维较金属、 塑料和玻璃纤维有更高的拉伸模量和拉伸强度，其拉伸模量一般是玻璃纤维的 3 倍、钛合金的 2 倍，拉伸强度至少是铝合金的 9 倍、 钢材的 6 倍。 同时， 碳纤维的密度仅约为钢的 25%， 钛合金的 40%。因此碳纤维属于性能优越的轻量化材料， 将其应用在风电、 航空航天等领域中不仅可以提升产品的强度，还可以实现显著的减重。 表表
17、 2 2：碳纤碳纤维与维与传统材传统材料性能料性能对比对比 材料名称材料名称 拉伸模量拉伸模量 GPGPa a 拉伸强度拉伸强度 MPaMPa 密度密度 g/cmg/cm3 3 比模量比模量 GPa/(g/cm)GPa/(g/cm) 比强度比强度MPa/(g/cm)MPa/(g/cm) 45 号钢 210 600 7.85 27 76 铝合金 72 420 2.80 26 151 钛合金 117 1000 4.50 26 222 镁合金 45 220 1.80 25 123 ABS 塑料 23 40 1.04 23 40 玻璃纤维 86 2800 2.54 34 1102 T300 碳纤维 2
18、30 3530 1.76 131 2006 T700 碳纤维 230 4900 1.80 128 2722 -8- 证券研究报告 T800 碳纤维 294 5490 1.81 162 3035 资料来源：英特力新材官网，光大证券研究所整理 在极端环境的适应力方面， 碳纤维同样有出色的性能表现。 碳纤维耐超高温，非氧化气氛条件下可在 2000时使用，在 3000的高温下不会发生熔融软化。碳纤维也耐低温， 在-180低温下钢铁会变得比玻璃脆， 而碳纤维依旧具有弹性。此外，碳纤维耐浓盐酸、磷酸等介质侵蚀，耐腐蚀性超过黄金和铂金，同时也拥有较好的耐油性能。碳纤维还具有热膨胀系数小、导热系数大的特征，可
19、以耐急冷急热，即使从 3000的高温突然降到室温也不会炸裂。 优异的力学性能加之出色的环境适应力， 使碳纤维成为众多生产、 生活领域不可替代的新材料。比如，以碳纤维增强材料的树脂基复合材料（CFRP）既能应用于宇宙飞行器等尖端领域， 也在风电叶片、 体育休闲和建筑结构补强等方面发挥了重要作用。碳/碳复合材料（碳纤维及其制品制成的增强复合材料，C/C）以其低密度、耐烧蚀、高导热的优异性能在导弹、火箭、航天飞机等产品中得到了有效运用。伴随着社会经济的发展，碳纤维的应用场景有望持续拓宽，市场潜力有望进一步提升。 表表 3 3：碳纤维复合材料性能及对应使用场景碳纤维复合材料性能及对应使用场景 分类分类
20、 子分类子分类 性能特点性能特点 使用场景使用场景 典型场景图示典型场景图示 树脂基复合材料 （CFRP） 热固性树脂（TS） 强度、刚度高；其中酚醛树脂基耐热性好 宇宙飞行器外表面防热层及火箭喷嘴（酚醛树脂基） 、 航空航天结构材料 （环氧树脂基） 、风电叶片、体育休闲、建筑补强等 热塑性树脂（TP） 耐湿热、强韧、成型加工性优良 碳/碳复合材料 （C/C） 由碳纤维及其制品（碳布等）制成的增强的复合材料 低密度、耐烧蚀、抗热震、高导热、低膨胀、 摩擦磨损性能优异 导弹弹头、固体火箭发动机喷管、航天飞机、飞机刹车盘、 人工骨骼等 金属基复合材料 （CFRM） 锕、铝、镍、铜 高比强度、高比模
