1、 敬请参阅末页重要声明及评级说明证券研究报告 高性价比碳纤维，高端制造业换装首选材料 Table_IndNameRptType 国防军工国防军工 行业研究/深度报告 行业评级：增持行业评级：增持 报告日期：2022-08-03 Table_Chart 行业指数与沪深行业指数与沪深 300 走势比较走势比较 Table_Author 分析师：郑小霞分析师：郑小霞 执业证书号：S00 电话： 邮箱： 联系人：邓承佯联系人：邓承佯 执业证书号：S00 电话： 邮箱： Table_Report 相关报告相关报告 主

2、要观点：主要观点：碳纤维性价比高，能助力高端装备在极端条件实现长期可靠服役碳纤维性价比高，能助力高端装备在极端条件实现长期可靠服役 随着行业技术的革新，部分装备在高温、高压、强腐蚀性等苛刻环境已无法实现长期可靠服役。但新装备的研制是基础研究和应用基础研究相互融合促进的过程，往往需要耗费大量的人力物力，因而装备材料端便迎来了巨大的挑战。当前许多传统材料的研发已接近理论极限，寻找综合性能优异的新材料成为推动高端制造业发展的关键。碳纤维具备优异的力、热、电磁性能，同时还可以作为增强材料与树脂、金属、陶瓷及炭基体等复合制造先进复合材料，目前已然成为高端制造业换装首选材料。碳纤维及其制品制备碳纤维及其制

3、品制备工艺工艺路线路线复杂复杂，掌握掌握工艺及工艺及相关相关设备设备是关键是关键 碳纤维的产业链长，关键控制点多，生产过程中的每一个步骤带来的缺陷均将会传递到下一步并影响最终碳纤维的性能。因此，各工序精确调控及之间的精密配合是制备出稳定的高性能碳纤维的关键，了解并掌握碳纤维的制备工艺显得尤其重要。目前碳纤维及其制品的制备工艺路线众多，每一类方法的优缺点及其鲜明，且设备各异，因而如何有效规避工艺及设备的缺点、最大程度发挥工艺及设备的优点成为难点，熟练掌握相关工艺设备才是企业构筑护城河的关键。性价比是碳纤维及其性价比是碳纤维及其相关产品相关产品拓展拓展下游下游市场应用的唯一核心要素市场应用的唯一核

4、心要素 综合性能优异下对传统材料的低成本替代是碳纤维能够拓展市场的关键，任何工艺及设备的革新都必须围绕着性价比这一要素。性能方面，碳纤维为增强体，与树脂、陶瓷及金属等基体复合而成的碳纤维复合材料是当前世界上最先进的复合材料之一。但由于各领域厂商对产品的要求不一，各国碳纤维型号标准基准不一，因而如何满足下游客户的需求定制开发是企业的立足之本。成本方面，目前全球各大研究机构及企业都针对性的研发了众多新型工艺来降低各个环节的成本，但较多工艺尚不成熟，因此成本端仍需要行业上下游共同努力。此外，随着碳纤维生产量的增加，未来碳纤维回收有望成为碳纤维复合材料废料处理的最优方式。回收后的碳纤维仍保留了原始纤维

5、优异的力学性能及电磁性能，目前回收碳纤维的用途与普通商业碳纤维一样，可用作树脂的增强材料制备复合材料。-42%-28%-14%-1%13%27%8/2111/212/225/22国防军工沪深300 Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 2/150 证券研究报告 碳纤维市场并非由单一市场驱动，多市场推动无需担心过度竞争碳纤维市场并非由单一市场驱动，多市场推动无需担心过度竞争 碳纤维的应用市场已经逐步开拓至航空航天、风电、汽车、氢能、建筑、电子电气等领域，根据 2021 全球碳纤维复合材料市场报告数据显示，2021 年碳纤维的全球需求为 118

6、000 吨，同比增长 10.4%，中国碳纤维的总需求为 62379 吨，同比增长了 27.7%，预计 2030 年全球的需求量将达到 400000 吨。供给侧，虽然在碳纤维过去六十余年的发展中，我国碳纤维领域专利布局及产能建设起步时间均晚于西方国家，但近年来随着经过国内各大科研机构及企业的不懈努力，2021 年中国已成为全球最大产能国，同时国产碳纤维供给率再次提升至 58.1%。考虑到碳纤维的技术仍有进步空间，叠加下游各领域的需求快速释放，我们认为碳纤维行业仍有足够的空间供现有企业及新玩家各显其能。投资建议投资建议 基于碳纤维下游国防军工、汽车、风电、氢能等行业的高景气度，考虑到相关领域海外企

7、业专利到期，我们预计碳纤维行业将迎来快速发展期。建议关注光威复材、中简科技、中航高科、中复神鹰、吉林化纤、精功科技、博云新材等。风险提示风险提示 行业需求不及预期；相关企业项目建设进展不及预期；技术研发不及预期。Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 3/150 证券研究报告 正文正文目录目录 1 1 碳纤维：黑色黄金，高性能纤维之王碳纤维：黑色黄金，高性能纤维之王.12 1.1 碳纤维是现代高科技领域的战略新材料.12 1.2 PAN 基碳纤维：应用最为广泛的一类碳纤维.17 1.2.1 聚丙烯腈共聚物制备：聚合反应中参与物及设备是核心.2

8、0 1.2.2 聚丙烯腈原丝制备：有效规避不同纺丝路线缺点是关键.28 1.2.3 聚丙烯腈预氧纤维制备：提高预氧化的效率是降本难点.36 1.2.4 聚丙烯腈碳纤维制备：依据下游需求合理选择对应方式.41 1.3 其他类基体碳纤维：特定领域满足特定需求.50 1.3.1 沥青基碳纤维：弥补 PAN 基碳纤维不能及的高技术领域.50 1.3.2 粘胶基碳纤维：航天工业及尖端军工技术领域专用纤维.59 2 2 应用端：极致的性价比是永恒的目标应用端：极致的性价比是永恒的目标.66 2.1 性能角度：与其他材料复合实现性能互补共振是大趋势.66 2.1.1 碳纤维+聚合物：中高温下金属材料最佳替代

9、者.66 2.1.2 碳纤维+金属：可有效改善金属材料的高温性能.72 2.1.3 碳纤维+陶瓷：理想的高温结构材料及摩擦材料.78 2.1.4 碳纤维+碳材料：超高温下结构-功能一体化材料.80 2.2 价格角度：工艺设备革新及回收推动成本下降是主旋律.84 2.2.1 成本端：工艺设备及规模是其成本控制的核心.84 2.2.2 纤维端：吃透工艺设备、降低能耗是主切入点.90 2.2.3 制品端：新型工艺及设计制造一体化未来可期.95 2.2.4 回收端：环保及降本或推动回收行业登上舞台.110 3 3 市场端：需求旺盛，国内企业逐步发力市场端：需求旺盛，国内企业逐步发力.119 3.1 需

10、求端：替换传统材料创造万吨需求.121 3.1.1 航空航天：可替换部分金属及合金.121 3.1.2 风电领域：可替换部分纤维及金属.126 3.1.3 氢能领域：可替换部分高强度钢材.129 3.1.4 汽车领域：可替换部分塑料及金属.134 3.1.5 其他领域：未来有望开辟出新市场.137 3.2 供给端：国内起步晚，但追赶势头强.141 4 4 重点关注公司重点关注公司.148 风险提示：风险提示：.149 Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 4/150 证券研究报告 图表目录图表目录 图表图表 1 1 理想与真实的碳纤维结构理

11、想与真实的碳纤维结构.12 图表图表 2 2 碳纤维的主要性能特点碳纤维的主要性能特点.12 图表图表 3 3 碳纤维复合材料与金属材料的性能对比碳纤维复合材料与金属材料的性能对比.13 图表图表 4 4 碳纤维性能优异可应用于诸多领域碳纤维性能优异可应用于诸多领域.13 图表图表 5 5 碳纤维分类指标及应用场景碳纤维分类指标及应用场景.14 图表图表 6 6 碳纤维按丝束规格分类碳纤维按丝束规格分类.14 图表图表 7 7 碳纤维按力学性能分类碳纤维按力学性能分类.14 图表图表 8 8 连续长纤维、短纤维及短切纤维示意图及简介连续长纤维、短纤维及短切纤维示意图及简介.15 图表图表 9

12、9 碳纤维按原丝类型分类碳纤维按原丝类型分类.15 图表图表 1010 沥青基、聚丙烯腈基和粘胶基碳纤维热处理中结构转化示意图沥青基、聚丙烯腈基和粘胶基碳纤维热处理中结构转化示意图.16 图表图表 1111 碳纤维生产过程示意图碳纤维生产过程示意图.17 图表图表 1212 典型典型 PANPAN 基碳纤维产品及性能基碳纤维产品及性能.17 图表图表 1313 东丽碳纤维部分产品性能指标东丽碳纤维部分产品性能指标.18 图表图表 1414 东丽碳纤维建议应用领域东丽碳纤维建议应用领域.19 图表图表 1515 PANPAN 基碳纤维制备工艺示意图基碳纤维制备工艺示意图.20 图表图表 1616

13、 丙烯腈分子式丙烯腈分子式.21 图图表表 1717 PANPAN 基碳纤维常用的共聚单体基碳纤维常用的共聚单体.21 图表图表 1818 相同共聚条件下不同共聚单体对聚合、聚合液及预氧化反应的影响相同共聚条件下不同共聚单体对聚合、聚合液及预氧化反应的影响.21 图表图表 1919 部分链转移剂的链转移常数部分链转移剂的链转移常数.22 图表图表 2020 六种六种溶剂的相关物理参数溶剂的相关物理参数.22 图表图表 2121 PANPAN 基碳纤维常用的共聚反应类型特点基碳纤维常用的共聚反应类型特点.23 图表图表 2222 不同聚合方法的对比不同聚合方法的对比.24 图表图表 2323 单

14、体浓度对聚合转化率和粘均分子量影响单体浓度对聚合转化率和粘均分子量影响.24 图表图表 2424 单体配比对聚合转化率的影响单体配比对聚合转化率的影响.24 图表图表 2525 聚合时间对聚合转化率的影响聚合时间对聚合转化率的影响.24 图表图表 2626 引发剂引发剂 AIBNAIBN 浓度对聚合物粘均分子量的影响浓度对聚合物粘均分子量的影响.24 图表图表 2727 聚合反应温度对聚合转化率的影响聚合反应温度对聚合转化率的影响.25 图表图表 2828 聚合体系内部温度的变化图聚合体系内部温度的变化图.25 图表图表 2929 反应反应时间对聚合转化率的影响时间对聚合转化率的影响.25 图

15、表图表 3030 水相沉淀聚合（非均相溶液聚合）的影响因素水相沉淀聚合（非均相溶液聚合）的影响因素.25 图表图表 3131 各工艺因素对溶液聚合（均相溶液聚合）聚合反应的影响各工艺因素对溶液聚合（均相溶液聚合）聚合反应的影响.26 图表图表 3232 脱单塔结构示意图脱单塔结构示意图.26 图表图表 3333 脱泡塔示意图脱泡塔示意图.26 图表图表 3434 ANAN 溶液聚合反应釜和传热装置溶液聚合反应釜和传热装置.27 图表图表 3 35 5 溶液反应中原液混合流程图溶液反应中原液混合流程图.27 图表图表 3636 过滤器结构示意图过滤器结构示意图.28 图表图表 3737 PANP

16、AN 原丝的各级结构单元特点及其对性能的影响原丝的各级结构单元特点及其对性能的影响.29 图表图表 3838 碳纤维原丝生产流程工艺示意碳纤维原丝生产流程工艺示意.29 图表图表 3939 各国各国 PANPAN 基碳纤维原丝技术及所用溶剂基碳纤维原丝技术及所用溶剂.29 图表图表 4040 常用的沉淀剂处理得到的常用的沉淀剂处理得到的 PANPAN 聚合物的洁净度聚合物的洁净度.30 图表图表 4141 沉淀剂对沉淀剂对 PANPAN 纤维结晶度及晶粒尺寸的影响纤维结晶度及晶粒尺寸的影响.30 Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 5/1

17、50 证券研究报告 图表图表 4242 不同类型改性硅油结构示意图不同类型改性硅油结构示意图.30 图表图表 4343 湿法、干喷湿纺（干湿）法对比湿法、干喷湿纺（干湿）法对比.31 图表图表 4444 湿法湿法 PANPAN 基碳纤维原丝生产工艺流程示意图基碳纤维原丝生产工艺流程示意图.31 图表图表 4545 湿法纺丝湿法纺丝 PANPAN 基碳纤维质量影响因素基碳纤维质量影响因素.31 图表图表 4646 干喷湿纺法干喷湿纺法 PANPAN 基碳纤维原丝生产工艺流程示意图基碳纤维原丝生产工艺流程示意图.32 图表图表 4747 干喷湿纺法干喷湿纺法 PANPAN 基碳纤维质量影响因素基碳

18、纤维质量影响因素.32 图表图表 4848 不同形式纺丝机结构示意图不同形式纺丝机结构示意图.33 图表图表 4949 凝固浴槽结构示意图凝固浴槽结构示意图.33 图表图表 5050 U U 形水洗机形水洗机.34 图表图表 5151 多层水洗机多层水洗机.34 图表图表 5252 喷淋与漂洗组合水洗流程工艺示意图喷淋与漂洗组合水洗流程工艺示意图.34 图表图表 5353 加压加压饱和蒸汽拉伸机及相关部件饱和蒸汽拉伸机及相关部件.35 图表图表 5454 上油装置示意图上油装置示意图.35 图表图表 5555 干燥机的结构形式和传动方式干燥机的结构形式和传动方式.36 图表图表 5656 预氧

19、化过程的主要化学反应预氧化过程的主要化学反应.36 图表图表 5757 预氧化方式及工艺预氧化方式及工艺.37 图表图表 5858 PANPAN 基碳纤维预氧化工艺流程示意图基碳纤维预氧化工艺流程示意图.37 图表图表 5959 固定长度间歇法预氧化装置示意图固定长度间歇法预氧化装置示意图.38 图表图表 6060 多温区连续式预氧化装置示意图多温区连续式预氧化装置示意图.38 图表图表 6161 典型典型 PANPAN 原丝在氮气和空气气氛下的原丝在氮气和空气气氛下的 DSCDSC 曲线曲线.38 图表图表 6262 PANPAN 环化指数随着时间变化环化指数随着时间变化.39 图表图表 6

20、363 PANPAN 纤维张力随温度的变化纤维张力随温度的变化.39 图表图表 6464 大型预氧化设备结构示意图大型预氧化设备结构示意图.40 图表图表 6565 固定固定长度间歇法预氧化装置示意图长度间歇法预氧化装置示意图.40 图表图表 6666 多温区连续式预氧化装置示意图多温区连续式预氧化装置示意图.40 图表图表 6767 PANPAN 基碳纤维碳化及石墨化工艺流程基碳纤维碳化及石墨化工艺流程.41 图表图表 6868 碳化及石墨化过程中关键工艺参数及其影响碳化及石墨化过程中关键工艺参数及其影响.41 图表图表 6969 碳化过程纤维组成的变化碳化过程纤维组成的变化.42 图表图表

21、 7070 碳化时间对纤维组成的影响碳化时间对纤维组成的影响.42 图表图表 7171 碳化过程中不同温度下组成主要变化碳化过程中不同温度下组成主要变化.42 图表图表 7272 碳纤维密度与温度的关系碳纤维密度与温度的关系.42 图表图表 7373 碳纤维性能与温度的关系碳纤维性能与温度的关系.42 图表图表 7474 碳化及石碳化及石墨化过程中关键工艺参数及其影响墨化过程中关键工艺参数及其影响.43 图表图表 7575 石墨化阶段碳纤维中形成更加有序的石墨结构石墨化阶段碳纤维中形成更加有序的石墨结构.43 图表图表 7676 碳纤维密度与石墨化温度的关系碳纤维密度与石墨化温度的关系.44

22、图表图表 7777 碳纤维密度与石墨化处理时间的关系碳纤维密度与石墨化处理时间的关系.44 图表图表 7878 碳纤维表面处理方法和影响因素碳纤维表面处理方法和影响因素.44 图表图表 7979 阳极氧化法工艺流程示意图阳极氧化法工艺流程示意图.45 图表图表 8080 射线处理碳纤维装置示意图射线处理碳纤维装置示意图.45 图表图表 8181 碳纤维经过阳极氧化后的单丝强度及质量变化碳纤维经过阳极氧化后的单丝强度及质量变化.45 图表图表 8282 几种不同碳纤维经过等离子体表面处理后碳纤维拉伸性能几种不同碳纤维经过等离子体表面处理后碳纤维拉伸性能.45 图表图表 8383 东丽公司上浆剂类

23、型与不同树脂的相容性东丽公司上浆剂类型与不同树脂的相容性.46 图表图表 8484 上浆剂浓度对上浆量的影响上浆剂浓度对上浆量的影响.46 图表图表 8585 上浆量对碳纤维使用工艺性能的影响上浆量对碳纤维使用工艺性能的影响.46 Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 6/150 证券研究报告 图表图表 8686 上浆剂对碳纤维耐磨性能和上浆剂对碳纤维耐磨性能和 IFSSIFSS 的影响的影响.46 图表图表 8787 表面上浆剂对复合材料性能的影响表面上浆剂对复合材料性能的影响.47 图表图表 8888 不同上浆剂对碳纤维剪切强度保持率的

24、影响不同上浆剂对碳纤维剪切强度保持率的影响.47 图表图表 8989 不同上浆剂对碳纤维抗弯强度保持率的影响不同上浆剂对碳纤维抗弯强度保持率的影响.47 图表图表 9090 低温碳化炉结构示意图低温碳化炉结构示意图.47 图表图表 9191 高温碳化炉结构示意图高温碳化炉结构示意图.47 图表图表 9292 石墨化炉结构示意图石墨化炉结构示意图.48 图表图表 9393 直接加热感应炉结构示意图直接加热感应炉结构示意图.48 图图表表 9494 直流电弧等离子体石墨化炉结构示意图直流电弧等离子体石墨化炉结构示意图.48 图表图表 9595 采用等离子技术进行碳化和石墨化采用等离子技术进行碳化和

25、石墨化.48 图表图表 9696 气相氧化法流程示意图气相氧化法流程示意图.49 图表图表 9797 液相氧化法流程示意图液相氧化法流程示意图.49 图表图表 9898 扩幅上浆装置示意图（东丽）扩幅上浆装置示意图（东丽）.49 图表图表 9999 具有空气流动场的上浆装置具有空气流动场的上浆装置.49 图表图表 100100 具有吹气狭缝的上浆装置示意图具有吹气狭缝的上浆装置示意图.49 图表图表 101101 具有循环系统的上浆装置具有循环系统的上浆装置.49 图表图表 102102 沥青基碳纤维图片沥青基碳纤维图片.50 图表图表 103103 沥青基碳纤维的分类沥青基碳纤维的分类.50

