1、1证券研究报告作者：行业评级：上次评级：行业报告 | 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明碳纤维系列报告碳纤维系列报告1大丝束原丝：大丝束原丝：强于大市强于大市维持2022年03月26日（评级）分析师 孙潇雅 SAC执业证书编号：S09竞争要素看成本，成本看大腈纶体系、耗量管控、单线产能竞争要素看成本，成本看大腈纶体系、耗量管控、单线产能行业深度研究摘要2请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明核心观点：核心观点：1、碳纤维下游需要多而分散，但展望未来，增速快、占比提升高、有前景的三个细分赛道分别系风电、碳碳复材和压力容器但展望未来，增速快、占比提升高、有前景的三个细分赛

2、道分别系风电、碳碳复材和压力容器。以2020年为例，全球需求10.7万吨，其中风电3.1万吨，占比29%； 碳碳复材0.5万吨，占比5%； 压力容器0.88万吨，占比8%。但这三个市场对产品参数和性能要求不同，其中风电对成本较为敏感，主流产品为T300-25K/50K（代表词，也可能是24k/49k），一方面产品技术壁垒不算高成本要求高，另一方面由于风电在碳纤维占比之高，几乎成为各家碳纤维企业必争之地。针对风电市场的碳纤维产能快速扩张，而短期产能增量上，原丝小于碳丝，原丝供不应求而短期产能增量上，原丝小于碳丝，原丝供不应求。因此，需求端，在风电碳纤维全产业链，我们更因此，需求端，在风电碳纤维全

3、产业链，我们更加关注原丝的投资机会。加关注原丝的投资机会。2、而供给端，原丝竞争要素、而供给端，原丝竞争要素-技术技术/工艺和成本工艺和成本：其中技术和工艺上，复盘海外大丝束龙头的成长路径，腈纶生产经验较为重要，欧洲蒙特、土耳其阿克萨以及美国卓尔泰克，均有一定的腈纶经验积淀。腈纶生产工艺与大丝束原丝较为接近，能够缩短技术突破时间，降低投产难度。成本上，同样复盘海外巨头，既有腈纶产能的溶剂回收体系可以提升原丝的溶剂回收效率，降低溶剂回收成本既有腈纶产能的溶剂回收体系可以提升原丝的溶剂回收效率，降低溶剂回收成本。此外，此外，原料耗量管控、单线原料耗量管控、单线产能优势以及设备国产化和自产的差距都构

4、成了较强的成本壁垒产能优势以及设备国产化和自产的差距都构成了较强的成本壁垒。需求端需求端从总量角度看，从总量角度看，预计到2025年全球碳纤维需求量22.7万吨，CAGR16.2%。分下游看，分下游看，风电的占比最高，增速最快。2020年全球风电碳纤维需求量3.1万吨，预计到2025达到9.3万吨，CAGR25%。2020年全球风电碳纤维需求占比年全球风电碳纤维需求占比29%（第二名航空航天（第二名航空航天15%），到），到2025年预计风电需求年预计风电需求占比占比40%以上（第二名航空航天以上（第二名航空航天12%）。）。ZVkXjUdUrVvYrQoMtQaQdN7NmOnNnPtRfQ

5、oOoNjMmOuM8OmMyRMYrMrRuOsRoR摘要3请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明风电需求高增的原因：风电需求高增的原因：1、风机大型化趋势明显，近期招标，陆上最大单机容量6MW，海上最大单机容量11MW。5MW风机对碳纤维需求增加，10MW90米以上的风机叶片均需要使用碳纤维。2、维斯塔斯专利今年7月到期，目前国内整机厂东方电气、上海电气、明阳智能等均有碳纤维叶片应用。产品方面，产品方面，风电对于价格敏感度较高，故风机叶片的应用在强度满足要求的前提下（T300即可），会尽可能去降低碳纤维采购价格（通过大丝束产品24K/50K），因此，我们更看好风电下游对应的因此，我们更看好

6、风电下游对应的T300大丝束产品。大丝束产品。 供给端供给端短期供给：短期供给：风电对T300需求的高增刺激碳纤维厂商扩产，据我们不完全统计，国内碳纤维扩产计划超过25万吨。而目前原丝产能增速较慢，市场上万吨以上的独立原丝供应商仅有吉林碳谷。长期供给：长期供给：2023年下半年，上海石化、国泰大成、广东金辉等厂商陆续补齐原丝产能缺口，一体化程度提升，原丝供需趋于平衡，但独立原丝供应商如吉林碳谷，也可依托化纤集团的碳化产能转型自供。因此，我们更看好上游原丝环节的格局。 原丝工艺原丝工艺聚合环节：聚合环节：分为一步法和两步法，一步法稳定性强、速度慢；两步法产能弹性强、速度快。出于成本考虑，大丝束产