21、量、 优异的疲劳强度 宇航结构材料、汽车、铁道、机械等 陶瓷基复合材料 （CFRC） - 改善韧性、提高机械冲击/热冲击性 发动机高温部件等 橡胶基复合材料 （CFRR） - 改善热疲劳性、提高使用寿命 管材、耐磨衬轮、特殊密封件等 资料来源：光威复材招股说明书， 2020 年全球碳纤维复合材料市场报告 （赛奥碳纤维） ，光大证券研究所整理 碳纤碳纤维维分类分类标准多样，大小丝束碳纤标准多样，大小丝束碳纤维维技术技术逐个突破逐个突破 碳纤维可以根据原丝类型、力学性能和单丝数量进行分类。 依据原丝类型的不同，碳纤维可以分为依据原丝类型的不同，碳纤维可以分为聚丙烯腈聚丙烯腈（PANPAN）基碳纤维
22、、沥青基）基碳纤维、沥青基碳纤维和粘胶基碳纤维。碳纤维和粘胶基碳纤维。聚丙烯腈基碳纤维成品性能优异，工艺简单，是碳纤维市场的主力产品，在世界碳纤维总产量中的占比约为 90%；沥青基碳纤维虽然原料来源丰富， 但产品性能较差， 目前应用规模较小； 粘胶基碳纤维技术难度大，制备成本高，但具有耐高温的性能，主要用于耐烧蚀材料等领域。 表表 4 4：不：不同原同原丝碳纤丝碳纤维特点维特点比较比较 种类种类 优势优势 劣势劣势 应用应用情况情况 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 沥青基 原料来源丰富，碳化收率高 原料调制复杂，产品性能较低 目前规模较
23、小 -9- 证券研究报告 粘胶基 高耐温性 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，光大证券研究所整理 依据拉伸强度和拉伸依据拉伸强度和拉伸模量两大力学性能指模量两大力学性能指标， 碳纤维可以分为通用型碳纤维标， 碳纤维可以分为通用型碳纤维（强度在（强度在 1000MPa1000MPa、模量在、模量在 100GPa100GPa 左右）和高左右）和高性能型碳纤维。性能型碳纤维。而高性能型碳纤维又分为高强型 （拉伸强度大于2000MPa） 和高模型 （拉伸模量大于300GPa） ，其中拉伸强度大于 4000MPa 的称作超高强型，拉伸模
24、量大于 450GPa 的为超高模型。 碳纤维在应用时多是作为增强材料而利用其优良的力学性能， 因而在实践中拉伸强度及模量是国际碳纤维分类的主要标准，多采用日本东丽（TORAY）的分类法。 表表 5 5：国际碳纤维分类：国际碳纤维分类法法 按力学性能分类按力学性能分类 日本东丽牌号日本东丽牌号 东丽产品具体性能数据东丽产品具体性能数据 高强型 T300 强度 3530MPa，模量 230GPa T700 强度 4900MPa，模量 230GPa 高强中模型 T800 强度 5490MPa，模量 294GPa T1000 强度 6370MPa，模量 294GPa 高强高模型 M40J 强度 440
25、0MPa，模量 377GPa M46J 强度 4200MPa，模量 436GPa M50J 强度 4120MPa，模量 475GPa M55J 强度 4020MPa，模量 540GPa M60J 强度 3820MPa，模量 588GPa 资料来源：光威复材招股说明书，日本东丽官网，光大证券研究所整理 按照每束碳纤维中的单按照每束碳纤维中的单丝根数，碳丝根数，碳纤维可纤维可以分为以分为小丝束和大丝束两大小丝束和大丝束两大类别类别。一般按照碳纤维中单丝根数与 1000 的比值命名，例如，12K 指单束碳纤维中含有 12000 根单丝的碳纤维。 通常将 24K 及以下型号的碳纤维归为小丝束。 小丝束