26、 图表图表 104104 各向异性沥青基碳纤维与各向异性沥青基碳纤维与 PANPAN 基碳纤维的性能比较基碳纤维的性能比较.51 图表图表 105105 沥青基碳纤维的性能沥青基碳纤维的性能.51 图表图表 106106 中间相沥青为起始材料制备的碳纤维具有定向石墨层纤维轴中间相沥青为起始材料制备的碳纤维具有定向石墨层纤维轴.52 图表图表 107107 沥青基碳纤维及其他材料导热系数对比（沥青基碳纤维及其他材料导热系数对比（W/W/M MK K）.52 图表图表 108108 三星手机采用的碳纤维作为导热材料三星手机采用的碳纤维作为导热材料.53 图表图表 109109 沥青基碳纤维的制备工

27、艺流程图沥青基碳纤维的制备工艺流程图.54 图表图表 110110 沥青基碳纤维调制过程沥青基碳纤维调制过程.55 图表图表 111111 空气吹扫装置示意图空气吹扫装置示意图.55 图表图表 112112 沥青基碳纤维熔融纺丝示意图沥青基碳纤维熔融纺丝示意图.56 图表图表 113113 中间相沥青纤维连续熔融纺丝及毛细管效应示意图中间相沥青纤维连续熔融纺丝及毛细管效应示意图.57 图表图表 114114 不同喷丝板结构对沥青基碳纤维断面的影响不同喷丝板结构对沥青基碳纤维断面的影响.57 图表图表 115115 沥青纤维氧化过程中的化学反应模型沥青纤维氧化过程中的化学反应模型.58 图表图表

28、 116116 沥青纤维热处理过程中内部碳层的变化趋势沥青纤维热处理过程中内部碳层的变化趋势.59 图表图表 117117 美国生产的高性能粘胶基碳纤维性能参数美国生产的高性能粘胶基碳纤维性能参数.60 图表图表 118118 粘胶基碳纤维粘胶基碳纤维.60 图表图表 119119 粘胶纤维转化为碳纤维的反应粘胶纤维转化为碳纤维的反应.61 图表图表 120120 纤维素纤维素、纤维素、纤维素和石墨的晶体结构及相关参数和石墨的晶体结构及相关参数.62 图表图表 121121 各向异性沥青基碳纤维与各向异性沥青基碳纤维与 PANPAN 基碳纤维的性能比较基碳纤维的性能比较.63 图表图表 122

29、122 未处理粘胶纤维和经催化脱水剂处理后的热行为未处理粘胶纤维和经催化脱水剂处理后的热行为.63 图表图表 123123 粘胶基碳纤维生产工艺粘胶基碳纤维生产工艺.64 图表图表 124124 纤维素在碳化过程中某些性质的变化纤维素在碳化过程中某些性质的变化.64 图表图表 125125 碳纤维在热处理过程中碳纤维在热处理过程中D D002002与牵伸率的关系与牵伸率的关系.64 图表图表 126126 碳纤维在热处理过程中的取向度碳纤维在热处理过程中的取向度Q Q与牵伸率关系与牵伸率关系.65 图表图表 127127 纤维素在热处理过程中某些性质的变化纤维素在热处理过程中某些性质的变化.6

30、5 图图表表 128128 碳纤维复合材料分类碳纤维复合材料分类.66 图表图表 129129 碳纤维与其他材料的比强度和比模量碳纤维与其他材料的比强度和比模量.66 Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 7/150 证券研究报告 图表图表 130130 碳纤维聚合物基复合材料的基体种类碳纤维聚合物基复合材料的基体种类.67 图表图表 131131 热固性预浸料制造方法热固性预浸料制造方法.68 图表图表 132132 溶液浸渍法卧式预浸工艺示意图溶液浸渍法卧式预浸工艺示意图.68 图表图表 133133 溶液浸渍法立式预浸工艺示意图溶液浸

31、渍法立式预浸工艺示意图.68 图表图表 134134 直接热熔法工艺示意图直接热熔法工艺示意图.68 图表图表 135135 直接热熔法制膜工艺示意图直接热熔法制膜工艺示意图.69 图表图表 136136 直接热熔法预浸过程示意图直接热熔法预浸过程示意图.69 图表图表 137137 热塑性预浸料制造方法热塑性预浸料制造方法.69 图表图表 138138 熔融浸渍法工艺示意图熔融浸渍法工艺示意图.69 图表图表 139139 热塑性预浸料制造方法热塑性预浸料制造方法.70 图表图表 140140 美国雷神公司用热压罐成型的复合材料机身段美国雷神公司用热压罐成型的复合材料机身段.71 图表图表

32、141141 树脂传递成型（树脂传递成型（RTMRTM）使用到的高精度注胶机）使用到的高精度注胶机.71 图表图表 142142 树脂传递成型（树脂传递成型（RTMRTM）使用到的合模机）使用到的合模机.71 图表图表 143143 树脂基碳纤维激光切割机床及功率计树脂基碳纤维激光切割机床及功率计.72 图表图表 144144 碳纤维金属基复合材料应用碳纤维金属基复合材料应用.72 图表图表 145145 按增强相形态分类的金属基复合材料示意按增强相形态分类的金属基复合材料示意.72 图图表表 146146 碳纤维增强金属基复合材料成型工艺图碳纤维增强金属基复合材料成型工艺图.73 图表图表

33、147147 碳纤维浓硝酸氧化过程示意图碳纤维浓硝酸氧化过程示意图.74 图表图表 148148 碳纤维金属基复合材料制备前碳纤维表面化学镀铜铜层沉积过程示意图碳纤维金属基复合材料制备前碳纤维表面化学镀铜铜层沉积过程示意图.74 图表图表 149149 制备碳纤维制备碳纤维/金属基复合材料的主要固态法方式金属基复合材料的主要固态法方式.75 图表图表 150150 制备碳纤维制备碳纤维/金属基复合材料的主要液态法金属基复合材料的主要液态法方式方式.76 图表图表 151151 纤维与基体结合示意图纤维与基体结合示意图.77 图表图表 152152 复合材料界面反应扩散层形成示意图复合材料界面反

34、应扩散层形成示意图.77 图表图表 153153 碳陶复合材料刹车片碳陶复合材料刹车片.78 图表图表 154154 单向长纤维阻碍陶瓷内裂纹扩展单向长纤维阻碍陶瓷内裂纹扩展.78 图表图表 155155 碳纤维体积分数对复合材料断裂功的影响碳纤维体积分数对复合材料断裂功的影响.79 图表图表 156156 连续纤维增强陶瓷基复合材料的主要制造方法连续纤维增强陶瓷基复合材料的主要制造方法.79 图表图表 157157 一体烧结法制备改性碳纤维陶瓷基复合材料的工艺流程一体烧结法制备改性碳纤维陶瓷基复合材料的工艺流程.80 图表图表 158158 碳碳复合材料碳碳复合材料.80 图表图表 1591

35、59 碳纤维碳纤维/碳基复合材料的工艺流程碳基复合材料的工艺流程.81 图表图表 160160 碳纤维选择要求碳纤维选择要求.81 图图表表 161161 不同结构不同结构 C/CC/C 复合材料典型力学性能数据复合材料典型力学性能数据.81 图表图表 162162 化学气相沉积法中热梯度法沉积炉示意图化学气相沉积法中热梯度法沉积炉示意图.82 图表图表 163163 化学气相沉积法中脉冲法积碳示意图化学气相沉积法中脉冲法积碳示意图.82 图表图表 1 16464 高压液相浸渍装置示意图高压液相浸渍装置示意图.82 图表图表 165165 基体改性前后基体改性前后 C/CC/C 复合材料耐烧蚀

36、对比复合材料耐烧蚀对比.83 图表图表 166166 基体改性后基体改性后 C/CC/C 复合材料耐烧蚀提高原理复合材料耐烧蚀提高原理.83 图表图表 167167 碳纤维碳纤维/碳基复合材料表面陶瓷基涂层制备流程碳基复合材料表面陶瓷基涂层制备流程.83 图表图表 168168 碳纤维碳纤维/碳基复合材料表面陶瓷基涂层抗氧碳基复合材料表面陶瓷基涂层抗氧化性能对比化性能对比.84 图表图表 169169 碳纤维碳纤维/碳基复合材料不同条件下超高温涂层抗氧化模型示意图碳基复合材料不同条件下超高温涂层抗氧化模型示意图.84 图表图表 170170 按照生产流程来看碳纤维的成本构成按照生产流程来看碳纤

37、维的成本构成.85 图表图表 171171 按照成本要素来看碳纤维的成本构成按照成本要素来看碳纤维的成本构成.85 图表图表 172172 不同工业领域碳纤维、预浸料和制品的单价（元不同工业领域碳纤维、预浸料和制品的单价（元/KGKG）.85 图表图表 173173 吉林碳谷主要原材料采购情况吉林碳谷主要原材料采购情况.86 Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 8/150 证券研究报告 图表图表 174174 吉林碳谷主要能源采购情况吉林碳谷主要能源采购情况.86 图表图表 175175 吉林碳谷主营业务成本构成吉林碳谷主营业务成本构成.

38、86 图表图表 176176 中复神鹰中复神鹰主营业务成本构成主营业务成本构成.87 图表图表 177177 中复神鹰主要原材料采购情况中复神鹰主要原材料采购情况.87 图表图表 178178 中复神鹰主要能源采购情况中复神鹰主要能源采购情况.87 图表图表 179179 碳纤维复合材料部件成本构成碳纤维复合材料部件成本构成.88 图表图表 180180 近一年丙烯腈价格走势（元近一年丙烯腈价格走势（元/吨）吨）.88 图表图表 181181 碳纤维产线投资额度碳纤维产线投资额度.89 图表图表 182182 碳纤维各生产环节的成本在不同量产规模下的对比（按照生产流程拆分碳纤维各生产环节的成本

39、在不同量产规模下的对比（按照生产流程拆分，美元，美元/公斤）公斤）.89 图表图表 183183 不同生产规模原丝成本构成（按照成本要素拆分）不同生产规模原丝成本构成（按照成本要素拆分）.89 图表图表 184184 不同生产规模碳纤维成本构成（按照成本要素拆分）不同生产规模碳纤维成本构成（按照成本要素拆分）.89 图表图表 185185 中复神鹰部分工艺类专利中复神鹰部分工艺类专利.90 图表图表 186186 江苏鹰游部分设备产品江苏鹰游部分设备产品.91 图表图表 187187 中复神鹰部分设备类专利中复神鹰部分设备类专利.91 图表图表 188188 国外碳纤维企业在中国专利申请趋势国

40、外碳纤维企业在中国专利申请趋势.92 图表图表 189189 专利技术分布情况（单位：件）专利技术分布情况（单位：件）.92 图表图表 190190 三菱丽阳三菱丽阳 20072007 年以来碳纤维技术发展路线图年以来碳纤维技术发展路线图.93 图表图表 191191 三菱丽阳公司氨基改性有机硅纺丝油剂三菱丽阳公司氨基改性有机硅纺丝油剂.93 图表图表 192192 东丽公司蒸汽牵伸装置示意图东丽公司蒸汽牵伸装置示意图.93 图表图表 193193 PANPAN 基碳纤维缩短预氧化工艺时间的部分专利基碳纤维缩短预氧化工艺时间的部分专利.94 图表图表 194194 碳纤维预氧化炉改进的部分专利

41、碳纤维预氧化炉改进的部分专利.95 图表图表 195195 碳纤维碳纤维复材结构高成本因素和低成本对策复材结构高成本因素和低成本对策.96 图表图表 196196 非热压罐成型工艺技术衍生的三代复材特点非热压罐成型工艺技术衍生的三代复材特点.97 图表图表 197197 国际高性能碳纤维国际高性能碳纤维/环氧树脂环氧树脂 O OO OA A 预浸料货架产品预浸料货架产品.97 图表图表 198198 低成本的低成本的 OOAOOA 工艺（与热压罐成型工艺相比）工艺（与热压罐成型工艺相比）.98 图表图表 199199 OOAOOA 树脂粘度树脂粘度-温度曲线温度曲线.98 图表图表 20020

42、0 C CYTEC YTEC 5320/IM75320/IM7 预浸料浸润状况预浸料浸润状况.98 图表图表 201201 OOAOOA 工艺中工艺中 DVBDVB 工装示意图工装示意图.99 图表图表 202202 国内国内 OOAOOA 工艺的部分专利工艺的部分专利.99 图表图表 203203 低成本的液体成型工艺（与热压罐成型工艺相比）低成本的液体成型工艺（与热压罐成型工艺相比）.100 图表图表 204204 液体成型工艺中制备预制体所需的设备液体成型工艺中制备预制体所需的设备.100 图表图表 205205 采用采用 RFIRFI 工艺的工艺的 A380A380 复合材料后压力框复

43、合材料后压力框.101 图表图表 206206 采用采用 VARIVARI 工艺成型的复合材料机身壁板工艺成型的复合材料机身壁板.101 图表图表 207207 国内外主要快速固化树脂体系国内外主要快速固化树脂体系.101 图表图表 208208 快速固化复合材料性能快速固化复合材料性能.102 图表图表 209209 主要的主要的潜伏性环氧树脂固化体系潜伏性环氧树脂固化体系.102 图表图表 210210 日本日本 DICDIC 株式会社预浸料片的固化时间为全球最短仅为株式会社预浸料片的固化时间为全球最短仅为 3030 秒秒.103 图表图表 211211 中航复材与汽车厂商合作开发的中航复

44、材与汽车厂商合作开发的 1212 米全复合材料车身的新能源客车米全复合材料车身的新能源客车.103 图表图表 212212 CTCT 飞机应用了飞机应用了 H HEXEXP PLYLYM79M79 低温固化环氧树脂基体预浸料低温固化环氧树脂基体预浸料.104 图表图表 213213 国内低温固化成型工艺的国内低温固化成型工艺的部分专利部分专利.105 图表图表 214214 德国汽车生产线使用的模压流程德国汽车生产线使用的模压流程.106 图表图表 215215 HPHP-RTMRTM 生产设备生产设备.106 图表图表 216216 GIMGIM 流程图流程图.107 图表图表 217217

45、 BREYERBREYER 公司的公司的 GIMRGIMR 生产设备生产设备.107 Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 9/150 证券研究报告 图图表表 218218 通过各种传统和通过各种传统和 AMAM 技术制造的部件的抗拉强度与纤维体积分数对比图技术制造的部件的抗拉强度与纤维体积分数对比图.107 图表图表 219219 3D3D 打印纤维增强复合材料的制备工艺、材料类型和优缺点打印纤维增强复合材料的制备工艺、材料类型和优缺点.108 图表图表 220220 基于基于 FFFFFF 工艺制备的连续纤维热塑性复合材料的打印工艺示意

46、图工艺制备的连续纤维热塑性复合材料的打印工艺示意图.108 图表图表 221221 斐帛科技公司打印设备及制品图片斐帛科技公司打印设备及制品图片.109 图表图表 222222 由二级拉由二级拉-挤系统组成的连续点阵制造的打印头挤系统组成的连续点阵制造的打印头.109 图表图表 223223 碳纤维碳纤维 3D3D 打印复合材料汽车打印复合材料汽车.110 图表图表 224224 BREYERBREYER 公司的公司的 GIMRGIMR 生产设备生产设备.110 图表图表 225225 每生产每生产 1K1KG G碳纤维时的排放和环境影响碳纤维时的排放和环境影响.110 图表图表 226226

47、 国外主要的碳纤维回收参与机构及进展国外主要的碳纤维回收参与机构及进展.111 图图表表 227227 树脂基碳纤维废料的来源、类别及传统处理方法树脂基碳纤维废料的来源、类别及传统处理方法.111 图表图表 228228 典型的回收碳纤维形态典型的回收碳纤维形态.111 图表图表 229229 废弃废弃 CFRPCFRP 回收方法分类回收方法分类.112 图表图表 230230 碳纤维复合材料回收技术比较碳纤维复合材料回收技术比较.112 图表图表 231231 物理法回收流程图物理法回收流程图.113 图表图表 232232 热裂解法回收流程图热裂解法回收流程图.113 图表图表 23323

48、3 不同温度、气氛和反应时间回收的碳纤维及原纤维的单丝拉伸性能不同温度、气氛和反应时间回收的碳纤维及原纤维的单丝拉伸性能.113 图表图表 234234 热裂解方法中两步装置示意图热裂解方法中两步装置示意图.114 图表图表 235235 诺丁汉大学流化床反应器回收的碳纤维的单丝拉伸效果性能对比诺丁汉大学流化床反应器回收的碳纤维的单丝拉伸效果性能对比.114 图表图表 236236 流化床热解法回收碳纤维树脂复合材料流程图流化床热解法回收碳纤维树脂复合材料流程图.114 图表图表 237237 ATIATI 开发的处理开发的处理 CFRPCFRP 真空裂解反应器真空裂解反应器.115 图表图表

49、 238238 微波反应器处理微波反应器处理 CFRPCFRP 示意图示意图.115 图表图表 239239 几种常见的分解环氧树脂的溶剂的临界压力、温度和密度几种常见的分解环氧树脂的溶剂的临界压力、温度和密度.115 图表图表 240240 溶剂分解方法中溶剂分解方法中 KOH/KOH/亚临界水亚临界水反应装置示意图反应装置示意图.115 图表图表 241241 不同溶剂法回收方法比较不同溶剂法回收方法比较.116 图表图表 242242 “分层分层-短切短切-回收回收”组合回收工艺示意图组合回收工艺示意图.116 图表图表 243243 “分层分层-短切短切-回收回收”组合回收工艺装置组合

50、回收工艺装置.116 图表图表 244244 几种工业化回收方法比较几种工业化回收方法比较.116 图表图表 245245 碳碳纤维的回收利用纤维的回收利用.117 图表图表 246246 回收纤维的应用与开发情况回收纤维的应用与开发情况.117 图表图表 247247 长纤维取向回收再利用工艺长纤维取向回收再利用工艺.118 图表图表 248248 全球碳纤维需求量（千吨）全球碳纤维需求量（千吨）.119 图表图表 249249 20212021 年全球各领域碳纤维需求（千吨，年全球各领域碳纤维需求（千吨，%）.119 图表图表 250250 20212021 年全球各领域碳纤维需求（百万美

51、元，年全球各领域碳纤维需求（百万美元，%）.119 图表图表 251251 20212021 年全球碳纤维单价年全球碳纤维单价.119 图表图表 252252 中国碳纤维需求量（吨）中国碳纤维需求量（吨）.120 图表图表 253253 中国各领域碳纤维需求（中国各领域碳纤维需求（%）.120 图表图表 254254 主要军用材料密度及比强度、比模量对比主要军用材料密度及比强度、比模量对比.121 图表图表 255255 飞机机体减重飞机机体减重 1 1 磅的经济效益（万美元）磅的经济效益（万美元）.121 图表图表 256256 先进复合材料在飞机设计中使用情况先进复合材料在飞机设计中使用情