7、线多使用反应速度较快出于成本考虑，大丝束产线多使用反应速度较快的两步法；而出于对产品质量稳定性的考虑，小丝束产线均使用一步法的两步法；而出于对产品质量稳定性的考虑，小丝束产线均使用一步法。纺丝环节：纺丝环节：分为干法、湿法和干喷湿纺，目前主流厂商应用集中在湿法和干喷湿纺。与湿法相比，干喷湿纺的产品表面结构和拉伸强度更好，因此T700以上的产品主要采用干喷湿纺，而T300/T400产品主要采用湿法。摘要4请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 从两个方面考虑大丝束原丝的竞争壁垒从两个方面考虑大丝束原丝的竞争壁垒回溯海外龙头发展历程：回溯海外龙头发展历程：土耳其阿克萨，从1971年开始生产腈纶；欧

8、洲蒙特，从2017年开始生产腈纶；美国卓尔泰克（被东丽收购）：1992年收购匈牙利腈纶公司。三家海外碳纤维龙头都具有腈纶的生产经验，可带来两点优势：第一，腈纶与大丝束原丝生产工艺接近，从腈纶转原丝生产难度小。第一，腈纶与大丝束原丝生产工艺接近，从腈纶转原丝生产难度小。第二，既有腈纶产能的溶剂回收体系可以提升原丝的溶剂回收效率，降低溶剂回收成本。第二，既有腈纶产能的溶剂回收体系可以提升原丝的溶剂回收效率，降低溶剂回收成本。从成本端考虑：从成本端考虑：大丝束产品的主要竞争点并不在性能上而在成本端，因此成本优势是大丝束产能最重要的竞争要素。成本差异主要来源于三点：1、原料耗量；2、单线产能增大带来的

9、规模效应；3、设备国产化甚至自产带来的制造费用优势。 投资建议投资建议建议关注吉林碳谷：建议关注吉林碳谷：1、从产品端来看：从产品端来看：公司集中精力做T300/T400大丝束产品，目前70%以上产品为25K，今年有望实现50K的突破。此外，公司积极研发针对T700市场的高端产品，与公司工艺相似的土耳其阿克萨已经实现T700产品的稳定生产，我们认为公司未来也有望实现湿法T700的突破。2、从成本端来看：从成本端来看：公司产品集中度高，规模效应明显，相较其他牌号较多的厂商，生产效率更高。公司单线产能逐年高增，通过提升喷丝孔径，基础纺速提升，18、19、20年基础纺速分别为75、85、100m/m

10、in。此外，公司充分利用集团大腈纶体系的废液回收系统，在溶剂的回收效率和回收成本上显著优于其他碳纤维企业，从溶剂耗量上看，吉林碳谷（DMAC）仅为0.7kg/t，而中复神鹰（DMSO）和上海石化（NaSCN）分别为73.49kg/t和2.99kg/t。 风险提示：下游需求不及预期；技术变革风险；风险提示：下游需求不及预期；技术变革风险；50K大丝束产品进度不及预期；大丝束产品进度不及预期；T700产品研发进度不及预期；测算具有一定主观性，仅供产品研发进度不及预期；测算具有一定主观性，仅供参考参考1、碳纤维：性能优越，未来最值得期待的下游之一、碳纤维：性能优越，未来最值得期待的下游之一系风电，对

11、应的产能系风电，对应的产能T300-大丝束大丝束1）碳纤维材料比强度高、稳定性强，目前受制于价格渗透率较低）碳纤维材料比强度高、稳定性强，目前受制于价格渗透率较低2）碳纤维产业链条短，工艺难度体现在产品一致性和稳定性）碳纤维产业链条短，工艺难度体现在产品一致性和稳定性丙烯腈原丝碳丝复合材料3）下游应用广泛，未来增长可期）下游应用广泛，未来增长可期整体上，碳纤维到2025年CAGR16%风电叶片2020年3.1万吨，占总碳纤维需求比例29%；2025年9.3万吨，CAGR25%，占需求比例超过40%T300需求T700需求，看好T300大丝束原丝竞争格局5请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明6

12、数据来源：中复神鹰招股书 ，天风证券研究所碳纤维材料比强度高、稳定性强，目前受制于价格渗透率较低碳纤维材料比强度高、稳定性强，目前受制于价格渗透率较低与常见的钢铁材料相比，碳纤维有明显优势：与常见的钢铁材料相比，碳纤维有明显优势：碳纤维拥有摩擦系数较高，良好的导电性，较低的比热容，X光穿透性等优势性能。故在现实应用中，碳纤维的材料特性能够为产品带来显著的性能提升，近年来，下游不同领域对碳纤维的需求逐步增长。不过由于目前的碳纤维成本过高目前的碳纤维成本过高，21年全年，碳纤维价格持续上涨，更加限制了应用层面的碳纤维开发与替代。所以受困于价格考量，材料之王碳纤维目前市场渗透率仍有待提升。图：中复神

13、鹰不同牌号碳纤维产品图：中复神鹰不同牌号碳纤维产品性能特点性能特点简介简介强度高抗拉强度在 3,500MPa 以上模量高弹性模量在 230GPa 以上密度小，比强度高密度是钢的 1/4，是铝合金的1/2；比强度比钢大 16 倍，比铝合金大 12 倍耐超高温在非氧化气氛条件下，可在 2,000时使用，在 3,000的高温下部熔融软化耐低温在-180低温下，钢铁变得比玻璃脆，而碳纤维依旧具有弹性耐酸、耐油、耐腐蚀能耐浓盐酸、磷酸等介质侵蚀，其耐腐蚀性能超过黄金和铂金，同时拥有较好的耐油、耐腐蚀性能热膨胀系数小，导热系数大可以耐急冷急热，即使从 3,000的高温突然降到室温也不会炸裂表：碳纤维主要特