26、碳纤维早期以 1K、 3K、6K 等型号为主，而后逐渐发展出 12K 和 24K 的品种。小丝束碳纤维性能优异但价格较高， 一般用于航天军工等高科技领域， 同时产品附加值较高的体育用品中也有所使用。小丝束碳纤维常见的下游产品包括有飞机、导弹、火箭、卫星和钓鱼杆、高尔夫球杆、网球拍等。一般 48K 及以上型号的碳纤维属于大丝束，包括 48K、50K、60K 等型号。早期大丝束碳纤维产品性能与小丝束差距较大，没有得到广泛运用，但临近 21 世纪大丝束碳纤维技术取得重大突破，拉伸强度可达到 3600 MPa，随后大丝束产业迎来了高速发展期，生产成本和售价也不断降低。2020 年国际市场大丝束碳纤维的
27、售价约为 13.5-14.5 美元/千克，而小丝束碳纤维的售价则约为 20-22 美元/千克。大丝束产品往往运用于基础工业领域，包括土木建筑、交通运输和新能源装备等。 如果以“性能价格比（每美元的拉伸强度和拉伸模量）”这一指标来衡量，大丝束产品通常更具优势。以 ZOLTEK 的大丝束碳纤维产品 PANEX3348K 为例，它每美元的拉伸强度和拉伸模量分别达到 205MPa 和 13GPa；而小丝束碳纤维 T300-12K 每美元的拉伸强度和拉伸模量仅为 107MPa 和 7GPa。近年来大丝束产品的性能不断提升，性能价格比的优势愈发凸显，应用领域持续拓宽。 在国际碳纤维产业发展初期， 由于小丝
28、束碳纤维的性能普遍优于大丝束碳纤维，率先开拓了碳纤维的下游应用场景，因此制备小丝束的生产技术更早成熟，我国碳纤维产业也遵循类似的发展路径。 目前我国企业已掌握多种小丝束碳纤维的生产工艺，但在大丝束产品方面起步较晚，产业实力与美国、日本的国际碳纤维巨头仍有一定差距。在攻克大丝束技术难关时，国内企业往往面临缺乏标准、CV 值（条干不匀变异系数）不稳定、毛丝占比高和碳化环节毛丝凸显四大挑战。直到 2017 年后，吉林碳谷等少数企业才实现了大丝束碳纤维的技术突破。 -10- 证券研究报告 表表 6 6：小丝束碳纤维与大小丝束碳纤维与大丝束碳纤维特点比丝束碳纤维特点比较较 种种类类 小小丝丝束束 大丝束
29、大丝束 整体力学性能 性能优异 早期产品性能一般，目前部分产品性能已接近小丝束 每美元力学性能 小丝束碳纤维 T300-12K 每美元的强度为107MPa、模量为 7GPa 大丝束碳纤维 PANEX3348K 每美元强度为 205MPa、模量为 13GPa 生产成本 高 低，与小丝束相比能降低 30%以上的成本 生产工艺 较为成熟 相比国际巨头，国内企业在规模化生产合格产品时需克服缺乏标准、CV 值（条干不匀变异系数）不稳定、毛丝占比高和碳化环节毛丝凸显四大难关 价格 较高，2020 年国际市场售价为 20-22 美元/千克 较低，2020 年国际市场售价为 14-15 美元/千克 用途 导弹
30、、卫星、航空航天、体育休闲等方向 土木建筑、交通运输和新能源装备等领域，随着生产技术的突破，产品性价比优势逐渐凸显，应用场景更加丰富 资料来源： 大丝束碳纤维产业发展现状及面临的问题吉用秋等，全球纺织网，光大证券研究所整理 1.21.2、 产业链及工艺流程产业链及工艺流程 1.2.11.2.1、碳纤维产业链全貌一览碳纤维产业链全貌一览 图图 1 1：碳纤维产业链概览：碳纤维产业链概览 资料来源：吉林碳谷招股说明书，光大证券研究所整理 注：由于聚丙烯腈（PAN）基碳纤维占据了 90%以上的碳纤维市场份额，因此用它作为碳纤维产业链条和生产工艺的代表。 完整的聚丙烯腈基碳纤维产业链包括从原油开采加工