52、况.121 图表图表 257257 国内外民用客机先进复合材料应用情况国内外民用客机先进复合材料应用情况.122 图表图表 258258 先进复合材料在军机上的应用先进复合材料在军机上的应用.122 图表图表 259259 国外直升机先进复合材料应用情况国外直升机先进复合材料应用情况.122 图表图表 260260 部分无人机复合材料应用概况部分无人机复合材料应用概况.123 图表图表 261261 大力神运载火箭运用的碳纤维大力神运载火箭运用的碳纤维.124 Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 10/150 证券研究报告 图表图表 26

53、2262 碳纤维在导弹天线罩的应用碳纤维在导弹天线罩的应用.124 图表图表 263263 碳纤维在卫星中的应用碳纤维在卫星中的应用.125 图表图表 264264 航空发动机选材趋势（重量占比）航空发动机选材趋势（重量占比）.125 图表图表 265265 商用飞机发动机中复合材料的用量商用飞机发动机中复合材料的用量.125 图表图表 266266 固体火箭发动机复合材料壳体计划固体火箭发动机复合材料壳体计划.125 图表图表 267267 全球航空航天领域对碳纤维的需求（吨）全球航空航天领域对碳纤维的需求（吨）.126 图表图表 268268 20 年全球风电

54、装机容量年全球风电装机容量.126 图表图表 269269 风经过风力机的压力和风速的变化风经过风力机的压力和风速的变化.127 图表图表 270270 世界先进风电机组的风轮直径及额定功率发展趋势世界先进风电机组的风轮直径及额定功率发展趋势.127 图表图表 271271 风电叶片结构风电叶片结构.128 图表图表 272272 风电叶片复合材风电叶片复合材料主梁的三种生产工艺料主梁的三种生产工艺.129 图表图表 273273 全球风电领域对碳纤维的需求（吨）全球风电领域对碳纤维的需求（吨）.129 图表图表 274274 全球平均地表温度的演变全球平均地表温度的演变.130 图表图表 2

55、75275 4 4 月月 2828 日至日至 5 5 月月 1 1 日印度拉贾斯坦邦日最高气温极值历年变化（日印度拉贾斯坦邦日最高气温极值历年变化（19801980 年至年至 20222022 年）年）.130 图表图表 276276 20192019 年及年及 20202020 年世界部分地区能源需求量年世界部分地区能源需求量.131 图表图表 277277 部分可再生能源所需的原材料部分可再生能源所需的原材料.131 图表图表 278278 燃料电池车用储氢瓶参数比较燃料电池车用储氢瓶参数比较.132 图表图表 279279 典型典型 IVIV 型高压储氢气瓶结构示意图型高压储氢气瓶结构示

56、意图.132 图表图表 280280 典型的燃料电池结构典型的燃料电池结构.133 图表图表 281281 燃料电燃料电池碳纤维气体扩散层池碳纤维气体扩散层.133 图表图表 282282 全碳纤维车身全碳纤维车身 P PRODRIVE RODRIVE P25P25 官图官图.134 图表图表 283283 20212021 年碳纤维在汽车领域的最新进展年碳纤维在汽车领域的最新进展.135 图表图表 284284 奥迪车厢后部和地板中央采用了碳纤维材料奥迪车厢后部和地板中央采用了碳纤维材料.135 图表图表 285285 保时捷发布全碳纤维复合轮毂保时捷发布全碳纤维复合轮毂.135 图表图表

57、286286 博实碳纤维轴博实碳纤维轴.136 图表图表 287287 R ROTORAOTORA推出的碳陶制动系统推出的碳陶制动系统.136 图表图表 288288 复合材料与传统材料汽车生产工艺对比复合材料与传统材料汽车生产工艺对比.136 图表图表 289289 主要车用碳纤维部件成型工艺及适用的回收技术主要车用碳纤维部件成型工艺及适用的回收技术.137 图表图表 290290 全球汽车领域对碳纤维的需求（吨）全球汽车领域对碳纤维的需求（吨）.137 图表图表 291291 碳纤维钓鱼竿碳纤维钓鱼竿.138 图表图表 292292 碳纤维自行车碳纤维自行车.138 图表图表 293293

58、 碳纤维船桨碳纤维船桨.138 图表图表 294294 碳纤维滑雪板碳纤维滑雪板.138 图表图表 295295 房屋碳纤维加固房屋碳纤维加固.139 图表图表 296296 上海西岸人上海西岸人工智能峰会工智能峰会 B B 馆碳纤维亭馆碳纤维亭.139 图表图表 297297 碳纤维机械臂碳纤维机械臂.139 图表图表 298298 碳纤维布补强管道碳纤维布补强管道.139 图表图表 299299 碳纤维防静电毛刷碳纤维防静电毛刷.140 图表图表 300300 碳纤维笔记本外壳碳纤维笔记本外壳.140 图表图表 301301 时时速速 200200 公里磁浮碳纤维车体及高温超导磁浮碳纤维车

59、体公里磁浮碳纤维车体及高温超导磁浮碳纤维车体.140 图表图表 302302 可用于硅单晶热系统中的碳碳复合材料制品可用于硅单晶热系统中的碳碳复合材料制品.141 图表图表 303303 碳纤维气凝胶碳纤维气凝胶.141 图表图表 304304 全球碳纤维历史全球碳纤维历史.142 图表图表 305305 碳纤维技术领域专利申请趋势图碳纤维技术领域专利申请趋势图（截至（截至 20202020 年年 3 3 月月 2828 日）日）.142 Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 11/150 证券研究报告 图表图表 306306 碳纤维技术领

60、域专利数量排名前十的专利权人（截至碳纤维技术领域专利数量排名前十的专利权人（截至 20202020 年年 3 3 月月 2828 日）日）.143 图表图表 307307 82018 年中国及海外国家碳纤维产业发展情况对比年中国及海外国家碳纤维产业发展情况对比.143 图表图表 308308 20212021 年全球碳纤维运行产能年全球碳纤维运行产能.144 图表图表 309309 近四年中国碳纤维运行产能占全球总产能比例近四年中国碳纤维运行产能占全球总产能比例.144 图表图表 310310 82018 年全球原丝及碳纤维运行产能（千吨）年全球原丝

61、及碳纤维运行产能（千吨）.144 图表图表 311311 20212021 年中国碳纤维来源年中国碳纤维来源.145 图表图表 312312 近四年中国国产碳纤维市场份额近四年中国国产碳纤维市场份额.145 图表图表 313313 20212021 年中国部分碳纤维原丝及碳纤维运行产能（吨）年中国部分碳纤维原丝及碳纤维运行产能（吨）.145 图表图表 314314 82018 年中日碳纤维产业发展情况对比年中日碳纤维产业发展情况对比.146 图表图表 315315 美日欧碳纤维产业链构成美日欧碳纤维产业链构成.147 图表图表 316316 北京市碳纤维产业链发展模式北京

62、市碳纤维产业链发展模式.147 Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 12/150 证券研究报告 1 1 碳纤维：碳纤维：黑色黄金，黑色黄金，高性能纤维高性能纤维之王之王 1 1.1.1 碳纤维是现代高科技领域的战略新材料碳纤维是现代高科技领域的战略新材料 碳纤维是国际认可的现代高科技领域的战略新材料，被誉为“黑色黄金”。碳纤维是国际认可的现代高科技领域的战略新材料，被誉为“黑色黄金”。碳纤维（CarbonFiber，CF）是一种含碳量高于 90%的纤维状碳化产物，通过有机纤维原丝（先驱体）在高温（1000-3000）惰性气体保护的条件下经

63、过热解、碳化等一系列物理化学变化而制得。从分子结构上看，碳纤维可以看成是由片状石墨微晶沿纤维轴向方向排列而成，但真正的碳纤维达不到石墨的理想状态，且石墨层平面呈波浪状，平面间距明显大于石墨的 0.335nm。碳纤维具有显著的各向异性，沿其纤维轴向模量高，强度高，是一种高性能的增强纤维，具有良好的导电、导热、耐腐蚀、耐超高温等特性，同时还兼备纺织纤维的柔软可编织性。图表图表 1 1 理想理想与真实的与真实的碳纤维结构碳纤维结构 资料来源：高性能碳纤维微观结构与性能关系研究，华安证券研究所 图表图表 2 2 碳纤维的主要性能特点碳纤维的主要性能特点 性能特点 简介 强度高 抗拉强度在 3500MP

64、a 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 2000时使用，在 3000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 3000的高温突然降到室温也不会炸裂 资料来源：高科技纤维与应用，华安证券研究所 碳纤维及其复合材料同其他金属及合金类材料相比，主要具备以

65、下优势：碳纤维及其复合材料同其他金属及合金类材料相比，主要具备以下优势：（1）通常高模量碳纤维复合材料的单向材料比模量比铝合金大 5-7 倍，所制备 Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 13/150 证券研究报告 的结构件可满足高刚度需求；（2）以高模量碳纤维为增强材料，通过合理的复合材料结构设计可获得热膨胀系数几乎为零的材料，满足高低温交变的应用场景中尺寸稳定性要求；（3）碳纤维的比重不足钢材的 1/4，可满足结构件的轻量化要求。图表图表 3 3 碳纤维复合材料与金属材料的性能对比碳纤维复合材料与金属材料的性能对比 材料 密度（g/cm

66、3）拉伸强度(MPa)拉伸模量(GPa)性能与特点 碳纤维复合材料 1.5 1548 135 力学性能优异、耐高温、耐腐蚀、轻质高强 玻璃纤维复合材料 2.0 1245 48.2 绝缘、耐高温、抗腐蚀、价格较低、性脆、耐磨性较差 结构钢 7.9 1197 206 价格低廉、承载能力好、耐腐蚀性差、易脆断 铝合金 2.8 393 72 可加工性好、耐腐蚀、导热导电能力好、承载能力差、成本高 钛合金 4.5 712 117 耐高温、耐腐蚀、可加工性好、生物相容性好、工艺复杂 资料来源：碳纤维国产化现状与技术发展前景分析，华安证券研究所 碳纤维的大力发展，对国家的国防、经济、民生都起到更加重要的作用

67、。碳纤维的大力发展，对国家的国防、经济、民生都起到更加重要的作用。碳纤维既具有碳材料质轻、高强度、高模量、耐腐蚀、耐疲劳、耐高温、导热、导电等优异的综合性能，同时还兼备纺织纤维的柔软可加工性，是国际认可的现代高科技领域的战略新材料，被誉为“黑色黄金”。由于人类对于生活质量的需求渐高，以及科技不断进步，尤其是在航空航天、军工制造等高尖端领域和汽车工业、建筑体育等民用领域对于先进材料的需求，传统材料及其复合材料渐渐无法满足，以碳纤维为代表的新型材料的出现和发展，促进了这些行业的发展，同时，伴随着能源的日益紧缺，在新能源领域，轻量化需求中，碳纤维也占据了一席之地。图表图表 4 4 碳纤维性能优异可应

68、用于诸多领域碳纤维性能优异可应用于诸多领域 资料来源：CNKI，华安证券研究所 Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 14/150 证券研究报告 图表图表 5 5 碳纤维分类指标及应用场景碳纤维分类指标及应用场景 分类依据 类别 应用场景 丝束规格 小丝束 航空航天领域以及高端体育休闲用品 大丝束 能源、建筑、交通、纺织等工业领域 状态 长丝 碳纤维生产厂商最常见产品形式，应用领域包括飞机/航空航天设备、体育用品和工业设备零件 短纤维 隔热材料、减摩材料、C/C 复合材料零件等 短切纤维 通常作为塑料、树脂、水泥等混料，通过混入基体中可以改

69、善机械性能、耐磨性、导电性和耐热性，近年来 3D 打印碳纤维复合材料中的增强纤维多以短切碳纤维为主。力学性能 高性能型 超高模量碳纤维 一般应用于航空航天等要求较高的领域，如飞机、导弹、火箭、卫星等 超高强度碳纤维 高模量碳纤维 高强度碳纤维 通用型 主要应用于工业领域如：纺织、机电、土木建筑、交通运输和能源 原丝类型 PAN 基碳纤维 航空航天、体育休闲、风电叶片、汽车工业、建筑补强等领域 沥青基碳纤维 航空航天、保温材料领域 粘胶基碳纤维 耐烧蚀和隔热材料、韧带及假骨等医用生物材料 酚醛基碳纤维 适用于要求柔软和非冲击性耐热材料、密封填料、碳一碳复合材料、绝热材料、大型蓄电池电极、电磁波屏

70、蔽材料和静电消除器等。资料来源：搜狐新闻，碳纤维的发展现状及开发应用，华安证券研究所 PANPAN 基碳纤维占碳纤维总量的基碳纤维占碳纤维总量的 90%90%以上，目前碳纤维一般指以上，目前碳纤维一般指 PANPAN 基碳纤维。基碳纤维。碳纤维可以按照状态、力学性能、丝束规格、原丝种类等不同维度进行分类。碳纤维按照状态可分为长丝、短纤维、短切纤维，按力学性能可分为通用型和高性能型，按照丝束规格可分为宇航级小丝束碳纤维和工业级大丝束碳纤维，按照原丝类型可分为聚丙烯腈基碳纤维、沥青基碳纤维、粘胶基碳纤维、酚醛基碳纤维。图表图表 6 6 碳纤维按丝束规格分类碳纤维按丝束规格分类 宇航级小丝束碳纤维

71、工业级大丝束碳纤维 1K24K 48K480K(1K、3K、6K、12K、24K 等)(60K、120K、360K、480K 等)注：1K 指一束碳纤维含 1000 根单丝。资料来源：碳纤维的发展现状及开发应用，华安证券研究所 图表图表 7 7 碳纤维按力学性能分类碳纤维按力学性能分类 通用型 高性能型(HP)高强型(HT)高模型(HM)超高强型(UHT)超高模型(UHM)强度/MPa 1000 2000 4000 模量/Gpa 100 250 300 450 资料来源：碳纤维的发展现状及开发应用，华安证券研究所 Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明

72、及评级说明 15/150 证券研究报告 图表图表 8 8 连续长纤维、短纤维及短切纤维示意图及简介连续长纤维、短纤维及短切纤维示意图及简介 类别 示意图 简介 长丝 束丝由成千上万根单丝组成，按照加捻方式分为三种：NT（Never Twisted,未加捻）、UT（Untwisted,退捻）、TT 或 ST（Twisted,加捻），其中 NT 为最常用碳纤维。短纤维 通过短碳纤维可纺成纱线，如通用级沥青基碳纤维通常为短纤维形式产品。短切纤维 与碳纤维短纱概念不同，通常是由连续碳纤维经过短切加工制备而成，纤维的短切长度可按照客户需求进行切割。资料来源：艾邦高分子网，华安证券研究所 图表图表 9 9

73、 碳纤维按原丝类型分类碳纤维按原丝类型分类 Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 16/150 证券研究报告 类别 密度/gcm-3 拉伸强度/MPa 拉伸模量/GPa 断裂伸长率/%聚丙烯腈基碳纤维 1.76-1.94 2500-3100 207-345 0.6-1.2 沥青基碳纤维 1.7 1600 379 1.0 粘胶基碳纤维 2.0 2100-2800 414-552 0.7 酚醛基碳纤维 1.3-1.6 294-686 14.7-29.4 2.7-2.8 注：标记土黄色为市场份额最大。资料来源：碳纤维的发展现状及开发应用，华安证券

74、研究所 由于碳纤维的产业链长，关键控制点多，生产过程中的每一个步骤带来的缺陷由于碳纤维的产业链长，关键控制点多，生产过程中的每一个步骤带来的缺陷均将传递到下一步并影响最终碳纤维的性能。因此，各工序精确调控及之间的精密均将传递到下一步并影响最终碳纤维的性能。因此，各工序精确调控及之间的精密配合是制备出稳定的高性能碳纤维的关键，了解并熟悉碳纤维的制备工艺显得尤其配合是制备出稳定的高性能碳纤维的关键，了解并熟悉碳纤维的制备工艺显得尤其重要。重要。图表图表 1010 沥青基、聚丙烯腈基和沥青基、聚丙烯腈基和粘粘胶基碳纤维热处理中结构转化示意图胶基碳纤维热处理中结构转化示意图 资料来源：高性能碳纤维微观

75、结构与性能关系研究，华安证券研究所 Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 17/150 证券研究报告 1 1.2 2 PANPAN 基碳纤维：基碳纤维：应用最为广泛的一类碳纤维应用最为广泛的一类碳纤维 PANPAN 基碳纤维是以丙烯腈为前驱体，经聚合、纺丝、氧化稳定、基碳纤维是以丙烯腈为前驱体，经聚合、纺丝、氧化稳定、碳碳化和石墨化等化和石墨化等一系列复杂工艺制得，每个过程均涉及流体力学、传热、传质、结构和聚集态等多一系列复杂工艺制得，每个过程均涉及流体力学、传热、传质、结构和聚集态等多个单元过程同时进行，又相互联系的过程，影响因素较为复杂

76、。个单元过程同时进行，又相互联系的过程，影响因素较为复杂。图表图表 1212 典型典型 PANPAN 基碳纤维产品及性能基碳纤维产品及性能 纤维等级 拉伸模量/GPa 拉伸强度/MPa 断裂伸长率/%密度/gcm-3 高强型 227 3996 1.6 1.75 高伸长型 234 4500 1.9 1.80 248 4550 1.7 1.77 中模型 275 5133 1.75 1.74 290 5650 1.8 1.81 超高强型 289 6370 2.1 1.80 高模型 390 2900 0.7 1.81 436 4210 1.0 1.84 超高模型 540 3920 0.7 1.75 资

77、料来源：高性能碳纤维微观结构与性能关系研究，华安证券研究所 18 世纪中，英国人斯旺和美国人爱迪生利用竹子和纤维素等经过一系列后处理制成了最早的碳纤维，将其用作灯丝并申请了专利。20 世纪 50 年代，美国开始研究粘胶基碳纤维，1959 年生产出品名“Thormei-25”的粘胶基碳纤维。同年日本进藤昭男首先发明了聚丙烯腈(PAN)基碳纤维。1962 年日本东丽公司开始研制生产碳纤维的优质原丝，在 1967 年成功开发出 T300 聚丙烯腈基碳纤维。1966 年，英国皇家航空研究所的 Watt 等人改进技术，开创了生产高强度、高模量 PAN 基碳纤维的新途径。1969 年，日本东丽公司成功研究

78、出用特殊单体共聚而成的聚丙烯腈制备碳纤维的原丝，结合美国联合碳化物公司的碳化技术，生产出高强高模碳纤维。此后，美、图表图表 1111 碳纤维生产过程示意图碳纤维生产过程示意图 资料来源：CNKI，华安证券研究所 Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 18/150 证券研究报告 法、德也都引进技术或自主研发生产 PAN 基原丝及碳纤维，但日本东丽公司的碳纤维研发与生产技术一直保持世界领先水平。根据碳纤维及其复合材料技术微信公众号 2021 年 8 月 11 日一文可以看出，东丽 2021 年碳纤维产品已推出了三十余款型号，覆盖领域已从航空航天