14、性表：碳纤维主要特性7碳纤维产业链条短，工艺难度体现在产品一致性和稳定性碳纤维产业链条短，工艺难度体现在产品一致性和稳定性数据来源：华经情报网，科工力量公众号，中复神鹰招股说明书，天风证券研究所 碳纤维材料产业链前端：碳纤维材料产业链前端：产业链的起点是从主要原油开采国或者大宗商品交易获得原油，原油经过炼制得到轻油，进而裂解制成丙烯、再通过氨氢化生成丙烯腈。成品丙烯腈能够作为产品直接向下游销售，国内市场主要碳纤维厂商均采购丙烯腈作为原材料。国内市场主要碳纤维厂商均采购丙烯腈作为原材料。 碳纤维材料产业链中段：碳纤维材料产业链中段：通过聚合丙烯腈方式获得聚丙烯腈（虽然聚合本身的技术难度不是很高，

15、但是要获得能够在后续过程中适合纺丝、氧化，碳化等流程的成品丙烯腈较为困难）。将聚丙烯腈置于纺丝设备中，经高压釜和喷头纺丝得到聚丙烯腈原丝（即PAN原丝）。国内有部分碳纤维厂商通过外购原丝，再经过自己碳化产线完成碳化流程制成碳纤维。国内有部分碳纤维厂商通过外购原丝，再经过自己碳化产线完成碳化流程制成碳纤维。 碳纤维材料产业链末端：碳纤维材料产业链末端：原丝先通过预氧化制成预氧丝，达到增加纤维密度和形成更加热稳定的键合模式的目的，氧化阶段氧化阶段需要1-2小时，是产业链末端耗时最长的工艺。预氧丝通过碳化（耗时以分钟为时间单位）提升碳元素占比，过程中会造成非碳元素的流失，所以根据我们估计，生产生产1

16、吨碳纤维所需的原丝耗量在吨碳纤维所需的原丝耗量在2.2-2.5吨左右。吨左右。原油轻油聚丙烯腈丙烯腈丙烯炼制裂解氨氢化碳纤维复合材料树脂碳纤维预氧丝PAN原丝聚合纺丝碳化氧化成型图：碳纤维产业链流程一览图：碳纤维产业链流程一览8下游应用广泛，以风电、航空航天、体育休闲等为主下游应用广泛，以风电、航空航天、体育休闲等为主数据来源：制造界公众号，赛奥碳纤维技术，2020全球碳纤维报告，天风证券研究所 碳纤维应用：碳纤维应用：碳纤维结合树脂材料通过改变浸渍法、温度、步骤等程序控制碳纤维性能可以得到受力结构用碳纤维、耐焰碳纤维、活性碳纤维(吸附活性)、导电用碳纤维、润滑用碳纤维、耐磨用碳纤维，辅以成型

17、工艺得到相应的碳纤维复合材料应用于航空航天、风电叶片、汽车用品等下游行业。目前国内的主要碳纤维产品以通用碳纤维为主，目前国内的主要碳纤维产品以通用碳纤维为主，受限于国内技术工艺仍处于碳纤维初期，市场渗透率还有受限于国内技术工艺仍处于碳纤维初期，市场渗透率还有待提升，短期没有看到根据下游需求做定制化趋势，但碳待提升，短期没有看到根据下游需求做定制化趋势，但碳纤维长期有望根据应用场景获取差异化优势。纤维长期有望根据应用场景获取差异化优势。碳纤维复合材料树脂碳纤维成型体育用品压力容器碳碳复材混模成型建筑风电叶片汽车零件航空航天应用图：碳纤维产业链下游应用方向图：碳纤维产业链下游应用方向图：图：202

18、0年全球碳纤维产业链下游应用占比（千吨）年全球碳纤维产业链下游应用占比（千吨）30.616.4515.412.59.58.854.14.51风电叶片航空航天体育休闲汽车混配模成型压力容器碳碳复材建筑其他9风机大型化趋势明朗，风电需求占比大、增速高风机大型化趋势明朗，风电需求占比大、增速高数据来源：制造界公众号，赛奥碳纤维技术， 2020全球碳纤维报告，CWEA，天风证券研究所30,600 8,800 5,000 93,384 21,897 18,565 - 10,000 20,000 30,000 40,000 50,000 60,000 70,000 80,000 90,000 100,00