31、到终端工业品应用的七大环节。详细工艺流程如图 2 所示。原油经过精炼、裂解等一系列工艺得到丙烯，再通过氨氧化获得丙烯腈，丙烯腈（ACN）经过聚合、纺丝之后得到聚丙烯腈（PAN）原丝。原丝经过预氧化、低温和高温碳化、表面处理、上浆等环节得到碳纤维，同时可制造碳纤维织物和碳纤维预浸料。最终，将碳纤维与树脂、金属和陶瓷等基体材料结合可生产碳纤维复合材料， 再通过相应成型工艺制成不同终端客户需要的工业产品。 -11- 证券研究报告 图图 2 2： “丙烯腈： “丙烯腈- -聚丙烯腈原丝聚丙烯腈原丝- -碳纤维”生产工艺流程图碳纤维”生产工艺流程图 资料来源： 生物基碳纤维的研究与开发 （芦长椿） ，光
32、大证券研究所整理 1.2.21.2.2、上游紧上游紧密密承承接接石化行业，以丙烯腈为核心原材料石化行业，以丙烯腈为核心原材料 对于碳纤维生产企业而言， 丙烯腈是其首要的原材料， 它由丙烯和氨经氨氧化反应和精炼工艺制成。目前国内丙烯腈主要用于生产 ABS 树脂/塑料、AS 树脂、丙烯酰胺、聚丙烯腈纤维（腈纶）等，同时还是丁腈橡胶、聚醚多元醇等许多石化产品必不可少的原料或中间体。 丙烯腈的下游产品广泛应用于家电、 服装、汽车、医药等国民经济中的各个领域。 2016 年之前，中国丙烯腈进口依存度长期保持在 28%以上，随着斯尔邦丙烯腈装置于 2016 年投产，我国丙烯腈的进口依存度有所下降。之后我国
33、丙烯腈产业国产替代步伐不断加快， 产能供应持续发力，2021 年 1-11 月丙烯腈总进口量仅为 18.7 万吨，已经低于丙烯腈出口数量。 图图 3 3：丙烯腈下游应用分布情况：丙烯腈下游应用分布情况 图图 4 4：2 201011 1- -2022021 1 年年 1 11 1 月月我国我国丙烯丙烯腈进出口数量统计腈进出口数量统计 资料来源：华经产业研究院，光大证券研究所整理 注：数据口径为销量 资料来源：中国海关，光大证券研究所整理 截至 2021 年 10 月，国内丙烯腈前四大厂商均具备 45 万吨以上的年产能，其中斯尔邦、上海赛科石化和浙江石化均拥有 52 万吨的年产能，居国内前列。斯
34、尔邦、利华益集团和天辰齐翔等均有丙烯腈在建产能。其中，斯尔邦二期丙烷产业链项目共包含两套 26 万吨/年丙烯腈装置，其中一套预计 2022 年投产，届时总产能将达到 78 万吨； 两套装置全部投产后， 公司丙烯腈总年产能将达到 104万吨，进一步巩固其行业龙头地位。 -12- 证券研究报告 表表 7 7：国内主要丙烯腈生产国内主要丙烯腈生产企业及企业及产能产能( (截截至至 2 2021021 年年 1010 月月) ) 公司名称公司名称 年产能（万吨）年产能（万吨） 斯尔邦 52 上海塞科石化 52 浙江石化 52 吉林石化 45.2 山东科鲁尔化学 26 安庆石化 21 山东海江化工 13
35、 抚顺石化 9.2 大庆石化 8 大庆炼化 8 兰州石化 3.5 资料来源：隆众资讯，光大证券研究所整理 表表 8 8：丙烯腈扩产项目开展情况丙烯腈扩产项目开展情况 公司名称公司名称 年产能（万吨）年产能（万吨） 投产时间投产时间 斯尔邦 52 2022 年将投产 26 万吨 利华益集团 26 计划 2021 年 12 月底投料 天辰齐翔 13 计划于 2021 年 12 底或 2022 年初 资料来源：隆众资讯，东方盛虹公告，光大证券研究所整理，数据截至 2021.10 1.2.31.2.3、原丝质量决定产品性能，原丝工艺成关键原丝质量决定产品性能，原丝工艺成关键 原丝质量直接决定碳纤维性能