79、延伸至了交通轨道、海洋、压力容器、医疗、土木、电子电力等领域。图表图表 1313 东丽碳纤维东丽碳纤维部分部分产品性能指标产品性能指标 类别 纤度 拉伸模量/GPa 拉伸强度/MPa 断裂伸长率/%密度/gcm-3 T300 T300-1000 1000 230 3530 1.5 1.76 T300-3000 3000 230 3530 1.5 1.76 T300-6000 6000 230 3530 1.5 1.76 T300B T300B-1000 1000 230 3530 1.5 1.76 T300B-3000 3000 230 3530 1.5 1.76 T300B-6000 600

80、0 230 3530 1.5 1.76 T400HB T400HB-3000 3000 250 4610 1.8 1.80 T400HB-6000 6000 250 4610 1.8 1.80 T700SC T700SC-6000 6000 230 4900 2.1 1.80 T700SC-12000 12000 230 4900 2.1 1.80 T700SC-24000 24000 230 4900 2.1 1.80 T700GC T700GC-12000 12000 240 4900 2.0 1.79 T800SC T800SC-12000 12000 294 5880 2.0 1.80

81、 T800SC-24000 24000 294 5880 2.0 1.80 T800GC T800GC-24000 24000 294 5880 2.0 1.80 T800HB T800HB-6000 6000 294 5490 1.9 1.81 T800HB-12000 12000 294 5490 1.9 1.81 T830HB T830HB-6000 6000 294 5340 1.8 1.81 T1000GB T1000GB-12000 12000 294 6370 2.2 1.80 T1100GC T1100GC-12000 12000 324 7000 2.2 1.79 T1100

82、GC-24000 24000 324 7000 2.2 1.79 T1100SC T1100SC-12000 6000 324 7000 2.2 1.79 T1100SC-24000 12000 324 7000 2.2 1.79 M35JB M35JB-6000 6000 343 4610 1.3 1.75 M40JB M40JB-6000 6000 377 4400 1.2 1.77 M40JB-12000 12000 377 4400 1.2 1.77 M46JB M46JB-6000 6000 436 4200 1.0 1.84 M46JB-12000 12000 436 4020 0

83、.9 1.84 M50JB M50JB-6000 6000 475 4120 0.9 1.88 M55JB M55JB-6000 6000 540 4020 0.7 1.91 M60JB M60JB-3000 3000 588 3820 0.7 1.93 M60JB-6000 6000 588 3820 0.7 1.93 M30SC M60JB-6000 6000 294 5690 1.9 1.73 资料来源：碳纤维及其复合材料技术微信公众号，华安证券研究所 Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 19/150 证券研究报告 图表图表 141

84、4 东丽碳纤维建议应用领域东丽碳纤维建议应用领域 产品编号 飞机 宇宙 UAM 汽车 列车 海洋 压力容器 管道 电线 医疗 土木建筑 体育 T300 T300-1000 T300-3000 T300-6000 T300B T300B-1000 T300B-3000 T300B-6000 T400HB T400HB-3000 T400HB-6000 T700SC T700SC-6000 T700SC-12000 T700SC-24000 T700GC T700GC-12000 T800SC T800SC-12000 T800SC-24000 T800GC T800GC-24000 T800HB

85、 T800HB-6000 T800HB-12000 T830HB T830HB-6000 T1000GB T1000GB-12000 T1100GC T1100GC-12000 T1100GC-24000 T1100SC T1100SC-12000 T1100SC-24000 M35JB M35JB-6000 M40JB M40JB-6000 M40JB-12000 M46JB M46JB-6000 M46JB-12000 M50JB M50JB-6000 M55JB M55JB-6000 M60JB M60JB-3000 M60JB-6000 M30SC M30SC-18000 资料来源：碳

86、纤维及其复合材料技术微信公众号，华安证券研究所 Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 20/150 证券研究报告 PANPAN基碳纤维生产过程比较繁琐并涉及诸多复杂的化学反应过程，基碳纤维生产过程比较繁琐并涉及诸多复杂的化学反应过程，要经历聚合、要经历聚合、纺丝、预氧化、碳化、石墨化纺丝、预氧化、碳化、石墨化、表面处理等多个步骤，其中，每个步骤又包含多个、表面处理等多个步骤，其中，每个步骤又包含多个工艺，每个工艺参数都会对最终碳纤维的结构与性能产生一定的影响。工艺，每个工艺参数都会对最终碳纤维的结构与性能产生一定的影响。生产过程则涉及了高分

87、子化学、高分子物理、物理化学、无机化学、高分子加工、自动化控制等不同的学科、技术交叉和融合，是一个复杂的系统工程，最终所得到的 PAN 基碳纤维结构和性能强烈依赖于每一个过程中的工艺控制和结构调控。图表图表 1515 PANPAN 基碳纤维制备工艺示意图基碳纤维制备工艺示意图 资料来源：碳纤维的合成及应用研究进展，华安证券研究所 1 1.2 2.1.1 聚丙烯腈共聚物制备：聚丙烯腈共聚物制备：聚合反应聚合反应中参与物及设备是核心中参与物及设备是核心 聚合是指丙烯腈（聚合是指丙烯腈（ANAN）单体通过自由基链式聚合反应得到长链）单体通过自由基链式聚合反应得到长链 PANPAN 的过程。的过程。聚

88、合过程按照工艺流程先后顺序大致分为原料准备、聚合反应等。原料准备原料准备过程过程，制备，制备 P PANAN 共聚物的原料包括单体、共聚单体、引发剂、链转移共聚物的原料包括单体、共聚单体、引发剂、链转移剂和溶剂等。剂和溶剂等。单体方面，丙烯腈（AN）是制备 PAN 共聚物的主要单体。由丙烯腈制得聚丙烯腈纤维即腈纶，其性能极似羊毛，因此也叫合成羊毛。丙烯腈与丁二烯共聚可制得丁腈橡胶，具有良好的耐油性，耐寒性，耐磨性，和电绝缘性能，并且在大多数化学溶剂，阳光和热作用下，性能比较稳定。Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 21/150 证券研究报

89、告 图表图表 1616 丙烯腈分子式丙烯腈分子式 资料来源：百度百科，华安证券研究所 共聚单体方面，由于 PAN 均聚物在预氧化初始阶段温度较高，且会集中放热，从而导致预氧化过程工艺难于控制。此外，集中放热会导致原丝中 PAN分子链的断裂，并形成大孔缺陷结构，影响生产工艺稳定性和碳纤维质量。在实际生产中，通常将丙烯腈与共聚单体进行共聚，以有效控制预氧化过程中放热反应，共聚单体的总含量一般在 5%左右。对于制备 PAN 基碳纤维而言，所采用的共聚单体大多为丙烯酸甲酯（MA）、甲基丙烯酸甲酯（MMA）、甲基丙烯酸（MAA）和衣康酸（IA）。图表图表 1717 P PANAN 基碳纤维常用的共聚单体

90、基碳纤维常用的共聚单体 序号 共聚单体种类 起到的作用 1 丙烯酸（AA）赋予前驱体纤维必要的预氧化促进性 2 丙烯酸甲酯（MA）预氧化起始温度升高，峰值温度降低 3 丙烯酸胺（AM）对环化引发有减缓作用 4 甲基丙烯酸（MAA）赋予前驱体纤维必要的预氧化促进性 5 甲基丙烯酸甲酯（MMA）在预氧化时有促进氧元素透过 6 衣康酸（IA）预氧化过程不但易于环化且反应平稳 资料来源：聚丙烯腈基碳纤维，华安证券研究所 图表图表 1818 相同共聚条件下相同共聚条件下不同共聚单体对聚合、聚合液及预氧化反应的影响不同共聚单体对聚合、聚合液及预氧化反应的影响 共聚单体名称 聚合速率由快到慢排序 聚合原液落

91、球粘度 98:2（/）配比对降低预氧化温度效果 衣康酸（IA）4 较小 次之 丙烯酸甲酯（MA）2 较大 较差 丙烯酸胺（AM）1 较大 较好 甲基丙烯酸甲酯（MMA）3 较小 较差 资料来源：聚丙烯腈基碳纤维，华安证券研究所 Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 22/150 证券研究报告 引发剂及链转移剂方面，国内外碳纤维生产厂商多采用偶氮类型的引发剂，其中偶氮二异丁腈（AIBN）为常用的引发剂，其主要作用是提供自由基与AN 分子作用生成单体自由基进而完成链增长。根据聚丙烯腈基碳纤维一书数据显示，使用 AIBN 引发剂时，聚合温度一般控

92、制在 55-65内，引发剂用量相对单体的质量浓度不超过 0.5%，最好在 0.3%以下。链转移剂又称分子量调节剂，是一种能够调节和控制聚合物分子量、分子量分布和减少链支化度的物质。在 AN 聚合时，采用醇类或者硫醇类作为链转移剂，且加入量相对单体 AN 的质量浓度控制在 0.1%-0.2%之间时，可显著调控聚合物 PAN 的分子量、支化度及提高可纺性。图表图表 1919 部分链转移剂的链转移常数部分链转移剂的链转移常数 名称 链转移常数 名称 链转移常数 苯 2.4610-4 戊硫醇 20 丙酮 1.1310-4 正丁硫醇 22 异丙硫醇 0.38 异丙醇 48 资料来源：聚丙烯腈基碳纤维，华

93、安证券研究所 溶剂方面，PAN 基均相溶液聚合可选用的溶剂可分为无机和有机两类，无机溶剂有硫氰酸钠、氯化锌、硝酸等，有机溶剂有二甲基酰胺、二甲基乙酰胺及二甲基亚砜。其中二甲基亚砜的腐蚀性相对较低，链转移常数较小，且毒性小且无金属残留，成为 AN 溶液聚合最常选用的溶剂。图表图表 2020 六种六种溶剂的相关物理参数溶剂的相关物理参数 性质 二甲基甲酰胺（DMF）二甲基乙酰胺（DMAc）二甲基亚砜（DMSO）硫氰酸钠（NaSCN）硝酸（HNO3）氯化锌（ZnCl2）沸点/153 166 189 86 纺丝稳定性 较好 较好 好 好 较差 差 链转移常数（50）2.8310-4 4.9510-4

94、7.9510-5 很小 很小 610-7 毒性 大 较大 小 无蒸汽污染 蒸汽刺激皮肤粘膜 无蒸汽污染 腐蚀性 一般 一般 小 强 强 强 使用厂家 日本三菱、中国 日本三菱、吉林碳谷 日本东丽、北京化工大学、山东大学、吉林石化、江苏恒神、江苏神鹰 兰州化纤、上海石化 日本旭化成 日本东邦 资料来源：聚丙烯腈基碳纤维，华安证券研究所 原丝的质量对碳纤维的性能至关重要，原丝的质量对碳纤维的性能至关重要，而得到适宜的纺丝原液又是制备高性能而得到适宜的纺丝原液又是制备高性能原丝的必要条件，因此得到性能优异的原丝的必要条件，因此得到性能优异的 P PANAN 溶液成为影响后续工艺的源头。溶液成为影响后

95、续工艺的源头。目前合成 PAN 共聚物的方法主要有溶液聚合（也称为均相溶液聚合）、水相沉淀聚合（也称为非均相溶液聚合）、水相悬浮聚合以及乳液聚合等。Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 23/150 证券研究报告 图表图表 2121 P PANAN 基碳纤维常用的共聚基碳纤维常用的共聚反应类型特点反应类型特点 类别 装置流程示意图 简介 优点 缺点 溶液聚合 反应单体和引发剂在合适溶剂中进行的聚合 可形成均匀的 PAN纺丝原液，直接用于纺丝 难以得到高立构规整度、高分子量的聚合物 水相沉淀聚合 将溶液聚合（均相溶液聚合）体系中的反应溶剂全部

96、换做水，同时油溶性引发剂换成水溶性引发剂 可得到粉末状或者颗粒状PAN 聚合物，可制得较高分子量的PAN PAN 粉末需要用溶剂重新溶解来制得纺丝原液，提高了生产成本 水相悬浮聚合 单体以小液滴的形式悬浮在水相中进行的聚合 可得到粉末状或者颗粒状PAN 聚合物，聚合物不粘结 不可直接用于纺丝 资料来源：聚丙烯腈基碳纤维，华安证券研究所 Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 24/150 证券研究报告 图表图表 2222 不同聚合方法的对比不同聚合方法的对比 聚合方法 溶剂及引发剂种类 粘均分子量 转化率/%反应时间/h 溶液聚合 DMSO

97、为溶剂、AIBN 为引发剂 1.2105 23.5 24 热引发沉淀聚合 DMSO/H2O 为溶剂、AIBN 为引发剂 5.7105 68.7 3 氧化还原引发沉淀聚合 DMSO/H2O 为溶剂、BPO/N,N-二甲基苯胺为引发剂 2.3105 12.5 3 资料来源：聚丙烯腈基碳纤维，华安证券研究所 碳纤维用碳纤维用 P PANAN 聚合产物主要有以下要求：聚合产物主要有以下要求：（1）较高的平均分子量（需达到 105级），分子量分布在 2-3 之间并尽可能小一些；（2）含有理想的共聚单体，共聚单体的含量合适（摩尔分数约为 2%）；（3）含杂质尽量少及最少的各层次分子结构缺陷。因此，单体浓度

98、、引发剂浓度、聚合温度、聚合时间和聚合搅拌形式等是影响因此，单体浓度、引发剂浓度、聚合温度、聚合时间和聚合搅拌形式等是影响聚合反应的因素。聚合反应的因素。图表图表 2323 单体浓度对聚合转化率和单体浓度对聚合转化率和粘粘均分子量影响均分子量影响 图表图表 2424 单体配比对聚合转化率的影响单体配比对聚合转化率的影响 资料来源：聚丙烯腈基碳纤维，华安证券研究所 资料来源：聚丙烯腈基碳纤维，华安证券研究所 图表图表 2525 聚合时间聚合时间对聚合转化率对聚合转化率的的影响影响 图表图表 2626 引发剂引发剂 A AIBNIBN 浓度对聚合物浓度对聚合物粘粘均分子量的影响均分子量的影响 资料

99、来源：聚丙烯腈基碳纤维，华安证券研究所 资料来源：聚丙烯腈基碳纤维，华安证券研究所 Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 25/150 证券研究报告 图表图表 2727 聚合反应温度聚合反应温度对聚合转化率对聚合转化率的的影响影响 图表图表 2828 聚合体系内部温度的变化图聚合体系内部温度的变化图 资料来源：聚丙烯腈基碳纤维，华安证券研究所 资料来源：聚丙烯腈基碳纤维，华安证券研究所 图表图表 2929 反应时间对聚合转化率的影响反应时间对聚合转化率的影响 资料来源：聚丙烯腈基碳纤维，华安证券研究所 图表图表 3030 水相沉淀聚合（非均

100、相溶液聚合）的影响因素水相沉淀聚合（非均相溶液聚合）的影响因素 序号 影响因素 影响简述 1 引发剂浓度 严格控制氧化剂及还原剂比例 2 单体浓度 单体浓度升高，AN 共聚物反应的转化率增加，粘均分子量呈现下降趋势 3 聚合温度 工业中严格控制聚合反应温度 40-50 4 聚合时间 工业中通常聚合时间取 1-3h 5 介质 pH 值 聚合体系的 pH 值在 1.9-2.2 较为适宜 6 无机盐的影响 体系中的 NaCl、NaSO3等杂质会使聚合反应速度降低 7 氧的影响 体系中微量氧的存在对聚合反应影响较小 8 搅拌转速 增加聚合釜搅拌器的转速会使反应转化率提高 9 聚合物粒子大小和聚合物效应

101、 聚合物悬浮体粒子尺寸越小，平均分子量就会越低 资料来源：聚丙烯腈基碳纤维，华安证券研究所 Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 26/150 证券研究报告 图表图表 3131 各工艺因素对溶液聚合（均相溶液聚合）聚合反应的影响各工艺因素对溶液聚合（均相溶液聚合）聚合反应的影响 因素类型 转化率/%平均聚合度 色泽 引发剂增加 提高 降低 加深 温度提高 提高 降低 加深 单体浓度增加 提高 提高 加深 二氧化硫脲增加 降低 降低 变浅 异丙醇增加 不变 降低 变浅 硫氰酸钠浓度（56%以下时）增加 提高 提高 不变 pH 值增加（13 以

102、下时）提高 提高 加深 有机质量增加 降低 降低 加深 无机盐增加：Fe3+和 Fe2+降低 降低 加深 Ti4+降低 降低 加深 SO43+不变 略提高 不变 Cl-不变 不变 不变 反应时间增加 提高 降低 加深 资料来源：聚丙烯腈基碳纤维，华安证券研究所 聚合反应中，聚合反应中，聚合设备是实施聚合反应的关键设备聚合设备是实施聚合反应的关键设备。先进、合理的反应器对提高产品质量十分关键。溶液反应，由于所得的聚合液经过脱单及脱泡后可直接用于纺丝，故也称之为一步法。其聚合反应釜几乎都是搅拌釜式反应器。此外，聚合反应制得的不同批次原液在混合时，要混合均匀以减少各批次原液之间的差异、保证原液质量的

103、稳定。图表图表 3232 脱单塔结构示意图脱单塔结构示意图 图表图表 3333 脱泡塔示意图脱泡塔示意图 资料来源：CNKI，华安证券研究所 资料来源：CNKI，华安证券研究所 Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 27/150 证券研究报告 图表图表 3535 溶液反应中原液混合流程图溶液反应中原液混合流程图 资料来源：聚丙烯腈基碳纤维，华安证券研究所 相较于溶液聚合反应，由于水相沉淀聚合工艺得到的是粉末状或者颗粒状PAN 聚合物，而非可以直接纺丝的 PAN 原液，因而多了一道“溶解”工艺，故水相沉淀聚合工艺也被称之为二步法。目前水相沉淀

104、聚合法得到的腈纶纤维质量好，因而更适合在工业中操作。图表图表 3434 A AN N 溶液聚合反应釜和传热装置溶液聚合反应釜和传热装置 注：（a）聚合釜；（b）聚合工艺流程图；资料来源：聚丙烯腈基碳纤维，华安证券研究所 Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 28/150 证券研究报告 图表图表 3636 过滤器结构示意图过滤器结构示意图 注：（a）板框式过滤器；（b）烛形过滤器 资料来源：CNKI，华安证券研究所 1 1.2 2.2.2 聚丙烯腈原丝制备：聚丙烯腈原丝制备：有效规避不同纺丝路线缺点是关键有效规避不同纺丝路线缺点是关键 碳纤维

105、原丝是指用特定的高分子化合物（如丙烯腈）为原料，经过纺丝原液制碳纤维原丝是指用特定的高分子化合物（如丙烯腈）为原料，经过纺丝原液制备、纺丝和后处理等工序制得的化学纤维。备、纺丝和后处理等工序制得的化学纤维。在碳纤维制备过程中，PAN 原丝的结构与其性能有着非常密切的关系，而且是最终碳纤维结构形成基础和高性能的根本来源。原丝的各级结构将被有选择性的遗传至后续预氧化阶段直至碳化阶段中，因此要获得具有优异性能的 PAN 基碳纤维就必须控制好原丝的结构。Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 29/150 证券研究报告 图表图表 3737 P PAN