19、020202025图：图：2025年全球分行业碳纤维需求量预测（吨）年全球分行业碳纤维需求量预测（吨）图：图：2018-2025E全球风电叶片碳纤维需求（吨）全球风电叶片碳纤维需求（吨） 细分赛道增速较高，风电占比大、增速高：细分赛道增速较高，风电占比大、增速高：赛奥碳纤维预计，2025年全球碳纤维需求22.7万吨，2020-2025年CAGR16%以上。其中，风电叶片、碳碳复材和压力容器的增速较快，均在20%以上，2025年碳碳复材和压力容器的需求合计约4万吨，占总需求的20%，而风电需求将会达到9.3万吨，占总需求超过40%。 风电需求高增原因主要是风机大型化趋势：风电需求高增原因主要是风

20、机大型化趋势：2020年我国海上风电单机容量4.9MW，陆上2.6MW，同比+0.7和0.2MW，而近期招标中，陆上单机容量最高达到6MW，海上达到11MW。大兆瓦风机叶片长度增加，出于减重考虑，碳纤维叶片的渗透率将提升，目前来看，10MW/90米以上的风机叶片都需要采用碳纤维。此外，维斯塔斯的碳纤维专利今年7月到期，国内东方电气、上海电气、明阳智能等企业都开始有碳纤维叶片应用。220002600030600385004800060000750009338418.2%17.7%25.8%24.7%25.0%25.0%24.5%0.0%5.0%10.0%15.0%20.0%25.0%30.0%0

21、0000400005000060000700008000090000100000风电叶片碳纤维需求趋势同比（%）2.6 2.7 2.8 1.9 3.9 3.6 3.8 3.7 3.8 4.2 4.9 1.5 1.5 1.6 1.7 1.8 1.8 1.9 2.1 2.1 2.4 2.6 0.01.02.03.04.05.06.020000192020海上陆上图：图：2010-2020年我国风机平均单机容量（年我国风机平均单机容量（MW）10碳纤维下游规格需求不同，大丝束碳纤维下游规格需求不同，大丝束T300

22、应用更加广泛应用更加广泛数据来源：吉林碳谷公告，中复神鹰招股书，天风证券研究所表：东丽产品牌号对应力学性能表：东丽产品牌号对应力学性能应用领域应用领域丝束类型丝束类型强度要求强度要求备注备注飞机小丝束/中小丝束 T300T700T800主要运用于机身、机翼、整流罩、地板、地板梁等军工小丝束/中小丝束 T300以上运用于装备的不同部位汽车小丝束-大丝束T300T700主要运用于车身、底盘、保险杠、电池、氢气燃料罐等风电大丝束T300以上主要运用于叶片、梁轨道交通大丝束T300以上主要为车体建筑小丝束-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。体育小丝束-大丝束T300以上用于

23、高档体育器材 从强度上分类：从强度上分类：碳纤维的力学性能是最重要指标，由于日本东丽发展较早、产品覆盖较广，业内均采用其牌号作为力学性能的参考，从T300至T1100，力学性能逐渐增强。从丝束上分类：从丝束上分类：可分为大丝束和小丝束，以K来表示，1K即1个丝束含1000根碳纤维，大小丝束无明确定义，一般以24K以上（包括24K）为大丝束，以下为小丝束。大丝束的生产成本低，但较难做成T700以上的高性能产品，小丝束的生产成本高，但产品性能较好。 下游对大丝束下游对大丝束T300需求旺盛，以风电最为突出：需求旺盛，以风电最为突出：目前碳纤维市场的主要需求领域对于碳纤维的要求都在T300以上，因此

24、目前T300的需求量是最大的，其中风电需求的产品主要都集中在T300，而25K、50K的大丝束产品均能满足T300强度要求，满足了风电叶片对性价比的需求，因此以风电为代表的对价格敏感度较高的行业需求均以大丝束T300产品为主。东丽产品牌号拉伸强度（Mpa）拉伸模量（Gpa）拉伸断裂度（%）体密度（g/cm）T30035302301.51.76T700S49002302.11.8T800S588029421.8T1000G63702942.21.8T1100G700032421.79M35J451047003431.31.75M40J44003771.21.77M50J41204750.91.8

25、8M55J40205400.81.91M60J38205880.71.93表：不同领域对碳纤维产品的要求表：不同领域对碳纤维产品的要求11请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明2、原丝供需关系：短期供不应求，长期趋于合理；、原丝供需关系：短期供不应求，长期趋于合理；大丝束大丝束-风电市场原丝格局优于下游风电市场原丝格局优于下游1）短期）短期供给不足供给不足碳纤维需求高增下，碳化线产能急速增长，未来2-3年碳纤维新增产能超过25万吨，市场上独立原丝供应商稀缺2）未来原丝产能放量）未来原丝产能放量2023年下半年开始，碳纤维厂商一体化程度加深，外购原丝需求量下降，供需格局趋稳，独立原丝供应商将逐步

26、转向自供12一体化碳纤维企业原丝自供为主，吉林碳谷原丝供应一家独大一体化碳纤维企业原丝自供为主，吉林碳谷原丝供应一家独大数据来源：制造界公众号，赛奥碳纤维技术， 2020全球碳纤维报告，天风证券研究所 原丝市场竞争程度极低：原丝市场竞争程度极低：国内主要原丝生产企业吉林碳谷在原丝供给层面一家独大，具备腈纶改造原丝产线能力的上海石化没有大额原丝扩产计划，预计只有2.4万吨产能，其仍将重心放到了传统主营业务上。未来或没有激烈的竞争关系。市面上的原丝供给主要需要依靠吉林碳谷的销售。 国内其他原丝制造商自供不足：国内其他原丝制造商自供不足：中复、光威等碳纤维生产企业也具备原丝生产能力，但这些企业大都选