36、。原丝通常占碳纤维总生产成本的 51%，因此在原丝生产环节采用先进工艺， 以提高原丝质量并压缩生产成本， 对提升碳纤维企业市场竞争力至关重要。碳纤维纺丝工艺分为湿喷湿纺湿喷湿纺和干喷湿纺干喷湿纺两种。 传统湿法纺丝传统湿法纺丝（湿喷湿纺湿喷湿纺） 图图 5 5：湿法：湿法纺丝纺丝工艺流程工艺流程 资料来源： 湿法纺丝工艺制备聚丙烯腈/氧化石墨烯复合纤维及性能研究 （赵壬海等） ，光大证券研究所整理 具体方法是将喷丝板浸入凝固浴中， 纺丝液从喷丝头挤出后， 以细流的形态进入到凝固浴中，原液喷出后立即凝固。湿法纺丝的优点是操作流程简单易行，对生产环境和操作水平的要求较低， 而且喷丝过程中的偶发性断
37、丝不影响整体流程的进行。 但该方法的明显缺点在于所得碳纤维性能不高。 这种工艺得到的碳纤维表面有明显的沟槽形貌， 属于径向收缩表皮塌陷的结果， 也反映了碳纤维原丝 -13- 证券研究报告 不均一不致密的内部结构。 而这种不均一光滑的粗糙沟渠结构会降低最终所得碳纤维的力学性能。造成这一现象的原因主要是从喷丝孔中直接喷射到凝固浴中，纤维的胀大效应与体积收缩效应同时进行，形成了不规则的沟渠状表面。 由于湿法纺丝对碳纤维原丝的结构产生了负面影响， 它一般用于生产 T300、T400 等性能较低的碳纤维生产。部分公司通过湿法纺丝生产高性能碳纤维，大多是在其他环节通过严控生产条件、研发新方法，才最终提高了
38、碳纤维性能。但这些附加条件提高了企业生产成本， 且因湿法纺丝工艺本身的束缚， 碳纤维产品力学性能的提高空间较小。 干喷湿纺干喷湿纺 干喷湿纺的具体方法是即将喷丝板与凝固浴脱离一段距离， 使原液喷出后先经过一段空气层， 使其在未凝固的条件下被牵伸均匀， 再进入凝固浴进行双扩散。 与湿喷湿纺相比，干喷湿纺主要有提效、增质两大优势。一方面，它可以进行高倍的喷丝头拉伸，纺丝速度是湿喷湿纺的 34 倍，可明显提高生产效率，从而大幅降低碳纤维单位生产成本。 另一方面， 干喷湿纺技术中纺丝可在空气层中形成一层致密的薄层，避免大孔洞的形成，因而质量优于湿喷湿纺。用干喷湿纺技术得到的纤维，结构比较均匀，皮芯层差
39、异小，强度和弹性均有提高，截面结构近似圆形，纤维表面光滑，纤维内部缺陷少。因此通过干喷湿纺纺出的原丝致密性好，体密度较高，可制得高性能碳纤维。 但干喷湿纺对纺丝工艺和原液质量提出了很高的要求。 在生产过程中， 任何一根原液由于不稳定因素断流， 都会立即附着在喷丝板并向四周漫流， 进一步粘连到邻近丝束，最终破坏整个喷丝板的正常生产。 图图 6 6：干喷湿纺工艺流程：干喷湿纺工艺流程 资料来源：江苏博实碳纤维官网，光大证券研究所整理 表表 9 9：湿法纺丝与干喷湿纺特点对比湿法纺丝与干喷湿纺特点对比 指标指标 湿法纺丝湿法纺丝 干喷湿纺干喷湿纺 喷丝孔直径 小，0.050.075mm 大，0.10
40、0.30mm 纺丝液 中、低分子量和固含量 高分子量，高固含量，高粘度 牵伸率 喷丝后为负牵伸，一般负率 20%50% 喷丝后为正牵伸，一般正率 100%400% 纺速 纺丝纺速速度慢，一般 80m/min 左右 纺丝纺速速度快，可在 300m/min 左右 纤维 纤维表面有沟槽，体密度一般 纤维表面光亮平滑，纤维致密，密度较高 纺丝温度 纺丝温度较高，一般为 50-70 度 纺丝温度较低，一般为 40-45 度 资料来源：光威复材招股说明书，光大证券研究所整理 -14- 证券研究报告 1.2.41.2.4、碳纤维碳纤维工艺流程工艺流程复杂复杂，资本开支，资本开支较较高高 碳纤维碳纤维工艺流程