106、AN 原丝的各级结构单元特点及其对性能的影响原丝的各级结构单元特点及其对性能的影响 结构级别 结构特点 性能影响 分子结构 链节 主要聚合单体为 AN 影响纤维的化学性质，是 PAN 纤维超分子结构的基础 分子链 强极性的侧基-CN 影响纤维的物理化学性质 形成不规则的螺旋或平面锯齿构象 影响纤维的机械性质 超分子结构 序态 准晶态结构 赋予纤维机械性能和柔性 形态结构 宏观 在光学显微镜下观察到聚集状态 影响纤维的密度、力学性能 微观 在电子显微镜下观察到聚集状态 纤维的外观、光泽、柔性 资料来源：碳纤维生产过程的动态建模与智能控制，华安证券研究所 图表图表 3838 碳纤维原丝生产流程工艺

107、示意碳纤维原丝生产流程工艺示意 资料来源：CNKI，华安证券研究所 原料方面，原料方面，主要包括聚丙烯腈纺丝溶液、溶剂、沉淀剂、油剂等四部分。主要包括聚丙烯腈纺丝溶液、溶剂、沉淀剂、油剂等四部分。PAN 原丝是 PAN 溶液通过纺丝得到，溶液纺丝是当今高性能 PAN 基碳纤维原丝制备的唯一工艺。一般而言，分子量越大，承载外力的能力越强，引发缺陷的概率越低。溶剂可分为无机和有机两类，无机溶剂有硫氰酸钠、氯化锌、硝酸等，有机溶剂有二甲基酰胺、二甲基乙酰胺及二甲基亚砜。图表图表 3939 各国各国 P PANAN 基碳纤维原丝技术及所用溶剂基碳纤维原丝技术及所用溶剂 公司 溶剂 碳纤维性能 东丽 D

108、MSO 高强型碳纤维：T300、T700 等；高强中模型碳纤维：T800、T1000 等；高模型碳纤维：M40 等；高强高模型碳纤维：M40、M70J 等。三菱 DMF 与东丽高强中模型碳纤维 T800 相当 赫氏 NaSCN 与东丽 T300-T800 碳纤维相当 旭化成 HNO3 与东丽 T300 碳纤维相当 考尔特 NaSCN 与东丽 T300 碳纤维相当 资料来源：聚丙烯腈基碳纤维,华安证券研究所 PAN 溶液通过凝固过程转变为纤维，凝固过程需要沉淀剂，即 PAN 的非溶剂。常用的沉淀剂一般有水及其他小分子物质。Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重

109、要声明及评级说明 30/150 证券研究报告 图表图表 4040 常用的沉淀剂处理得到的常用的沉淀剂处理得到的 P PANAN 聚合物的聚合物的洁净洁净度度 沉淀剂 极性 洁净度/%水 1 12.85 乙二醇 0.79 16.17 乙醇 0.65 19.75 丙酮 0.36 23.84 资料来源：聚丙烯腈基碳纤维,华安证券研究所 碳纤维的表面缺陷是影响其力学性能的重要因素之一，使用油剂的目的是减少碳纤维原丝及预氧化过程引入的表面缺陷，从而提升碳纤维的性能。图表图表 4242 不同类型改性硅油结构示意图不同类型改性硅油结构示意图 资料来源：聚丙烯腈基碳纤维，华安证券研究所 图表图表 4141 沉

110、淀剂对沉淀剂对 P PANAN 纤维结晶度及晶粒尺寸的影响纤维结晶度及晶粒尺寸的影响 资料来源：聚丙烯腈基碳纤维,华安证券研究所 Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 31/150 证券研究报告 常见的常见的 PANPAN 基碳纤维原丝的生产方式包括湿法、干喷湿纺（干湿）法等。基碳纤维原丝的生产方式包括湿法、干喷湿纺（干湿）法等。湿法、干喷湿纺（干湿）法主要适用于需要经过溶剂溶解后方可挤出成丝的高分子聚合物。图表图表 4343 湿法、干喷湿纺（干湿）法对比湿法、干喷湿纺（干湿）法对比 湿法 干喷湿纺 喷丝孔直径 小，0.05-0.075mm

111、 大，0.10-0.30mm 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 喷丝后为负牵引，一般负率 20%-50%喷丝后为正牵引，一般正率 100%-400%纺丝速率 一般在 90m/min 可达到 300m/min 纺丝温度 50-70 40-45 纤维质量 纤维表面有沟槽，体密度一般 纤维表面光亮平滑，纤维致密 资料来源：CNKI，华安证券研究所 湿法纺丝是开发时间最早、应用最广的一种方法。纺丝过程是从喷丝孔喷出的纺丝液进入凝固浴，发生传质、传热和相分离等物理变化，从而导致PAN 析出形成凝胶结构的丝条。图表图表 4545 湿法纺丝湿法纺丝 P PANAN 基基碳纤维

112、质量影响因素碳纤维质量影响因素 影响因素 影响简介 喷丝板孔径 喷丝板孔径越大，相应的初生纤维芯部结构较疏松，初生纤维结晶度越小 凝固负拉伸率 凝固负拉伸率（绝对值）越小，初生纤维直径减小，PAN 原丝强度提高 凝固浴温度 凝固浴温度的提高，PAN 初生纤维结晶度先增加然后降低。凝固浴溶剂质量分数 凝固浴溶剂质量分数提高，有利于纤维强度提高 拉伸工艺 常见有热水拉伸、高压蒸汽拉伸或者组合环境拉伸 水洗工艺 水洗温度应当适宜，纤维强度与纤维中残留溶剂含量呈现反向趋势 上油 纤维含油量不足，原丝断裂增多 干燥密化 干燥方式和温度应适宜 热定型 热定型温度、时间及气氛应适宜 资料来源：CNKI，华安

113、证券研究所 图表图表 4444 湿法湿法 P PANAN 基基碳纤维原丝生产工艺流程示意图碳纤维原丝生产工艺流程示意图 资料来源：碳纤维生产过程的动态建模与智能控制，华安证券研究所 Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 32/150 证券研究报告 干喷湿纺是适用于高浓、高粘的 PAN 溶液，最高可以适用粘度十几倍于通常湿法纺丝工艺所使用的 PAN 溶液。图表图表 4747 干喷湿纺法干喷湿纺法 P PANAN 基基碳纤维质量影响因素碳纤维质量影响因素 影响因素 影响简介 喷丝板 喷丝板加工精度 空气层 空气层高度大约 2-20mm，通常为

114、3-10mm 凝固浴液面 液面保持稳定 凝固浴槽导丝辊 需采用经特殊加工的具有一定曲率半径的导丝辊 凝固成形过程 凝固浴温度、浓度及纺丝速度应适宜 再拉伸及水洗 应采用先洗后拉伸 资料来源：CNKI，华安证券研究所 设备方面，纺丝装置、水洗装置、拉伸装置及辅助装置是主要的设备。设备方面，纺丝装置、水洗装置、拉伸装置及辅助装置是主要的设备。纺丝装置方面，纺丝机是整条纺丝生产线的关键设备，根据不同的纺丝方法选择适合的纺丝系统，其相关机械及电器自动控制也随工艺改变而改变。虽然不同纺丝方法选用不同的纺丝系统，但纺丝机、凝固浴、计量泵及温度控制器是必不可少的组成部分。图表图表 4646 干喷湿纺法干喷湿

115、纺法 P PANAN 基碳纤维原丝生产工艺流程示意图基碳纤维原丝生产工艺流程示意图 资料来源：碳纤维生产过程的动态建模与智能控制，华安证券研究所 Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 33/150 证券研究报告 图表图表 4848 不同形式纺丝机结构示意图不同形式纺丝机结构示意图 资料来源：聚丙烯腈基碳纤维，华安证券研究所 图表图表 4949 凝固浴槽结构示意图凝固浴槽结构示意图 资料来源：聚丙烯腈基碳纤维，华安证券研究所 Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 34/150 证券研究报告

116、 水洗装置方面，初生丝中含有一定量的溶剂，如果不把这些溶剂除去，容易导致纤维手感粗硬、色泽灰暗、发粘，干燥和热定型纤维容易发黄。图表图表 5050 U U 形水洗机形水洗机 图表图表 5151 多层水洗机多层水洗机 注：1-水空，2-洗涤水进口，3-扩大箱，4-洗涤水出口 资料来源：wind，华安证券研究所 资料来源：wind，华安证券研究所 拉伸装置方面，凝固浴中形成的初生纤维凝固还不够充分，必须经过一系列的后续处理，对 PAN 纤维施加一定程度的拉伸过程，以消除纤维表面及内部的溶剂，确保纤维质量。通常拉伸装置包括水洗前的预拉伸及之后的废水拉伸和蒸汽拉伸装置。图表图表 5252 喷淋与漂洗组

117、合水洗流程工艺示意图喷淋与漂洗组合水洗流程工艺示意图 资料来源：聚丙烯腈基碳纤维，华安证券研究所 Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 35/150 证券研究报告 辅助装置方面，上油装置、烘干致密化装置、热定型装置及收丝装置是较为常见的辅助装置，上油装置主要为了增加纤维的抗静电能力，并在预氧化时能耐高温；烘干致密化装置可消除内应力和纤维内存在的缺陷；热定型装置可改善纤维的超分子结构，提高纤维的性状稳定性和力学性能；收丝装置则将 PAN 原丝打包成辊。图表图表 5454 上油装置示意图上油装置示意图 资料来源：聚丙烯腈基碳纤维，华安证券研究所

118、 图表图表 5353 加压饱和蒸汽拉伸机及相关部件加压饱和蒸汽拉伸机及相关部件 资料来源：聚丙烯腈基碳纤维，华安证券研究所 Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 36/150 证券研究报告 1 1.2 2.3.3 聚丙烯腈预氧纤维制备：聚丙烯腈预氧纤维制备：提高预氧化的效率是降本难点提高预氧化的效率是降本难点 PANPAN 原丝在原丝在 的空气中加热，线型的的空气中加热，线型的 PANPAN 分子链转变为能耐高温的含氮分子链转变为能耐高温的含氮的梯形结构的过程为预氧化。的梯形结构的过程为预氧化。图表图表 5555

119、干燥机的结构形式和传动方式干燥机的结构形式和传动方式 资料来源：聚丙烯腈基碳纤维，华安证券研究所 图表图表 5656 预氧化过程的主要化学反应预氧化过程的主要化学反应 资料来源：碳纤维复合材料轻量化技术，华安证券研究所 Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 37/150 证券研究报告 图表图表 5757 预氧化方式及工艺预氧化方式及工艺 序号 预氧化温度/预氧化方式 拉伸比/张力 加热速率 空气量 1 230 间歇，5h 等长 1/min 4L/min 2 200-400 间歇 等长 2/min NA 3 300 间歇 自由伸缩 5/min

120、 3L/min 4 195-280 连续，10 温区，1h 自由控制 NA NA 5 200-500 间歇 自由伸缩 1/min 4L/min 6 200-280 间歇，等温 22h 自由伸缩 2/min 3L/min 7 230 间歇，等温 100min 1mg/单丝 5/min 1L/min 8 160-230 连续，3 温区 2N 1/min NA 9 190-275 连续，10 温区，1h 5%拉伸 NA NA 10 190-270 连续，10 温区，40min 10%拉伸 NA NA 11 245-290 间歇，等温 0.5-8h 0.6g/tex NA NA 资料来源：CNKI，华

121、安证券研究所 预氧化过程中原丝受到牵伸力作用,聚丙烯腈线形分子结构转化为耐热的非塑性梯型结构，这也是其在碳化过程中能够耐上千度高温而不熔不燃的原因。预氧化过程主要发生环化、脱氢、氧化和裂解等反应,以脱除非碳元素。预氧化程度的表征参量有芳构化指数又称碳化指数、预氧化纤维的含水率、密度及极限氧指数。在预氧化过程,聚丙烯腈线形分子结构转变十分剧烈,极易产生缺陷,如果工艺参数控制不当会对碳纤维力学性能造成很大的影响,因此,控制好预氧化过程对改善碳纤维的结构和提高力学性能意义重大。控制预氧化阶段的参数有处理时间、处理温度以及牵伸力等。图表图表 5858 P PANAN 基碳纤维预氧化工艺流程示意图基碳纤

122、维预氧化工艺流程示意图 注：红色方框为预氧化阶段 资料来源：聚丙烯腈基碳纤维，华安证券研究所 Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 38/150 证券研究报告 图表图表 5959 固定长度间歇法预氧化装置示意图固定长度间歇法预氧化装置示意图 图表图表 6060 多温区连续式预氧化装置示意图多温区连续式预氧化装置示意图 资料来源：聚丙烯腈基碳纤维，华安证券研究所 资料来源：聚丙烯腈基碳纤维，华安证券研究所 预氧化温度、预氧化时间、预氧化张力、预氧化氛围及预氧化当量时间等是预预氧化温度、预氧化时间、预氧化张力、预氧化氛围及预氧化当量时间等是预氧

123、化过程的主要影响因素。氧化过程的主要影响因素。预氧化温度及其梯度是 PAN 原丝预氧化工艺中最重要的控制因素，在很大程度上决定了纤维的预氧化程度及最终碳纤维的性能。在实际制备过程中，对于PAN原丝预氧化温度的设定，可参考PAN原丝的扫描量热差示分析（DSC）放热曲线。图表图表 6161 典型典型 P PANAN 原丝在氮气和空气气氛下的原丝在氮气和空气气氛下的 DSCDSC 曲线曲线 资料来源：聚丙烯腈基碳纤维，华安证券研究所 预氧化过程 PAN 梯形结构的形成是一个复杂的化学反应过程，与普通化学反应类似，预氧化中发生的环化、脱氢和氧化反应具有很强的时间效应，反应的完成需要有一定的时间。合理控

124、制预氧化时间对提高生产效率、降低生产成本极为重要。Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 39/150 证券研究报告 图表图表 6262 P PANAN 环化指数随着时间变化环化指数随着时间变化 资料来源：聚丙烯腈基碳纤维，华安证券研究所 在 PAN 原丝预氧化过程中，纤维会产生一定的收缩，这是由于原丝在热作用下解取向和聚合物大分子链环化反应引起的，因而会产生相应的应力。在一定的张力作用下进行预氧化处理是制备高性能碳纤维的必要条件，其目的在于防止聚合物分子链的松弛以保持取向结构。图表图表 6363 P PANAN 纤维张力随温度的变化纤维张力

125、随温度的变化 资料来源：聚丙烯腈基碳纤维，华安证券研究所 Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 40/150 证券研究报告 PAN 原丝的预氧化通常在空气氛围中进行，但空气中的湿度会影响其预氧化效果。一方面，空气湿度可以对原丝起到塑化作用，有利于纤维在张力作用下的择优取向，另一方面，空气湿度对原丝起到钝化作用，阻碍大分子链段的构象调整，因此在工业生产中需要控制气氛的湿度并保持稳定。设备方面，送丝装置及预氧化装置是主要的设备。设备方面，送丝装置及预氧化装置是主要的设备。供丝机具有张力控制装置以保证丝张力稳定，避免造成原丝单丝供丝不均匀，提高了

126、 PAN 基碳纤维的生产工艺质量。根据设计产能的不同，一条大型碳纤维生产线通常有 6-8 台大型预氧化装备，以满足不同丝束的工艺要求。图表图表 6565 固定长度间歇法预氧化装置示意图固定长度间歇法预氧化装置示意图 图表图表 6666 多温区连续式预氧化装置示意图多温区连续式预氧化装置示意图 资料来源：聚丙烯腈基碳纤维，华安证券研究所 资料来源：聚丙烯腈基碳纤维，华安证券研究所 图表图表 6464 大型预氧化设备结构示意图大型预氧化设备结构示意图 资料来源：聚丙烯腈基碳纤维，华安证券研究所 Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 41/150

127、 证券研究报告 1 1.2 2.4.4 聚丙烯腈碳纤维制备：聚丙烯腈碳纤维制备：依据下游需求合理选择对应方式依据下游需求合理选择对应方式 碳化过程在专门的碳化炉内进行并需要惰性气氛。将预氧化丝从 400逐步加热到 1600，经过低温碳化（400-1000）和高温碳化（1100-1600）两个阶段。在碳化过程中必须施加一定牵伸张力，从而可以优化碳分子的结晶，以生产出含碳量超过 90的碳纤维。该环节主要包括碳化、高温石墨化、表面处理及上浆处理等步骤。该环节主要包括碳化、高温石墨化、表面处理及上浆处理等步骤。PAN 原丝在经历了预氧化反应以后，形成的预氧化纤维具有耐高温的梯形结构，但此时纤维内依然是

128、有机物组成，含碳量较低，N、H、O 等杂原子占据很大比例，碳化过程的作用就是将纤维中非碳元素脱除，由有机物向无机物的转变，最终形成六角网状类石墨结构的 PAN 基碳纤维，在此过程中一般分为两个阶段，即低温碳化和高温碳化，两个阶段都在惰性气氛（一般为高纯氮气）保护下进行，防止高温下与空气发生副反应。碳化温度、碳化时间及碳化张力是主要影响因素。图表图表 6868 碳化及石墨化过程中关键工艺参数及其影碳化及石墨化过程中关键工艺参数及其影响响 工艺 参数 影响 碳化 碳化温度 碳纤维材料在高温碳化过程中的碳化温度决定了碳纤维的强度、模量、线密度等重要性能指标；准确测量碳纤维材料温度场,并进优化控制是提

129、升碳纤维产品质量与稳定性的重要手段之一。碳化时间 碳化时间的适当延长可使石墨化度升高、石墨片层间距增加、片层增大，从而提高碳纤维力学性能和密度。碳化张力 在一定的张力范围内,随着高温碳化张力的增加,纤维的取向度提高,弹性模量增大;张力过大会引起纤维结构的破坏,引起轴向、径向的裂纹或断丝,从而降低拉伸强度。资料来源：CNKI，华安证券研究所 图表图表 6767 PANPAN 基碳纤维碳化及石墨化工艺流程基碳纤维碳化及石墨化工艺流程 资料来源：华安证券研究所整理 Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 42/150 证券研究报告 图表图表 696

130、9 碳化过程纤维组成的变化碳化过程纤维组成的变化 图表图表 7070 碳化时间对纤维组成的影响碳化时间对纤维组成的影响 资料来源：聚丙烯腈基碳纤维，华安证券研究所 资料来源：聚丙烯腈基碳纤维，华安证券研究所 图表图表 7171 碳化过程中不同温度下组成主要变化碳化过程中不同温度下组成主要变化 温度 现象 原因 220 释放 HCN 并于 O2发生化学反应 梯形聚合物的生成和氧化 260 基本没有变化；纤维模量不变 无链断裂 300 释放大量的 CO2和 H2O，同时释放 CO、HCN 和一些腈类化合物；纤维模量不变 CO2来源于氧化聚合物的羰基，无交联反应发生 400 释放大量的 CO2、H2