27、择小丝束方向主推军工碳纤维份额，其原丝产能受限于原丝性能的要求，只能采用干法纺丝生产，所以出于对自身产品性能和原料供给的考量，我们认为，他们的原丝产线主要用于自身配套碳化产线配套。从下图中可知，假设不同企业用于生产碳纤维的原丝耗量在2-2.5t/t之间，除了吉林化纤集团相关的吉林碳谷原丝之外，其他厂商所拥有的原丝产能即使能够对外销售，也只是少量出货，无法和碳谷原丝万吨以上的量级竞争。图：图：2020年国内主要企业碳纤维及原丝产能（吨）年国内主要企业碳纤维及原丝产能（吨）400002750450037503055005100180

28、005005000500000002500030000350004000045000吉林碳谷+化纤中复神鹰江苏恒神光威复材兰州蓝星上海石化中简科技太钢钢科中油吉化河南永媒原丝产能碳纤维产能13数据来源：PVinfolink，IEA，CPIA，天风证券研究所图：国内主要碳纤维企业未来产能规划（吨）图：国内主要碳纤维企业未来产能规划（吨） 原丝、碳化产能极速攀升：原丝、碳化产能极速攀升：未来2-3年内国内市场碳纤维新增产能将超过25万吨，而2024年之前，碳化的产能增速仍然高于原丝产能增速，原丝供应存在缺口，而市场上规模较大的独立原丝供应商仅有吉林碳谷一

29、家。 长期看，一体化程度加深，原丝供需缓解：长期看，一体化程度加深，原丝供需缓解：2023年后，上海石化、国泰大成、广东金辉等企业的原丝产能也将陆续投放，届时，原丝供应缺口将缩窄，预计2024年后原丝供应不再紧张。我们认为，独立原丝供应商在长期来看也将走向一体化路径，如吉林碳谷，可以依托化纤集团的碳化产能，逐步转型内部自供。图：国内原丝扩产规划（吨）图：国内原丝扩产规划（吨）暂时原丝供给不足，未来放量在即暂时原丝供给不足，未来放量在即250005000002000040000600008000000吉林碳谷上海石化国泰大成广东金

30、辉600002400000060000002000030000400005000060000700003、原丝：决定碳纤维性能的关键环节、原丝：决定碳纤维性能的关键环节1）原丝对于碳纤维至关重要）原丝对于碳纤维至关重要性能上，原丝性能对于最终碳纤维性能起到决定性作用成本上，原丝成本占碳纤维总成本的一半以上2）原丝的两个重要环节：聚合和纺丝）原丝的两个重要环节：聚合和纺丝聚合：分为一步法和两步法，一步法稳定性强、速度慢；两步法弹性强、速度快。纺丝：主要工艺为湿法和干喷湿纺，湿法成本更低，干喷湿纺产品质量更佳。

31、14请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明15原丝是碳纤维关键半成品：决定最终碳纤维性能，成本占比超原丝是碳纤维关键半成品：决定最终碳纤维性能，成本占比超50%数据来源：西格里官网， 碳纤维企业如何跨过高成本这道坎，北京玻璃钢研究设计院 ，天风证券研 原丝具有碳纤维性能决定性：原丝具有碳纤维性能决定性：在原丝生产阶段，会因为工艺细节与材料配比的区别产生一定程度的空隙、毛丝、丝线不均一等问题，原丝的这些缺陷并不会在碳化阶段中消失。好的碳纤维应该具备均一性特质，遗传了原丝的缺陷之后，每段碳纤维的均一性会出现差异，造成碳纤维拉伸强度不足。所以成品碳纤维的质量直接取决于用于生产碳纤维的原丝质量。虽然碳

32、纤维可以结合树脂材料可以通过改变浸渍法、温度、步骤等程序控制碳纤维性能，但在原丝制造过程中，也可以通过添加气体，液体和其他材料，为碳纤维中创建各种特性应用于不同下游。所以从原丝阶段做起更加能够生成特定性能更优的定制化碳纤维产品。从原丝阶段做起更加能够生成特定性能更优的定制化碳纤维产品。 原丝的成本占比高：原丝的成本占比高：从碳纤维成本来看，原丝在碳纤维中的占比达到了51%，是第二成本占比碳化的两倍以上，所以碳纤维的成本直碳纤维的成本直接取决于原丝的成本接取决于原丝的成本，半成品原丝也是碳纤维未来实现降本目标收益最高的渠道。 PAN原丝的性能主要取决于其中的PAN分子的结构和排列形式，其中PAN