41、复杂，技术工艺流程复杂，技术壁垒高筑壁垒高筑 碳纤维生产流程较长， 同时各个制备环节的时间、 精度和温度会对成品质量产生较大影响，因而在完整的工艺流程中存在很多控制点，对企业的生产设备、技术要求很高。 生产企业需要在生产中不断探索每个控制点的精确参数， 最终将各个控制点都调试到最佳状态，才能制造出高性能的碳纤维产品。碳纤维生产技术整体上存在三大壁垒，分别为配方、工艺及工程壁垒，突破难度依次提升，从壁垒突破周期来看三大壁垒分别为 1-2 年、3-5 年、5 年以上。 以碳纤维原丝的预氧化、 碳化环节为例， 生产过程中的温以碳纤维原丝的预氧化、 碳化环节为例， 生产过程中的温度需度需要得到精确的要
42、得到精确的控制，以保障碳纤维产品的拉伸控制，以保障碳纤维产品的拉伸强度。强度。预氧化环节的温度在 200300之间，通过在氧化性气氛中施加一定压力，对 PAN 原丝进行缓慢温和的氧化，在 PAN直链的基础上形成大量环状结构， 从而达到可以耐受更高温度的目的。 碳化过程则需在惰性气氛中进行。碳化初期 PAN 直链断裂，开始进行交联反应；随着温度逐渐上升，热分解反应开始，释放出大量小分子气体，石墨结构开始形成；温度进一步上升后，碳元素含量迅速提高，碳纤维开始成型。 碳纤维行业碳纤维行业资本投入巨大，资本投入巨大，高投入高回报高投入高回报 如前所述， 碳纤维生产工艺流程复杂， 技术壁垒突破周期长，
43、并伴随着长期、高额的资本投入。例如上海石化“1.2 万吨/年 48K 大丝束碳纤维（配套 2.4 万吨/年原丝）”项目， 总投资额 35 亿元，碳纤维成品每万吨产能的投资额达 29.2亿元。 新进入企业除了要通过漫长的积淀突破高筑的技术壁垒， 还要承担巨大的投资支出，这对企业的资本实力、筹资能力都带来了相当的挑战。不少拟建、在建碳纤维企业因此放弃了涉足碳纤维产业的计划。 “高投入高回报” ， 由巨大资本投入支撑的碳纤维产业链具有高额的产品附加值，产品价值沿着产业链自上而下逐级跃升。根据恒神股份招股说明书披露，同一品种的原丝售价约为 40 元/公斤， 碳纤维约为 180 元/公斤， 预浸料约为
44、600元/公斤，民用复合材料约在 1000 元以下/公斤，而汽车复合材料约 3000 元/公斤，至于航空复合材料更是达到 8000 元/公斤。碳纤维产业链的上游初产品经过每一级的深加工，其价值都会呈现几倍的提升。 图图 7 7：碳纤维：碳纤维产业链产业链产品附加值逐级跃升（产品附加值逐级跃升（单单位位：元：元/ /公公斤）斤） 资料来源：恒神股份招股说明书，光大证券研究所整理 因此， 率先进入碳纤维产业实现技术突破的领因此， 率先进入碳纤维产业实现技术突破的领先先公司， 不仅在技术壁垒中稳公司， 不仅在技术壁垒中稳固立足， 还可以固立足， 还可以基于先发优基于先发优势逐渐向产势逐渐向产业链下游
45、延伸获取高额的回报， 显著放业链下游延伸获取高额的回报， 显著放大大盈利空间盈利空间，围绕，围绕“技术“技术水平、投资门槛和盈利空间”构筑长期市场竞争力，打造水平、投资门槛和盈利空间”构筑长期市场竞争力，打造深深厚的企业护城河。厚的企业护城河。 -15- 证券研究报告 2 2、 风电领风电领航，航，下游应用市场蓬勃发展下游应用市场蓬勃发展 2.12.1、 碳纤维碳纤维产业产业应用场景广阔，应用场景广阔，需求需求持续扩容持续扩容 随着我国碳纤维生产技术的不断突破， 碳纤维国产替代驶入快车道。 根据赛奥碳纤维统计数据，2020 年中国碳纤维总需求量为 4.89 万吨，占全球总需求量的 45.7%。