131、O、CO、HCN 和 NH3，少量 C3烃类和腈类化合物释放；纤维模量增大 分子内脱水交联 500 H2释放增加，同时释放少量 NH3和 HCN；纤维模量增大 脱氢交联 600 H2释放减少，释放 HCN 和痕量的 N2 脱氢交联 700 释放 N2、HCN、和 H2；纤维模量增大 脱氢和释放 N2交联 800 大量 N2和 H2释放，同时释放 HCN;纤维模量增大 释放 N2交联 900 N2释放量达到峰值，同时释放一些 H2和痕量的 HCN；纤维模量增大 脱 N2交联 1000 N2释放量下降到 800时的水平，同时释放痕量的 H2；纤维模量增大 脱 N2交联 资料来源：高性能碳纤维微观结

132、构与性能关系研究，华安证券研究所 图表图表 7272 碳纤维密度与温度的关系碳纤维密度与温度的关系 图表图表 7373 碳纤维性能与温度的关系碳纤维性能与温度的关系 资料来源：聚丙烯腈基碳纤维，华安证券研究所 资料来源：聚丙烯腈基碳纤维，华安证券研究所 Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 43/150 证券研究报告 碳纤维的石墨化处理是指将碳纤维在 22003000的氩气氛围中进行热处理的过程。在石墨化过程中，碳纤维中无规结构的碳转化为三维石墨结构，同时伴随着高温热解，在如此高的温度下，氮气可以和碳发生反应生成氮化物，因此不能使用氮气作为

133、保护气体。石墨化得到的碳纤维中碳含量在99%以上。石墨纤维相比碳纤维密度增加，伸长率减小，拉伸模量升高，同时导电、热稳定和导热性能进一步提高。热处理温度的升高有利于提高石墨结构的有序度、厚度和面积，通常表现为石墨晶体结构沿纤维轴向方向增大，石墨晶体的面间距减小，纤维中微孔的含量增加，同时纤维的模量增大。模量的增大主要来源于高温处理时纤维的石墨化程度提高，纤维中形成更加有序的石墨结构。图表图表 7474 碳化及石墨化过程中关键工艺参数及其影响碳化及石墨化过程中关键工艺参数及其影响 工艺 参数 影响 高温石墨化 温度 脱除非碳物质 时间 随着时间的延长，纤维中氮元素的脱除程度也进一步增加 资料来源

134、：CNKI，华安证券研究所 图表图表 7575 石墨化阶段碳纤维中形成更加有序的石墨结构石墨化阶段碳纤维中形成更加有序的石墨结构 资料来源：高性能碳纤维微观结构与性能关系研究，华安证券研究所 Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 44/150 证券研究报告 图表图表 7676 碳纤维密度与石墨化温度的关系碳纤维密度与石墨化温度的关系 图表图表 7777 碳纤维密度与石墨化处理时间的关系碳纤维密度与石墨化处理时间的关系 资料来源：聚丙烯腈基碳纤维，华安证券研究所 资料来源：聚丙烯腈基碳纤维，华安证券研究所 表面处理目的是在处理后纤维表面活性增

135、加，从而提高可用于界面纤维/基体粘结的表面积，并添加反应性化学基团等增强碳纤维与基体间的结合。图表图表 7878 碳纤维表面处理方法和影响因素碳纤维表面处理方法和影响因素 序号 类别 处理方法 影响因素 1 气相氧化 O2、O3、NO2、NO、SO2、NH3,空气，水蒸气/空气、NO/空气 时间、温度、组成比例 2 液相氧化 HNO3、H2O、KMnO4、NaClO3、Na2Cr2O7/H2SO4、H2O2/H2SO4、NaClO3/H2SO4、KMnO4/H2SO4 时间、电压、电流密度、电解质浓度 3 电解氧化 氨水、碳酸氢铵、H2SO4、HNO3、H3PO4、NaOH、KOH、NaCl、

136、Na2CO3、NH4NO3、NaHCO3等水溶液 时间、温度、催化剂量 4 催化氧化 硝酸铜、醋酸铜、硝酸铅、硝酸亚铅、硝酸铁、硫酸铁、硝酸铋、钒酸盐、钼酸盐 时间、电压、电流、溶剂、单体浓度 5 电引发聚合物涂层 丙烯酸、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯腈、苯乙烯、醋酸乙烯、丙烯酰胺、乙烯基吡咯烷 时间、电压、电流、溶剂、单体浓度 6 聚合物电沉积涂层 苯乙烯、乙酸乙烯酯、甲基丙烯酸甲酯、乙烯基甲基醚与马来酸酐共聚物 时间、电压、电流、溶剂、共聚物离子浓度 7 表面涂覆 PVA、PVC、PAN，硅烷物，硬性聚氨酯炭黑 树脂组成量、涂敷量 8 高温气相沉积 SiC、TiC、TiO2、ErC、N

137、iC、B、BN、NbC、TaC、石墨晶须、碳 温度、时间、载气、试剂含量 9 表面聚合物接枝 丙烯酸、丙烯酸甲酯、丙乙烯、丙烯腈-苯乙烯、丙烯腈、异腈酸酯 时间、氧化程度、接枝量、浓度 10 等离子体处理 O2、NH3、Ar、N2、空气、SiC 涂层、AN 聚合 时间、真空度、功率、流动速度 11 电子辐照 射线等 辐照剂量、时间 资料来源：聚丙烯腈基碳纤维，华安证券研究所 Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 45/150 证券研究报告 图表图表 7979 阳极氧化法工艺流程示意图阳极氧化法工艺流程示意图 图表图表 8080 射线处理碳纤

138、维装置示意图射线处理碳纤维装置示意图 资料来源：聚丙烯腈基碳纤维，华安证券研究所 资料来源：聚丙烯腈基碳纤维，华安证券研究所 图表图表 8181 碳纤维经过阳极氧化后的单丝强度及质量变化碳纤维经过阳极氧化后的单丝强度及质量变化 电流密度/（mA/cm2）拉伸强度/GPa CV/%质量损失/%0 3.68 11.43 0 1.5 3.62 14.73 0.014 2.5 3.58 15.57 0.022 3.5 3.52 12.39 0.037 5 3.47 11.78 0.045 6.5 3.30 16.23 0.059 7.5 3.22 13.46 0.087 10 3.17 17.32 0

139、.121 0 3.68 11.43 0 资料来源：聚丙烯腈基碳纤维，华安证券研究所 图表图表 8282 几种不同碳纤维经过等离子体表面处理后碳纤维拉伸性能几种不同碳纤维经过等离子体表面处理后碳纤维拉伸性能 样品 拉伸强度/MPa 断裂伸长/%Hercules 未处理 3080 1.55 Hercules 烯丙基腈 100W,5min 3460 1.77 Hercules 烯丙基腈 200W,5min 3430 1.73 Hercules 烯丙基腈 300W,5min 3780 1.88 Grafil 未处理 3340 1.63 Grafil 烯丙基腈 100W,5min 3820 1.90 G

140、rafil 烯丙基腈 200W,5min 3950 1.96 Grafil 烯丙基腈 300W,5min 3650 1.84 Grafil 二甲苯/空气/氩气 200W，20min 3350 1.88 资料来源：聚丙烯腈基碳纤维，华安证券研究所 上浆是碳纤维经过表面处理后收绕成卷成为碳纤维成品前的最后一道工艺工序。其主要作用是对碳纤维进行集束，类似于粘合剂使碳纤维聚集在一起，改善工艺性能便于加工，同时起到保护作用，减少碳纤维之间的摩擦，Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 46/150 证券研究报告 使其在后续收卷、包装、运输过程中减少对纤

141、维的损失。图表图表 8383 东丽公司上浆剂类型与不同树脂的相容性东丽公司上浆剂类型与不同树脂的相容性 上浆剂类型 相容树脂基体 1 环氧 3 环氧 4 环氧、酚醛、双马 5 通用：环氧、酚醛、聚酯、乙烯基酯 6 环氧 F 乙烯基酯、环氧 9 无上浆剂 资料来源：聚丙烯腈基碳纤维，华安证券研究所 图表图表 8484 上浆剂浓度对上浆量的影响上浆剂浓度对上浆量的影响 上浆剂浓度/%上浆量/%0.5 1.53 0.4 1.41 0.3 1.37 0.2 1.29 0.1 1.27 资料来源：聚丙烯腈基碳纤维，华安证券研究所 图表图表 8585 上浆量对碳纤维上浆量对碳纤维使用工艺性能的影响使用工艺

142、性能的影响 上浆量/%毛丝状况 断丝/（次/km）树脂浸透性 0.1 28 0.3 3 0.5 1 1.0 2.0 1 3.0 4.0 注：为合格；为不合格；为有一定问题 资料来源：聚丙烯腈基碳纤维，华安证券研究所 图表图表 8686 上浆剂对碳纤维耐磨性能和上浆剂对碳纤维耐磨性能和 IFSSIFSS 的影响的影响 上浆剂 耐磨次数/次 IFSS/Mpa 未上浆 57 63 KD-213 树脂 456 80.74 YD+128 树脂 716 77.67 复合环氧树脂 608 73.84 改性环氧树脂 1887 87.26 资料来源：聚丙烯腈基碳纤维，华安证券研究所 Table_CompanyR

143、ptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 47/150 证券研究报告 图表图表 8787 表面上浆剂对复合材料性能的影响表面上浆剂对复合材料性能的影响 碳纤维 上浆剂 层间剪切强度/Mpa 集束性 高模碳纤维石墨纤维 聚乙烯醇/环氧树脂 24.00 良好 环氧树脂 24.60 /聚氯乙烯/环氧树脂 42.90 /硬质聚氨酯 41.50 /高强碳纤维 聚乙烯醇/环氧树脂 74.00 良好 石墨粉/环氧树脂 10：100 85.00 良好 碳纤维末/环氧树脂 10：100 93.00 良好 铝粉/环氧树脂 10：100 95.00 良好 资料来源：聚丙烯腈基碳纤维，华安证券研

144、究所 图表图表 8888 不同上浆剂对碳纤维剪切强度保持率的影响不同上浆剂对碳纤维剪切强度保持率的影响 图表图表 8989 不同上浆剂对碳纤维抗弯强度保持率的影响不同上浆剂对碳纤维抗弯强度保持率的影响 资料来源：聚丙烯腈基碳纤维，华安证券研究所 资料来源：聚丙烯腈基碳纤维，华安证券研究所 设备方面，碳化装置、石墨化装置、表面处理装置及上浆装置是主要设备。设备方面，碳化装置、石墨化装置、表面处理装置及上浆装置是主要设备。碳化工艺和预氧化工艺一样，常采用多段碳化和多段牵引工艺，目前国内常用的是二段碳化和二段拉伸工艺，低温碳化炉和高温碳化炉有一定区别。图表图表 9090 低温碳化炉结构示意图低温碳化

145、炉结构示意图 图表图表 9191 高温碳化炉结构示意图高温碳化炉结构示意图 资料来源：聚丙烯腈基碳纤维，华安证券研究所 资料来源：聚丙烯腈基碳纤维，华安证券研究所 影响碳纤维石墨化的关键因素在于石墨化设备及高温热处理技术。目前国 Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 48/150 证券研究报告 内外大规模生产厂商上普遍采用的碳纤维石墨化设备多为高温管式石墨化电阻炉。图表图表 9292 石墨化炉结构示意图石墨化炉结构示意图 图表图表 9393 直接加热感应炉结构示意图直接加热感应炉结构示意图 资料来源：聚丙烯腈基碳纤维，华安证券研究所 资料来

146、源：聚丙烯腈基碳纤维，华安证券研究所 图表图表 9494 直流电弧等离子体石墨化炉直流电弧等离子体石墨化炉结构示意图结构示意图 图表图表 9595 采用等离子技术进行碳化和石墨化采用等离子技术进行碳化和石墨化 资料来源：聚丙烯腈基碳纤维，华安证券研究所 资料来源：聚丙烯腈基碳纤维，华安证券研究所 碳纤维表面处理很多，主要有气相氧化、液相氧化、电解氧化、等离子体处理及涂层处理等方式。Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 49/150 证券研究报告 图表图表 9696 气相氧化法流程示意图气相氧化法流程示意图 图表图表 9797 液相液相氧化法

147、流程示意图氧化法流程示意图 资料来源：聚丙烯腈基碳纤维，华安证券研究所 资料来源：聚丙烯腈基碳纤维，华安证券研究所 碳纤维的上浆方法主要有转移法、浸渍法和喷涂法等，其中常用的是浸渍法。图表图表 9898 扩幅上浆装置示意图（东丽）扩幅上浆装置示意图（东丽）图表图表 9999 具有空气流动场的上浆装置具有空气流动场的上浆装置 资料来源：聚丙烯腈基碳纤维，华安证券研究所 资料来源：聚丙烯腈基碳纤维，华安证券研究所 图表图表 100100 具有吹气狭缝的上浆装置示意图具有吹气狭缝的上浆装置示意图 图表图表 101101 具有循环系统的上浆装置具有循环系统的上浆装置 资料来源：聚丙烯腈基碳纤维，华安证

148、券研究所 资料来源：聚丙烯腈基碳纤维，华安证券研究所 Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 50/150 证券研究报告 1 1.3 3 其他类基体其他类基体碳纤维：碳纤维：特定领域满足特定需求特定领域满足特定需求 1 1.3 3.1.1 沥青沥青基碳纤维：基碳纤维：弥补弥补 P PANAN 基碳纤维不能及的高技术领域基碳纤维不能及的高技术领域 沥青基碳纤维以石油沥青或煤焦油沥青为原料，经沥青精制、纺丝、预氧化、沥青基碳纤维以石油沥青或煤焦油沥青为原料，经沥青精制、纺丝、预氧化、碳化或石墨化等工艺过程，生产出具有弹性模量高、优异的导热率、遇热

149、不易膨胀碳化或石墨化等工艺过程，生产出具有弹性模量高、优异的导热率、遇热不易膨胀等性能的沥青基碳纤维。等性能的沥青基碳纤维。一般地，沥青基碳纤维分为通用型和高性能型沥青基碳纤维，然而通用型沥青基碳纤维对原料的预处理要求不高，所以主要应用于体育、吸附剂等民用方面。高性能型沥青基碳纤维的原料不同，主要为中间相沥青，石墨晶体有序度高，因此具有十分突出的热导率和模量，是性能优异的热管理材料被应用于航天、卫星、雷达等军用领域。图表图表 102102 沥青基碳纤维图片沥青基碳纤维图片 资料来源：澎湃新闻，华安证券研究所 图表图表 103103 沥青基碳纤维的分类沥青基碳纤维的分类 资料来源：搜狐新闻，华安

150、证券研究所 Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 51/150 证券研究报告 市面上 PAN 基碳纤维的最高抗拉强度为 6500 MPa，拉伸模量范围从 230 到 300 GPa 为标准类型，高模量型最高可以到 600 GPa。对于沥青基碳纤维，模量可以从 50 GPa 到 900 Gpa 以上。以中间相沥青为起始材料制备的碳纤维具有定向石墨层纤维轴，石墨晶体通过位于石墨层内方向(称为“a”方向)的碳碳双键具有极高的强度和刚性，这种晶体结构反映在最终碳纤维的强度和刚性上，此外极低的热膨胀系数和极高的导热系数，也是体现在“a”方向上的特性。

151、相反，各向同性的沥青，在“a”方向上，没有足够的结晶度，所以只能表现出低模量和低导热性能。沥青基碳纤维的这些特性，与传统的 PAN 基碳纤维有很大的区别。可以通过控制沥青原料特性以及纺丝工艺条件，来控制最终沥青纤维的性能，来制备规格多样化的沥青纤维。图表图表 104104 各向异性沥青基碳纤维与各向异性沥青基碳纤维与 P PANAN 基碳纤维的性能比较基碳纤维的性能比较 沥青基碳纤维（长丝）PAN 基碳纤维 拉伸强度/MPa 约 4000 约 6400 拉伸弹性模量/GPa 55-900 160-600 热导率/（W/mk）约 900 约 200 密度/（g/cm3）2.0-2.2 1.7-1

152、.9 资料来源：导热沥青基碳纤维制备过程中的结构演变与性能拼究，华安证券研究所 图表图表 105105 沥青基碳纤维的性能沥青基碳纤维的性能 资料来源：搜狐新闻，华安证券研究所 Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 52/150 证券研究报告 图表图表 106106 中间相沥青为起始材料制备的碳纤维具有定向石墨层纤维轴中间相沥青为起始材料制备的碳纤维具有定向石墨层纤维轴 资料来源：搜狐新闻，华安证券研究所 图表图表 107107 沥青基碳纤维沥青基碳纤维及其他材料导热系数对比及其他材料导热系数对比（W/W/mKmK）资料来源：搜狐新闻，华安

153、证券研究所 Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 53/150 证券研究报告 由于沥青基碳纤维的热膨胀系数为负，通过与其他基质的结合，可以很容易地实现零热膨胀系数的材料。沥青基碳纤维作为利用其高导热性和负热膨胀系数的新应用领域，被广泛应用于卫星的天线反射器和太阳能电池板等部件。其高导热性在电子设备领域也有广泛的应用，如热接口、高导热性线路板等。图表图表 108108 三星手机三星手机采用的碳纤维作为导热材料采用的碳纤维作为导热材料 资料来源：搜狐新闻，华安证券研究所 Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重

154、要声明及评级说明 54/150 证券研究报告 通用级碳纤维是由各向同性沥青制备而成，高性能碳纤维则是由中间相沥青制通用级碳纤维是由各向同性沥青制备而成，高性能碳纤维则是由中间相沥青制备而成。备而成。其制备工艺与 PAN 基纤维略有不同，主要包括原料调制、熔融纺丝、预氧化、碳化、石墨化及表面处理。图表图表 109109 沥青基碳纤维的制备工艺流程图沥青基碳纤维的制备工艺流程图 资料来源：CNKI，华安证券研究所 Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 55/150 证券研究报告 在制备流程与在制备流程与 PANPAN 基碳纤维不同的工艺过程为沥

155、青的调制过程。基碳纤维不同的工艺过程为沥青的调制过程。沥青化学成分相对复杂，因此需要经过一系列的净化及纯化处理，改善其流变性能及调控分子量以满足纺丝要求。其中，供氢溶剂加氢法存在加氢程度不深、无法有效脱除杂原子、供氢溶剂成本高昂等问题，造成其工业化规模极低。图表图表 111111 空气吹扫装置示意图空气吹扫装置示意图 资料来源：搜狐新闻，华安证券研究所 图表图表 110110 沥青基碳纤维调制过程沥青基碳纤维调制过程 资料来源：CNKI，华安证券研究所 Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 56/150 证券研究报告 各向同性沥青的制备方法