33、分子结构的控制主要集中在聚合工艺，而PAN分子的排列形式则主要在纺丝工艺中形成。所以性能优良的碳纤维，首先要具备性能优良的所以性能优良的碳纤维，首先要具备性能优良的PAN原丝。原丝。原丝51%氧化16%碳化23%上浆4%卷绕6%图：碳纤维成本占比一览图：碳纤维成本占比一览图：碳纤维原丝产线及产品图：碳纤维原丝产线及产品16数据来源：聚丙烯腈溶解行为的研究，宋文迪，生意社，吉林碳谷公告，天风证券研究所 聚合工艺主要分为两种，均相溶液聚合（一步法）和非均相溶液聚合（两步法）：聚合工艺主要分为两种，均相溶液聚合（一步法）和非均相溶液聚合（两步法）：一步法指所用溶剂既能溶解单体、又能溶解生成的聚合物，

34、因此反应完成后聚合液可直接用作纺丝。两步法指溶剂只能溶解单体而不能溶解生成的聚合物（一般采用水作为介质，又称水相沉淀聚合），纺丝前再用溶剂重新溶解聚合物制成纺丝溶液。 从生产弹性和速度来考虑，从生产弹性和速度来考虑，首先两步法较容易掌握，且可以实现间歇生产，产能弹性更强；其次，两步法可以在生产过程中持续填料，生产速度更快。但若从聚合热、聚合物质量、操作难度等来考虑但若从聚合热、聚合物质量、操作难度等来考虑，一步法对规模工业化生产而言，更加有利于生产工艺控制和产品质量稳定性。目前来看，国内外主要厂商采用一步法生产工艺路线较多，海外的陶氏和蒙特以及国内的吉林碳谷采用两步法。 溶剂的使用上，溶剂的使

35、用上，DMAC、DMSO和和NaSCN为主流：为主流：一步法使用的主要溶剂有DMSO、DMF、DMAC、NaSCN、ZnCl2；两步法使用的溶剂主要有DMSO、DMF、DMAC。从海内外的厂商选择来看，主流溶剂为DMAC、DMSO和NaSCN，其中DMAC和NaSCN更适合大丝束产品，而DMSO更适合小丝束产品，因此即便DMSO的价格远高出其他溶剂，但聚焦小丝束的厂商大多数仍选择DMSO。表：不同溶剂溶解度和价格（以表：不同溶剂溶解度和价格（以3月月10日价格为参考）日价格为参考）表：海内外不同公司聚合环节技术路线表：海内外不同公司聚合环节技术路线溶剂类型溶剂类型PANPAN固体含量固体含量价

36、格（元价格（元/ /吨）吨）DMF28%-32%16500DMAC22%-27%17800DMSO20%-25%48500NaSCN+水10%-15%7500ZnCL2+水8%-12%14000硝酸8%-12%1060碳酸乙烯酯（EC）15%-18%15000海外厂商海外厂商工艺路线工艺路线溶剂溶剂国内厂商国内厂商工艺路线工艺路线溶剂溶剂日本东邦一步法ZnCl2吉林碳谷两步法DMAC卓尔泰克（日本东丽）一步法DMSO上海石化一步法NaSCN日本东邦一步法ZnCl2中复神鹰一步法DMSO三菱丽阳一步法/两步法 DMF/DMAC光威复材一步法DMSO赫氏 (Hexcel) 一步法NaSCN恒神股份

37、一步法DMSO陶氏两步法DMAC 中简科技一步法DMSO蒙特两步法DMAC原丝的两个关键步骤原丝的两个关键步骤-聚合：一步法稳定性强、速度慢；两步法产能弹性大、速度快聚合：一步法稳定性强、速度慢；两步法产能弹性大、速度快17数据来源： 腈纶NaSCN湿法纺丝与杜邦干法纺丝的比较，林继锐，中国化工贸易，纺织导报，天风证券研究所图：湿法纺丝示意图图：湿法纺丝示意图图：干法纺丝示意图图：干法纺丝示意图1-喷丝板；喷丝板；2-空气层；空气层；3-凝固浴液；凝固浴液；4-导丝辊；导丝辊；5-卷绕辊；卷绕辊；6-纺丝管；纺丝管；7-凝固浴槽；凝固浴槽；8-凝固浴液循环槽；凝固浴液循环槽；9循环泵循环泵图：

38、干湿法（干喷湿纺）纺丝示意图图：干湿法（干喷湿纺）纺丝示意图 干法纺丝：干法纺丝：将纺丝原液经喷丝头形成细流，溶剂被纺丝甬道中热空气挥发带走的同时，聚合物通过浓缩和固化形成初生纤维，方法操作简单，溶剂的回收率大。干法纺制的原丝截面更规则，所以遗传到后续预氧化和炭化环节的缺陷更少，有利于生产高性能原丝，T700以上的碳纤维生产工艺都基本采用干法。 湿法纺丝：湿法纺丝：将纺丝原液经过滤、脱泡，通过计量泵从喷丝头挤出，在凝固浴的作用下，原液细流凝固形成一层膜，凝固剂扩散到细流内部，而细流中的溶剂也通过皮层扩散到凝固浴中，经过双扩散成型，适当的喷丝头拉伸形成初生纤维，湿法成本较低，但纺速较慢。 干湿法