46、2020 年我国碳纤维需求量同比增长 29%，需求增速远高于全球碳纤维需求 3%的增速。我国碳纤维的对外依存度较高，2020 年我国碳纤维进口量为 3.04 万吨，约占总需求的 62.2%，同比增长 17.5%，国产量为 1.85 万吨，同比增长 53.8%。随着下游各应用领域的不断发展壮大，我国碳纤维需求有望进一步增长。根据赛奥碳纤维预测，到 2025 年，我国碳纤维需求总量将达到14.95 万吨，五年 CAGR 高达 25.1%。 图图 8 8：20192019- -20252025 年中国碳纤维年中国碳纤维需需求求量量 图图 9 9：20202020 年全球年全球/ /中国碳纤维中国碳纤
47、维下游下游应用应用分布分布对比对比 资料来源： 2020 年全球碳纤维复合材料市场报告 （赛奥碳纤维） ，光大证券研究所整理 资料来源： 2020 年全球碳纤维复合材料市场报告 （赛奥碳纤维） ，光大证券研究所整理 碳纤维复合材料凭借其优异性能，在航空航天、武器装备、风电叶片、轨道交通等领域具有无可替代的地位。当前，我国碳纤维的下游应用（销量口径）主要集中在风电叶片和体育休闲领域，其中风电叶片领域发展势头强劲，2020 年风电叶片领域的碳纤维需求量首次超过体育休闲领域的需求量。 由于新冠疫情冲击，2020 年航空航天领域的碳纤维需求增速有较大幅度下降。然而对比我国与全球碳纤维下游需求行业分布（
48、参见图 9）可以看到，我国碳纤维在航空航天与汽车领域的应用规模远低于全球相应的规模， 因而我国碳纤维在这些领域的应用同样具备较大的发展潜力。 图图 1010：20202020 年年中国碳纤维中国碳纤维下游下游应用应用销量占比销量占比 图图 1111：20202020 年年中国碳纤维中国碳纤维下游下游应用应用收入收入占比占比 资料来源： 2020 年全球碳纤维复合材料市场报告 （赛奥碳纤维） ，光大证券研究所整理 资料来源： 2020 年全球碳纤维复合材料市场报告 （赛奥碳纤维） ，光大证券研究所整理 -16- 证券研究报告 值得注意的是， 在碳纤维的各下游应用中， 航空航天用碳纤维复合材料技术
49、壁垒高，工艺流程繁琐，需经过碳纤维-预浸料-分切-自动铺放-热压罐检验-机加工-装配等步骤，且需要至少十年的研发周期，因此具备最高的附加值。根据赛奥碳纤维数据，2020 年我国航空航天领域的碳纤维需求量仅占需求总量的3.5%，但是收入规模占比最大，约占碳纤维下游各应用的总收入规模的 37.4%。 2.22.2、 风电叶片风电叶片是我国是我国碳纤碳纤维维第一大应用第一大应用领域领域， 行业高景， 行业高景气助推需求气助推需求高增高增 碳纤维性能优异，被碳纤维性能优异，被广泛应用于风电叶片。广泛应用于风电叶片。碳纤维具备低密度、高强度、高弹性、耐腐蚀、热膨胀系数低等优良特性。其轻便的特点使得风电叶
50、片在长度增加的同时，重量更轻。轻量化还可以适当降低对涡轮和塔架组件强度的要求，节约其他部件成本，从而对冲碳纤维较高的生产成本。同时，碳纤维能够让风电机组更好地抗击恶劣气候条件。此外，碳纤维还能提高风能转化效率，且由于碳纤维叶片更薄更长更细， 同时能够提高叶片动能的输出效率。但由于碳纤维价格目前仍旧较高，考虑到叶片的制造成本，碳纤维目前只应用到叶片主梁帽、蒙皮表面、叶片根部、叶片前后缘防雷系统等关键部位，其中最主要的应用部位是主梁帽。 图图 1212：VESTASVESTAS 风电叶片风电叶片结构结构示意图示意图 图图 1313：VESTASVESTAS 风电叶片风电叶片大梁大梁结构结构示意图示
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