156、包括减压搅拌热缩聚法、刮膜蒸发器法、空气鼓入氧化法、硫化法等。各向同性沥青制备的本质是在热解反应过程中，体系发生脱氢、交联、缩合等反应，除去沥青中的轻组分，形成高软化点缩合物，同时抑制各向异性结构的产生。高性能沥青基碳纤维制备的关键就在于可纺性中间相沥青的制备，要求中间相沥青即具有高度各向异性，又具有良好的纺丝性，因此，必须选择合适的中间相沥青制备方法。中间相沥青制备的本质是在热解过程中，体系发生裂解、脱氢、缩合等一系列反应，形成相对分子质量在 370-2000 之间的具有各向异性结构的向列型液晶物质。调制好的沥青在纺丝之前要进行充分过滤和脱泡，除去一切杂质和气泡，因为调制好的沥青在纺丝之前要

157、进行充分过滤和脱泡，除去一切杂质和气泡，因为它们的存在严重影响纺丝和碳纤维的力学性能。沥青纺丝可以采用一般合成纤维工它们的存在严重影响纺丝和碳纤维的力学性能。沥青纺丝可以采用一般合成纤维工业采用中常用的熔融纺丝法业采用中常用的熔融纺丝法，如喷吹法、挤压式、离心式、涡流式等。如喷吹法、挤压式、离心式、涡流式等。图表图表 112112 沥青基碳纤维熔融纺丝示意图沥青基碳纤维熔融纺丝示意图 资料来源：高导热沥青基碳纤维制备过程中的结构演变与性能拼究，华安证券研究所 纺丝压力和纺丝速率也是纺丝工艺中重要的影响参数。纺丝压力和纺丝速率也是纺丝工艺中重要的影响参数。纺丝压力太小，熔体流量难以满足纺丝的连续

158、性，容易发生断丝现象；纺丝压力太大，所得纤维直径太粗又会导致纤维物理性能的大大降低纺丝速率，对纤维的直径及取向度产生影响；纺丝速率越大，纤维受到的牵伸力增大，取向度越高。沥青熔体固化速度很快，且固化后由于纤维本身的脆性难以再次牵伸，因此为得到性能较高的碳纤维，在纺丝阶段需要对纺丝压力和纺丝速率进行调控，得到合适直径的纤维原丝。Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 57/150 证券研究报告 沥青纤维必须通过碳化，充分除去其中非碳原子，最终发展碳元素所固有的特性；但由于沥青的可溶性和粘性，在刚开始加温时就会粘合在一起，而不能形成单丝的碳纤维，

159、所以必须先进行碳纤维的预氧化处理。另外预氧化还可以提高沥青纤图表图表 113113 中间相沥青纤维连续熔融纺丝及毛细管效应示意图中间相沥青纤维连续熔融纺丝及毛细管效应示意图 资料来源：高导热中间相沥青碳纤维的制备及结构调控，华安证券研究所 图表图表 114114 不同喷丝板结构对不同喷丝板结构对沥青基碳沥青基碳纤维断面的影响纤维断面的影响 资料来源：高导热中间相沥青碳纤维的制备及结构调控，华安证券研究所 Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 58/150 证券研究报告 维的力学性能，增加碳化前的抗拉强度。沥青纤维在氧化过程中发生了十分显著的

160、化学变化和物理变化,其中最主要的变化是分子之间产生了交联，使纤维具有不溶解、不熔融的性能。目前，预氧化有气相法和液相法两种，气相法氧化剂通常采用空气、NO2、SO3、臭氧和富氧气体等；液相法氧化剂采用硝酸、硫酸、高锰酸钾和过氧化氢等溶液。不熔化后沥青纤维应送到惰性气氛中进行碳化或石墨化处理，以提高最终力学性能。碳化是指在1200左右进行处理，而石墨化则是在接近3000的条件下进行。碳化时，单分子间产生缩聚，同时伴随着脱氢、脱甲烷、脱水反应，由于非碳原子不断被脱除，碳化后的纤维中碳含量可达到 92以上，碳的固有特性得到发展，单丝的拉伸强度、模量增加。随着碳纤维应用领域的拓宽，比如说将其组装成锂离

161、子电池和超级电容器，使得对其性质的要求更高，于是进一步石墨化便变得不可缺少，进一步增加碳含量。图表图表 115115 沥青纤维氧化过程中的化学反应模型沥青纤维氧化过程中的化学反应模型 资料来源：高模量碳纤维的现状及发展，华安证券研究所 Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 59/150 证券研究报告 1 1.3 3.2.2 粘粘胶基碳纤维：胶基碳纤维：航天工业及尖端军工技术领域专用纤维航天工业及尖端军工技术领域专用纤维 粘胶基碳纤维是指以粘胶纤维经过预氧化、碳化所制备的碳纤维。粘胶纤维是一种再生纤维素纤维，又称人造丝，它是利用天然纤维，如木

162、材、麻和棉花等，经制浆粕、磺化、熟化和纺丝等处理而成。与聚丙烯腈（PAN）基碳纤维、沥青基碳纤维相比，粘胶基碳纤维具有独特的性能。粘胶基碳纤维密度较低，制造的构件更轻。粘胶基碳纤维石墨化程度较低，导热系数小，是理想的隔热材料。粘胶基碳纤维碱金属及碱土金属含量低，飞行过程中因燃烧产生的钠光弱，不容易被雷达发现。粘胶基碳纤维生物相容性好，可以用于制造医用生物材料，如医用电机、韧带、骨夹板和假骨等。但是，粘胶基碳纤维也有一些不足，最主要的就是在实际生产过程中，往往会因操作条件难以控制，生成左旋葡萄糖等副产物造成实际碳收率较低，碳纤维强度不理想。因此，该材料目前只用于航空航天非承压部件及民用领域。美国

163、阿拉巴马大学开发出一种新型、绿色的可用于针对火箭喷嘴处烧蚀和隔热的碳纤维材料制备方法，该方法已获专利授权。这种全新的“绿色”离子处理工艺是可靠性与失效分析实图表图表 116116 沥青纤维沥青纤维热处理过程中内部碳层的变化趋势热处理过程中内部碳层的变化趋势 资料来源：高导热中间相沥青碳纤维的制备及结构调控，华安证券研究所 Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 60/150 证券研究报告 验室开发。为制备固体燃料火箭喷嘴，可在碳化的粘胶基碳纤维层合织物上涂覆沥青并进行芯轴缠绕，经热处理使表面的沥青转变成固体碳，最终得到由碳纤维增强复合材料制备

164、的喷嘴。用于航天飞行助推器的单型固体火箭发动机的碳纤维用量可达 35t。图表图表 117117 美国生产的高性能粘胶基碳纤维性能参数美国生产的高性能粘胶基碳纤维性能参数 品牌 拉伸强度/MPa 弹性模量/GPa 密度/（gcm3）Thomel-25 1260 175 1.70 Thomel-25 1750 280 1.80 Thomel-25 1995 350 1.70 Thomel-25 3500 700 2.00 HMG-20 1120-2100 154-210 1.76 HMG-20 1400-1645 245-350 1.78 HMG-20 2100-2205 350-427 1.80

165、 资料来源：粘胶基碳纤维及沥青基碳纤维技术进展及发展建议，华安证券研究所 图表图表 118118 粘粘胶基碳纤维胶基碳纤维 资料来源：百度百科，华安证券研究所 粘胶纤维转化为碳纤维是十分复杂的物理化学反应粘胶纤维转化为碳纤维是十分复杂的物理化学反应,其脱水和热裂过程主要可其脱水和热裂过程主要可粗略地划为四个阶段：粗略地划为四个阶段：第一阶段(25-150):主要脱掉物理吸附的水分。粘胶纤维物理吸附的水分大约在 10%-14%之间,低温脱除掉这些水分有利于高温脱除结构水。第二阶段(150-240):主要是分子结构内脱水,生成含有羟基、酮基、烯醇基或羧基的链段(片)。第三阶段(240-400):为

166、激烈反应区,主要有两个竞争反应。一是,1,4-苷键热裂生成脱水环,l,6-键脱水生成左旋葡萄糖,并在较高温下转化为焦油;二是,脱水纤维素环进一步深层次地脱水生成脱水纤维素,环内热稳定性差的 C-C 键和 C-O 键热裂生成碳四残链。第四阶段(400-700):进行碳四残键的芳构化,缩聚为六碳原子的石墨层片。当温度高于 700时,缩聚层面迅速增大,排列逐步有序化,转化为乱层石墨结构。Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 61/150 证券研究报告 图表图表 119119 粘胶纤维转化为碳纤维的反应粘胶纤维转化为碳纤维的反应 资料来源：粘胶基碳

167、纤维的制造及其应用，华安证券研究所 Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 62/150 证券研究报告 强化脱除羟基是结构转化的关键。强化脱除羟基是结构转化的关键。在纤维素的化学结构中有三个羟基、氧杂环中氧原子和苷键氧含氧量高达 49.39%。在实际转化过程中，未脱水部分转化为左旋葡萄糖及焦油，热裂而逸走的小分子挥发产物 CO、CO2、HCOOH、CH4等也会带走碳原子。特别是左旋葡萄糖和焦油的生成不仅使碳收率降低，而且对纤维造成严重污染，导致单纤维之间的粘连，碳化后变硬发脆和断丝。因此，如何有效地抑制左旋葡萄糖的生成是一技术关键。图表图表

168、120120 纤维素、纤维素和石墨的晶体结构及相关参数纤维素、纤维素和石墨的晶体结构及相关参数 资料来源：粘胶基碳纤维，华安证券研究所 抑制左旋葡萄糖生成的关键是充分脱水。抑制左旋葡萄糖生成的关键是充分脱水。为使充分脱水，采用催化脱水剂是行之有效的方法，也是目前生产粘胶基碳纤维普遍采用的方法。引入催化脱水剂的作用主要是降低热解热以及使结构脱水、热解反应向低温侧移动，从而缓和了热解和脱水反应，给生产工艺参数的控制带来许多方便。从这种意义上来讲粘胶纤维的催 Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 63/150 证券研究报告 化脱水剂引入的作用类似

169、 PAN 树脂的共聚引发单体（如衣康酸等）。图表图表 121121 各向异性沥青基碳纤维与各向异性沥青基碳纤维与 P PANAN 基碳纤维的性能比较基碳纤维的性能比较 活化能 E（千卡克分子）相关系数 未处理的粘胶丝 35.14 0.99 粘胶丝05 MCaCl2 19.54 0.99 粘胶丝05M NH4Cl 12.20 0.94 粘胶丝05M NH4Cl05M CaCl2 12.91 0.90 资料来源：粘胶基碳纤维，华安证券研究所 图表图表 122122 未处理粘胶纤维和经催化脱水剂处理后的热行为未处理粘胶纤维和经催化脱水剂处理后的热行为 注：实线为经催化脱水剂处理，虚线为未经催化脱水剂

170、处理 资料来源：粘胶基碳纤维，华安证券研究所 粘胶纤维生产碳纤维的工艺流程与 PAN 基碳纤维的流程相比增加了两段工序,即水洗和催化浸渍。无疑,这将增大粘胶基碳纤维的生产成本。粘胶纤维经水洗和催化浸渍后,再经预氧化和碳化工序就可转化为碳纤维。催化浸渍和预氧化处理是制造粘胶基碳纤维的重要工序,是有机粘胶纤维转化为无机碳纤维的关键所在。Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 64/150 证券研究报告 催化浸渍。催化浸渍主要是浸渍催化脱水剂。对无机催化脱水剂的浸渍量一般为 20-62，有机催化脱水剂的浸渍量一般为 2%-20%。预氧化工序。预氧化

171、工序主要是在催化剂的作用下进行脱水、热裂和结构转化，使白色粘胶纤维转化为黑色预氧丝，并赋予其阻燃性。预氧化炉的温度分布梯度相当重要，要根据纤维的 TG 和 DTG 谱图来确定。分析测试数据表明由粘胶纤维转化为预氧丝后抗拉强度下降74%-84%，含氧量下降到40%-50%。这表明结构与性能发生了本质性变化。图表图表 124124 纤维素在碳化过程中某些性质的变化纤维素在碳化过程中某些性质的变化 图表图表 125125 碳纤维在热处理过程中碳纤维在热处理过程中 d d002002与牵伸率的关系与牵伸率的关系 注：1-收缩率，2-密度，3-热稳定性，4-强度，5-溶胀 资料来源：粘胶基碳纤维，华安证

172、券研究所 资料来源：粘胶基碳纤维，华安证券研究所 低温碳化工序发生的反应主要是深度脱水、热裂和芳构化，此时逸出的废气和产生的焦油相当多。因此，如何瞬时排出废气和焦油成为一个重要的设计参数。高温碳化工序产生的废气和焦油就少得多，废气的主要组成是缩聚、芳构化的小分子挥发物，如 H2、CH4、C2H6、C2H4以及 CO、CO2等。图表图表 123123 粘胶基碳纤维生产工艺粘胶基碳纤维生产工艺 资料来源：粘胶基碳纤维的制造及其应用，华安证券研究所 Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 65/150 证券研究报告 图表图表 126126 碳纤维在

173、热处理过程中的取向度碳纤维在热处理过程中的取向度 q q 与牵伸率关系与牵伸率关系 资料来源：粘胶基碳纤维，华安证券研究所 图表图表 127127 纤维素在热处理过程中某些性质的变化纤维素在热处理过程中某些性质的变化 资料来源：粘胶基碳纤维，华安证券研究所 Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 66/150 证券研究报告 2 2 应用应用端：端：极致的性价比是永恒的目标极致的性价比是永恒的目标 2 2.1 1 性能角度性能角度：与其他材料：与其他材料复合复合实现实现性能性能互补共振互补共振是大趋势是大趋势 复合材料是由两种或两种以上不同性质

174、的材料，通过物理或化学的方法组成具复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法组成具有新性能的材料。有新性能的材料。各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金。非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等。增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、晶须、金属丝和硬质细粒等。复合材料中以纤维增强材料应用最广、用量最大。其特点是比重小、比强度和比模量大。碳纤维复合材料是由碳纤维复合材料是由两种或两种以上不同性质

175、的材料，通过物理或化学的方法，两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观上组成具有新性能的材料。在宏观上组成具有新性能的材料。碳纤维复合材料是一种两相复合材料，是由有机纤维转化而成，其具有优异的力学性能，同时还具备碳材料的原本特性，属于一种新型增强纤维。图表图表 128128 碳纤维复合材料分类碳纤维复合材料分类 子分类 特点 应用领域 树脂基复合材料(CFRP)热固性树脂(TS)强度、刚度高;酚醛树脂基耐热性好 宇宙飞行棋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)、热塑性树脂(TP)耐湿热、强韧、优良的成型加工性 钓鱼竿、建筑补强等 橡胶基复合材料（

176、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 金属基复合材料(CFRM)锕、铝、镍、铜 高比强度、高比模量、优异的疲劳强度 宇航结构机械等材料、汽车、铁道 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 碳/碳复合材料(C/C)由碳纤维及其制品(碳布等)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 资料来源：光威复材招股书，华安证券研究所 图表图表 129129 碳纤维与其他材料的比强度和比模量碳纤维与其他材料的比强度和比模量 密度（gcm3）抗拉强度

177、103MPa 弹性模量 105MPa 比强度(107GPacm3/g)比模量(109GPacm3/g)钢 7.8 1.03-2.1 0.13 0.27 钛合金 4.5 0.96 1.14 0.21 0.25 铝合金 2.8 0.47 0.75 0.17 0.26 硼纤维/铝复合材料 2.65 1.0 2.0 0.38 0.57 碳纤维/铝复合材料 2.1 1.38 2.1 0.66 1.0 碳纤维/环氧复合材料 1.6 1.07 2.4 0.67 1.5 资料来源：航空航天用先进材料，华安证券研究所 2 2.1.1 1.1 碳纤维碳纤维+聚合物聚合物：中高温下金属材料最佳替代者中高温下金属材料

178、最佳替代者 以各种聚合物材料为基体的碳纤维复合材料统称为碳纤维聚合物基复合材料，以各种聚合物材料为基体的碳纤维复合材料统称为碳纤维聚合物基复合材料，也可称为碳纤维树脂基复合材料也可称为碳纤维树脂基复合材料。按照树脂基体材料的性能可将复合材料分为通用性树脂基复合材料、耐高温型树脂基复合材料、耐化学腐蚀型树脂基复合材料以及 Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 67/150 证券研究报告 阻燃型树脂基复合材料等。按照聚合物材料机构形式划分可分为热固性树脂基复合材料、热塑性树脂基复合材料及橡胶基复合材料。高比强度、高比模量。高强高模碳纤维/环氧树

179、脂的比强度是钢的 5 倍、铝合金的 4 倍。耐疲劳性能好。树脂基复合材料的疲劳极限可达其拉伸强度的 70%-80%。耐烧蚀性能好。树脂基复合材料的界面有很好的阻尼功效，减震能力强。加工工艺性好。树脂基复合材料可以采用多种成型方法制造，工艺技术相对简单。图表图表 130130 碳纤维碳纤维聚合物基复合材料的基体种类聚合物基复合材料的基体种类 类别 细分种类 热固性树脂基体 环氧树脂 分子中含有环氧基团的聚合物 缩水甘油醚型环氧树脂、缩水甘油酯型环氧树脂、缩水甘油胺型环氧树脂、线性脂肪族环氧树脂、脂肪族环氧树脂 酚醛树脂 酚类化合物和醛类化合物缩聚而成的树脂 氨、钡催化酚醛树脂、聚乙烯醇缩醛改性酚

180、醛树脂、有机硅改性酚醛树脂、二甲基改性酚醛树脂 不饱和聚酯 不饱和二元酸以一定量的饱和酸与饱和二元醇缩聚获得线性低聚物，再在引发剂作用下固化交联形成具有三维网状分体型大分子 顺丁烯二酸酐型、丙烯酸型、丙烯酯型、二酚基丙烷型、乙烯基酯型 聚酰亚胺树脂 主链上含有酰亚胺基团的聚合物 芳杂环类聚合物 热塑性树脂基体 聚烯烃 线性聚合物 聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚丁烯 聚酰胺 尼龙，主链上面含有酰胺基团的线型聚合物 聚酰胺 聚甲醛 主链上含有-CH2-O-基团的聚合物 聚甲醛 橡胶基体 天然橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶、三元乙丙橡胶、聚氨酯橡胶 注：环氧树脂基碳纤维市场份额最大 资料来源：聚丙烯腈基碳纤

181、维，华安证券研究所 聚合物基复合材料的制备、成型工艺与其他材料相比具有鲜明特点聚合物基复合材料的制备、成型工艺与其他材料相比具有鲜明特点。聚合物基复合材料的形成与制品的成型是同时完成的，该材料的制备过程也就是其制品的生产过程，因而可以使得大型的制品一次整体成型，从而简化制品结构，减少了组成零件和连接件的数量，进而减轻制品质量并降低工艺消耗。其次，由于树脂在固化前具有一定的流动性，纤维又很柔软，依靠模具容易形成要求的形状和尺寸，因此树脂基复合材料的成型较为方便，可制造单件和小批量产品。聚合物基复合材料的制造大体包括预浸料的制造、聚合物基复合材料的制造大体包括预浸料的制造、成型成型及制件的后处理与