39、（干喷湿纺）：干湿法（干喷湿纺）：干喷湿纺结合了干法和湿法的技术优势，在操作流程上和湿法更相似，纺丝原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。原丝的两个关键步骤原丝的两个关键步骤-纺丝：干法产品性能好，湿法成本低纺丝：干法产品性能好，湿法成本低18数据来源：腈纶NaSCN湿法纺丝与杜邦干法纺丝的比较，林继锐，吉林碳谷公告，中复神鹰招股书，上海石化环评书，天风证券研究所 干法干法VS湿法：从纺丝阶段看，湿法：从纺丝阶段看，由于喷丝板孔数的差异，湿法更适合于大丝束产品。牵伸速度上，干法明显快于湿法，但通过改进，目前湿法的牵伸速度也有了明显提升。由

40、于干法需要原液在热空气中蒸发，其成形温度和原液温度都要明显高于湿法。干法湿法干法湿法的工艺不仅影响纺丝阶段的工艺不仅影响纺丝阶段，由于工艺不同，其对纺丝原液的要求也有较大差异，从而对聚合阶段造成影响。无论从粘度、聚合物含量和溶剂浓度来看，干法对纺丝原液的要求都更高。 纺丝路线选择纺丝路线选择：由于干法对工艺要求较高，成本相对较高，主流碳纤维原丝生产企业较少采用干法，此前干法工艺的企业也逐渐转向干喷湿纺。以中复神鹰、光威复材以及海外的卓尔泰克为代表的小丝束产品生产企业以干喷湿纺为主；以吉林碳谷、上海石化以及海外的蒙特、东邦为代表的大丝束产品生产企业则以湿法为主。名称名称纺丝方法纺丝方法吉林碳谷湿

41、法意大利蒙特纤维湿法上海石化湿法中复神鹰干喷湿纺光威复材干喷湿纺恒神股份湿法、干喷湿纺中简科技湿法、干喷湿纺卓尔泰克（日本东丽）干喷湿纺日本东邦湿法三菱丽阳湿法湿法干法对原液的要求聚合物平均分子量原液表观粘度（Pa.S.）20-35（25）65-80（80）原液中聚合物含量（%）12.2-13.529-33所用溶剂浓度（%）44.50.599.8-100纺丝阶段的差异凝固剂的溶剂浓度（%）10-120成形温度（）9-12370-420喷板孔数（孔）-2800孔径（mm）0.06-0.1250.1-0.2喷丝压力（Mpa）0.4-0.

42、82.1-5.3牵引辊速度（m/min）4-6200-354原液温度（）35-50120-140图：干法和湿法对比图：干法和湿法对比图：主要企业纺丝技术路线图：主要企业纺丝技术路线纺丝不同工艺路线对比：湿法和干湿法为主流，小丝束采用干湿法、大丝束采用湿法纺丝不同工艺路线对比：湿法和干湿法为主流，小丝束采用干湿法、大丝束采用湿法19数据来源：上海联净，安庆安纳特种纤维，天风证券研究所 纺丝单线产能：纺丝单线产能：决定纺丝单线产能的因素较多，包括基础纺速、年工作小时数、纺位数（锭数）、喷丝孔数、纤度、成品率和收缩率等。从纺速来看从纺速来看，不同技术路线差异较大，一般干法干喷湿法湿法，相同技术路线下

43、，各家企业的纺速又有差异，差异形成的原因包括喷丝孔孔径、纺丝液粘度等。从喷丝孔数来看，从喷丝孔数来看，这直接取决于产线生产的产品类型，24K的生产线就需要2.4万个喷丝孔，而12K产线就需要1.2万个喷丝孔，因此，理论上看，丝束数与单线产能成正比，但实际上，由于不同产品造成纺速、纺位数的变化实际会有差异。 热辊牵伸热辊牵伸提升纺速：提升纺速：传统纺丝线的牵伸和烘干流程中均采用蒸汽加热，由于蒸汽传导热能效率较低，因此牵伸的线速度较慢，大致为80240 m/min。而热辊牵伸采用电磁感应直接加热导丝辊，在同等辊径条件下热效率增加，能有效提升基础纺速。即使大尺寸的导丝辊，预计线速度也在500m/mi

44、n以上，纺速提升将有效增加单线产能。图：纺丝单线理论产能计算公式图：纺丝单线理论产能计算公式图：热辊设备及参数图：热辊设备及参数Q：年产量（吨/年）V：纺速（米/分钟）H：工作小时数（小时）N：纺位数n：喷丝孔数D：纤度（denier）R：成品率K：收缩率纺丝环节决定单线产能，纺速、丝束数影响较大，干法纺速大于湿法纺丝环节决定单线产能，纺速、丝束数影响较大，干法纺速大于湿法4、大丝束原丝的竞争要素、大丝束原丝的竞争要素腈纶经验和成本控制腈纶经验和成本控制1）从海外龙头看）从海外龙头看腈纶生产经验较为重要，欧洲蒙特、土耳其阿克萨以及美国卓尔泰克，均有一定的腈纶经验积淀。腈纶生产工艺与大丝束原丝较

45、为接近，能够缩短技术突破时间，降低投产难度。既有腈纶产能的溶剂回收体系可以提升原丝的溶剂回收效率，降低溶剂回收成本。2）从成本端来看）从成本端来看大丝束产能主要比拼成本，成本优势为大丝束原丝的最重要竞争要素。未来成本优势主要来源于原料耗量优势、单线产能较大带来的规模优势以及设备国产化带来的制造成本优势20请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明21从海外看，大丝束的核心竞争力：腈纶生产经验及体系从海外看，大丝束的核心竞争力：腈纶生产经验及体系 土耳其阿克萨：土耳其阿克萨：从1971年开始生产腈纶，2013年拥有腈纶产能30万吨，2008年试生产碳纤维原丝，到2013年，年销量突破1000吨。 蒙

46、特：蒙特：2017年开始生产腈纶，产量达到5000吨，2018年开始生产碳纤维原丝，目前产能达到1.7万吨。 卓尔泰克（东丽）：卓尔泰克（东丽）：1995年收购匈牙利腈纶公司，此后持续扩张，在2014年被日本东丽集团收购，目前总产能超过2万吨。 从海外原丝厂商来看，许多都拥有腈纶生产从海外原丝厂商来看，许多都拥有腈纶生产经验，我们认为这能带来两点优势：经验，我们认为这能带来两点优势：1、腈纶生产与大丝束碳纤维原丝生产工艺相似性较高，掌握腈纶生产再过渡至碳纤维原丝，可以缩短技术突破时间，降低技术摸索成本。2、腈纶产能配有溶剂回收体系，碳纤维原丝产线可以依托腈纶溶剂回收系统，提升溶剂回收效率，降低

47、溶剂回收成本。图：海外三家碳纤维原丝生产企业发展历程图：海外三家碳纤维原丝生产企业发展历程表：吉林碳谷碳纤维表：吉林碳谷碳纤维2020年年21,833吨原丝成本粗拆吨原丝成本粗拆数据来源：土耳其AKSACA碳纤维发展状况及其对我国的借鉴，白雪垠，申屠年，高科技纤维与应用，ZOLTEC官网，Monte官网，天风证券研究所22 腈纶产能的溶剂回收体系带来的优势：腈纶产能的溶剂回收体系带来的优势：从国内原丝厂商中复神鹰、吉林碳谷和上海石化对比来看，拥有腈纶产能的吉林碳谷（集团下面的奇峰化纤）和上海石化，在溶剂的回收效率上显著高于中复神鹰，因此中复神鹰的溶剂耗量（DMSO）高达73.49kg/t，而上

48、海石化（NaSCN）和吉林碳谷（DMAC）仅为2.99和0.7kg/t。从溶剂回收体系上具体来看，吉林碳谷完全依托于奇峰公司，纺丝废液直接接入奇峰的四效蒸发器，回收DMAC重复利用，剩余凝水回用于奇峰的水牵引工序，不凝气仍可进一步通过奇峰的溶剂制造单元制造DMAC。而无腈纶产能的企业需自建溶剂回收车间，且仅通过四效蒸发和废气处理，回收损失较多。 根据各家环评书，碳谷最新15万吨产能的DMAC三废年损失45.3吨，1万吨对应损失3吨；而中复神鹰仅3万吨原丝产能的DMSO三废年损失就达到41.7吨，1万吨对应损失14吨。图：国内主要厂商原丝溶剂成本测算（价格使用图：国内主要厂商原丝溶剂成本测算（价

49、格使用3月月10日数据）日数据）图：吉林碳谷依托集团下属奇峰公司的溶剂回收工序图：吉林碳谷依托集团下属奇峰公司的溶剂回收工序中复神鹰吉林碳谷上海石化溶剂类型DMSODMACNaSCN溶剂价格（元/吨）48500178007500溶剂耗量（kg/t）73.490.702.99溶剂成本（元/吨）31541120数据来源：吉林碳谷公告，生意社，各公司环评书，天风证券研究所从海外看，大丝束的核心竞争力：腈纶生产经验及体系从海外看，大丝束的核心竞争力：腈纶生产经验及体系23从成本看，大丝束的核心竞争力：成本控制水平从成本看，大丝束的核心竞争力：成本控制水平 成本是大丝束产品的关键要素：成本是大丝束产品的

50、关键要素：相较于小丝束，大丝束产能在性能上偏弱，但性价比较强，应用在T300、T400的领域较多，因此，成本控制水平是大丝束产品较为重要的核心竞争力。因为吉林碳谷作为市场上主要的原丝提供厂商，故我们结合吉林碳谷披露的信息，对碳纤维原丝成本进行拆分。成本结构方面，成本结构方面，2018-2020年直接材料占比稳定在60%左右，其中丙烯腈为其最为主要的原材料；制造费用和能源成本基本保持一致在17%左右。但2021年上半年由于原油影响，丙烯腈价格涨幅较大，导致直接材料占比出现较大提升。整体来看，整体来看，碳纤维原丝的成本快速下降，从2018年的2.73万元/吨，降至2021年上半年的1.65万元/吨