182、机械及制件的后处理与机械加工。加工。预浸料是树脂基体（热固性或热塑性）在严格控制条件下浸渍连续纤维或织物，制成树脂基体与增强体的组合物，是制备复合材料的中间材料，可广泛用于手糊成型、自动铺层或缠绕成型等复合材料制备工艺中。目前世界上大部分碳纤维都是以预浸料形式应用的，复合材料制品的力学及化学性质在很大程度上取决于预浸料的质量。但预浸料一般在低温下储存以保证使用时具有合适的粘度、铺覆性和凝胶时间等工艺性能。Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 68/150 证券研究报告 图图表表 131131 热固性预浸料制造方法热固性预浸料制造方法 子分类

183、 特点 应用领域 热固性预浸料 溶液浸渍法 预浸料树脂含量一般可以控制在3%以内，设备造价相对较低，也可制造厚型预浸料 需要干燥炉除去溶剂或进行溶液回收，此外往往会残留一定量溶剂易造成成型过程复合材料形成孔隙 热熔法 已实现了工艺过程的自动监控，保证预浸料树脂含量偏差在2%以内 设备及技术复杂，造价高，此外厚型预浸料难以浸透，高粘度树脂难以浸渍，离型纸和薄膜用量大 资料来源：聚丙烯腈基碳纤维，华安证券研究所 图表图表 132132 溶液浸渍法卧式预浸工艺示意图溶液浸渍法卧式预浸工艺示意图 图表图表 133133 溶液浸渍法立式预浸工艺示意图溶液浸渍法立式预浸工艺示意图 资料来源：聚丙烯腈基碳纤

184、维，华安证券研究所 资料来源：聚丙烯腈基碳纤维，华安证券研究所 图表图表 134134 直接热熔法工艺示意图直接热熔法工艺示意图 资料来源：聚丙烯腈基碳纤维，华安证券研究所 Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 69/150 证券研究报告 图表图表 135135 直接热熔法制膜工艺示意图直接热熔法制膜工艺示意图 图表图表 136136 直接热熔法预浸过程示意图直接热熔法预浸过程示意图 资料来源：聚丙烯腈基碳纤维，华安证券研究所 资料来源：聚丙烯腈基碳纤维，华安证券研究所 图图表表 137137 热塑性预浸料制造方法热塑性预浸料制造方法 分类

185、 特点 注意事项 预浸渍 溶液浸渍 可使得纤维完全被树脂浸渍并获得良好的纤维分布，可采用传统的热固性树脂的设备和类似浸渍法 成本较高并造成环境污染，残留的溶剂很难完全取出，只适用于易溶性聚合物 熔融浸渍 原理上最简单最高效的方式 适用于粘度足够低且高温长时间内稳定性好的树脂熔体 后预浸渍 膜层叠 适用性强、工艺及设备简单 增强剂一般采用织物 粉末浸渍 相比膜层叠质量高、成型工艺好 粉末粒度制成纤维直径相当的微细粉末 纤维混编/混纺技术 工艺简单、预浸料柔性易于铺层操作 制品成型过程中需要足够高的温度、压力和时间 资料来源：聚丙烯腈基碳纤维，华安证券研究所 成型工艺方面，手糊成型、热压罐成型、模

186、压成型、缠绕成型、拉挤成型及树脂传递成型为使用较为普遍的方式。图表图表 138138 熔融浸渍法工艺示意图熔融浸渍法工艺示意图 资料来源：高性能纤维及复合材料，华安证券研究所 Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 70/150 证券研究报告 图图表表 139139 热塑性预浸料制造方法热塑性预浸料制造方法 分类 流程或设备示意图 优点 缺点 手糊成型 不需要复杂的设备、生产技术易于掌握、可现场制作 不能制作高性能产品、生产效率低、产品质量不稳定 热压罐成型 可成型大尺寸和形状复杂的制件 固化过程温度-压力-时间较难控制 模压成型 生产效率高

187、、尺寸精度好、制件表面光洁、批量化生产价格相对低廉 模具制造复杂、模压机投资较大、制件尺寸受设备限制 纤维缠绕成型 成型过程连续、制件形状及尺寸得到保证 制作旋转对称的零件较好 树脂传递成型（RTM）制作高质量、高精度、低孔隙率、高纤维含量的复杂复合材料构建，生产效率高 工艺稳定性控制较难 拉挤成型 可制作大尺寸、复杂截面、厚壁的产品 要求树脂粘度低 资料来源：高性能纤维及复合材料，华安证券研究所 Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 71/150 证券研究报告 图表图表 141141 树脂传递成型（树脂传递成型（RTMRTM）使用到的高精

188、度注胶机）使用到的高精度注胶机 图表图表 142142 树脂传递成型（树脂传递成型（RTMRTM）使用到的合模机）使用到的合模机 资料来源：碳纤维复合材料轻量化技术，华安证券研究所 资料来源：碳纤维复合材料轻量化技术，华安证券研究所 加工方面，由于结构的特殊性，碳纤维增强树脂基复合材料通常直接纺织成产品形状，但很多情况下纺织成型的产品并不能很好地满足精度或者装配的要求，因此还需对其进行二次加工。现阶段已经存在多种比较成熟的 CFRP 的加工方式，其中应用最为广泛的就是机械加工。机械加工 CFRP 经过长时间的发展已经具备了成熟的加工工艺和专用的加工设备，基本能够满足使用要求，但随着应用的规模化

189、，高精加工的需求越来越多，机械加工CFRP 显现出了一些弊端：加工时材料本身的结构会被破坏，造成纤维断裂，还伴随有切削热损伤问题，同时刀具的严重磨损增加了生产的成本。超声振动辅助加工、电火花加工、水射流加工及激光加工等方式逐步被开发利用。图表图表 140140 美国雷神公司用热压罐成型的复合材料机身段美国雷神公司用热压罐成型的复合材料机身段 资料来源：高性能纤维及复合材料，华安证券研究所 Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 72/150 证券研究报告 2 2.1.1.2 2 碳纤维碳纤维+金属：金属：可可有效有效改善改善金属材料的高温性能

190、金属材料的高温性能 以金属、合金和金属间化合物为基体、以碳纤维为增强体，通过浸渗、固以金属、合金和金属间化合物为基体、以碳纤维为增强体，通过浸渗、固结工结工艺制作而成的复合材料称为碳纤维金属基复合材料艺制作而成的复合材料称为碳纤维金属基复合材料。基体一般在连续纤维增强金属基复合材料中占据50%-70%体积，在短纤维增强金属基复合材料中占据70%以上体积。典型的碳纤维强化金属复合材料有：碳纤维-银复合材料、碳纤维-铜复合材料、碳纤维-铅复合材料、碳纤维-铝复合材料。图表图表 144144 碳纤维金属基复合材料应用碳纤维金属基复合材料应用 领域 金属基体 纤维类别 航空航天 镁合金、铝合金 连续石

191、墨纤维 高性能发动机 钛基合金、镍基合金及金属间化合物 碳化硅纤维（增强钛基合金）、钨丝（增强镍基合金）汽车发动机 铝合金 碳短纤维 电子工业 银、铜、铝 高模量石墨纤维 资料来源：聚丙烯腈碳纤维，华安证券研究所 图表图表 143143 树脂基碳纤维激光切割机床及功率计树脂基碳纤维激光切割机床及功率计 资料来源：高性能纤维及复合材料，华安证券研究所 图表图表 145145 按增强相形态分类的按增强相形态分类的金属基复合材料金属基复合材料示意示意 资料来源：碳纤维-钛/铁基复合材料的制备及性能研究，华安证券研究所 Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及

192、评级说明 73/150 证券研究报告 树脂基复合材料通常只能在树脂基复合材料通常只能在 350350以下的不同温度范围内使用，金属基复合材以下的不同温度范围内使用，金属基复合材料则适用于料则适用于 35035012001200温度区间。温度区间。铝、镁及其合金使用温度在 450以下，钛合金使用温度在 450-650之间，金属间化合物、镍基、铁基耐热合金使用温度在 650-1200之间。碳纤维碳纤维/金属基复合材料的制备方法分为两大类：固态法、液态法，但两种方法金属基复合材料的制备方法分为两大类：固态法、液态法，但两种方法均需要对纤维进行表面处理或制作纤维均需要对纤维进行表面处理或制作纤维/基体

193、预制丝。基体预制丝。纤维增强金属基复合材料的制造较困难，需要考虑增强材料的排布，界面反应、经济性及残余应力等多方面的因素。为了顺利地进行最终成型，做出质量强度等性能优良的纤维增强金属基复合材料制品，其成型方法大致有四种路线，分别是纤维直接编织成型、纤维经表面处理成型、纤维制成预制带与金属基体复合成型、纤维与基体制成复合预制带然后成型。碳纤维的表面性能取决于其粗糙度的大小、活性官能团的种类和数量的多少、微晶结构尺寸的大小以及酸碱相互作用的强弱等。从碳纤维表面形貌上看,其表面有很多微孔、异物、晶体等，这些是影响复合材料中基体与增强体之间的结合性能的重要因素。未经处理的碳纤维表面光滑、化学惰性大、表

194、面能低、活性官能团（羟基、羰基等极性官能团）极少，与复合材料中的基体浸润性差，从而降低复合材料的界面结合能力，阻碍增强纤维性能的最大化表现。而经表面处理后，碳纤维增强材料的力学性能（如层间剪切强度、界面剪切强度）会提高，目前常用的表面处理方法有：气相氧化法图表图表 146146 碳纤维增强金属基复合材料成型工艺图碳纤维增强金属基复合材料成型工艺图 资料来源：碳纤维-钛/铁基复合材料的制备及性能研究，华安证券研究所 Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 74/150 证券研究报告（空气、臭氧、惰性气体）、液相氧化法（浓硝酸、混合酸和强氧化剂）

195、、阳极氧化法（电化学氧化）、等离子体氧化法（等离子体氧、等离子体氨）、表面涂层改性法以及采用两种或两种以上方法对碳纤维进行表面处理的复合表面处理法。图表图表 147147 碳纤维浓硝酸氧化过程示意图碳纤维浓硝酸氧化过程示意图 资料来源：碳纤维-钛/铁基复合材料的制备及性能研究，华安证券研究所 图表图表 148148 碳纤维碳纤维金属基复合材料制备前碳纤维表面化学镀铜铜层沉积过程示意图金属基复合材料制备前碳纤维表面化学镀铜铜层沉积过程示意图 资料来源：碳纤维-钛/铁基复合材料的制备及性能研究，华安证券研究所 固态法是指基体金属基本上处于固态。由于固态法的制造温度低，所以金属基体与增强体之间的界面

196、反应不严重。常用的方法有粉末合金、固态热压法、热等静压法、轧制法、热挤压法、热拉拔法和爆炸焊接法等。Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 75/150 证券研究报告 图表图表 149149 制备制备碳纤维碳纤维/金属基复合材料金属基复合材料的主要固态法方式的主要固态法方式 分类 流程或设备示意图 优点 缺点 粉末合金法 增强体体积含量不受限制、制件尺寸变化范围广 制造成本高、受设备限制及大尺寸制件制造困难 固态热压法 适用于较粗直径的纤维和纤维束丝的预浸丝增强铝基、钛基复合材料 较长时间的高温 热等静压法 获得的复合材料的组织均匀致密，没有

197、明显的气孔、缩孔等缺陷，形状、尺寸精确，性能均匀 制备设备投资大，工艺周期长，成本高等使其在连续生产上的应用得到限制 资料来源：聚丙烯腈碳纤维，华安证券研究所 液态法是指基体金属基本上处于熔融状态下与固态的增强体复合的制造方法。液态法的制造温度较高，在制造过程中须严格控制浸渍温度、液态基体与固态增强体的接触时间等工艺参数。液态法包括真空压力浸渍法、挤压铸造法、搅拌铸造法、液态金属浸渍法、共喷沉积法、热喷涂法等。Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 76/150 证券研究报告 图表图表 150150 制备碳纤维制备碳纤维/金属基复合材料的主要

198、金属基复合材料的主要液液态法方式态法方式 分类 流程或设备示意图 优点 缺点 真空浸渍法 工艺参数及复合材料界面易于控制、适用范围广、产品质量高 设备复杂、工艺周期长 挤压铸造法 成本低、增强材料及预制件不需表面处理 压力控制需精确 液态金属浸渍法 可连续浸渍长纤维 纤维需预先经过表面涂覆处理 热喷涂法 适用于直径较粗的单丝纤维增强铝、钛基复合材料大规模生产 工艺参数需精确控制 资料来源：聚丙烯腈碳纤维，华安证券研究所 制造碳纤维增强金属基复合材料的主要技术难点是界面结合，难以形成稳定有制造碳纤维增强金属基复合材料的主要技术难点是界面结合，难以形成稳定有效的界面结合，导致复合材料的整体性能下降

199、，限制了碳纤维效的界面结合，导致复合材料的整体性能下降，限制了碳纤维/金属基复合材料的推金属基复合材料的推 Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 77/150 证券研究报告 广应用。广应用。图表图表 151151 纤维与基体结合示意图纤维与基体结合示意图 资料来源：碳纤维-钛/铁基复合材料的制备及性能研究，华安证券研究所 图表图表 152152 复合材料界面反应扩散层形成示意图复合材料界面反应扩散层形成示意图 资料来源：碳纤维-钛/铁基复合材料的制备及性能研究，华安证券研究所 纤维增强金属基复合材料的界面类型可分为五类：简单的机械琐合：基体

200、与增强体之间无化学反应，如铜/钨丝、铜/碳纤维、铝/碳化硅等，单纯靠机械连接。这种是单纯靠表面粗糙形态产生的摩擦力实现的。溶解与浸润结合：液态金属浸润增强纤维，发生扩散、溶解、结合，形成犬牙交错的溶解扩散型界面。比如镍/碳纤维等。但纤维表面常常有氧化物膜，往往需要进行纤维表面改性，才能互溶增强结合力。反应结合：即发生化学反应，在界面上生成化合物。这类界面结合层往往不是一种化合物，厚度一般为亚微米级。交换反应结合：纤维与金属基体发生化学反应，生成化合物，还通过扩散发生元素交换。混合结合：纤维增强金属基复合材料的结合往往不是单一的一种结合方式，而是以上四种的几个。Table_CompanyRptT

201、ype 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 78/150 证券研究报告 2 2.1.1.3 3 碳纤维碳纤维+陶瓷：陶瓷：理想的高温结构材料及摩擦材料理想的高温结构材料及摩擦材料 碳纤维陶瓷基复合材料将整体式陶瓷的耐热和耐化学性与碳材料的机械强碳纤维陶瓷基复合材料将整体式陶瓷的耐热和耐化学性与碳材料的机械强度结度结合在一起合在一起。陶瓷一类的无机材料在耐热、抗氧化、耐磨、耐腐蚀、电性能等方面有很多突出的优点，但是抗机械冲击、抗热震性能较差，“脆性”是致命的弱点。用碳纤维与陶瓷组成复合材料能大幅度地提高断裂功和抗热震性能，改善陶瓷的脆性。而陶瓷又保护了碳纤维，使它在高温下不受氧化，

202、因而具有很高的高温强度和弹性模量。如碳纤维增强的氮化硅陶瓷可在 1400的温度下长期使用，可用作喷气飞机的涡轮叶片。图表图表 153153 碳陶复合材料刹车片碳陶复合材料刹车片 资料来源：搜狐新闻，华安证券研究所 按照纤维在按照纤维在陶瓷基体中的排布方式的不同，可将其分为纤维单向增强及纤维多陶瓷基体中的排布方式的不同，可将其分为纤维单向增强及纤维多向增强复合材料向增强复合材料。单向长纤维增强复合材料具有各向异性，一般具有良好的抗热震性能，因而在航天器放热部位有着广泛的应用前景。图表图表 154154 单向长纤维阻碍陶瓷内裂纹单向长纤维阻碍陶瓷内裂纹扩展扩展 资料来源：聚丙烯腈碳纤维，华安证券研

203、究所 多向长纤维增强复合材料在多个维度上具备均有较高的性能，可用于平板构件或者曲率半径较大的壳体构件。短纤维增强复合材料具有一定的各向异性，可制作高性能的复合材料。Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 79/150 证券研究报告 图表图表 155155 碳纤维体积分数对复合材料断裂功的影响碳纤维体积分数对复合材料断裂功的影响 资料来源：聚丙烯腈碳纤维，华安证券研究所 陶瓷基复合材料的制造通常分增强体材料掺入未固结的基体材料及基体固结两陶瓷基复合材料的制造通常分增强体材料掺入未固结的基体材料及基体固结两个步骤，普遍采用的技术是料浆浸渍工艺后再

204、热压烧结个步骤，普遍采用的技术是料浆浸渍工艺后再热压烧结。连续纤维增强陶瓷基复合材料的主要制造方法有料浆浸渍及热压烧结、原位化学反应法、直接氧化沉积法、先驱体热解法、熔融浸熔法和反应烧结法。图表图表 156156 连续纤维增强陶瓷基复合材料的主要制造方法连续纤维增强陶瓷基复合材料的主要制造方法 方法 优点 缺点 料浆浸渍与热压烧结 取向可以自由调节 不能制作大尺寸制品、制品致密度低 化学气相沉积法 可制备组成可调的梯度复合材料 效率低、成本高、致密度低 直接氧化沉积法 工艺简单、成本低、效率高 需要添加剂和氧化剂 资料来源：聚丙烯腈碳纤维，华安证券研究所 短纤维增强陶瓷基复合材料的制作流程可以

205、包括为：短纤维分散纤维与基体材料混合成型烧结制品。成型方法常采用加压渗透法、反应烧结、热等压烧结、微波烧结等。碳纤维陶瓷基复合材料具有两个主要缺点。其一是，大多数多晶陶瓷纤维的热碳纤维陶瓷基复合材料具有两个主要缺点。其一是，大多数多晶陶瓷纤维的热稳定性太低，无法在高于稳定性太低，无法在高于 12001200的温度下使用；其二是，用碳纤维或碳间相制成的的温度下使用；其二是，用碳纤维或碳间相制成的碳纤维陶瓷基复合材料的抗氧化性低。碳纤维陶瓷基复合材料的抗氧化性低。针对第一个缺点，大多数从基体类别及工艺进行改进，而第二个缺点则可从碳纤维的改性、基体的抗氧化、界面层的抗氧化和表面涂层切入进行改善。Ta

206、ble_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 80/150 证券研究报告 2 2.1.1.4 4 碳纤维碳纤维+碳材料：碳材料：超高温下结构超高温下结构-功能一体化材料功能一体化材料 C/CC/C 复合材料是一类以碳纤维为增强体骨架、以碳为基体经过液相法或气相法复合材料是一类以碳纤维为增强体骨架、以碳为基体经过液相法或气相法制备而成的复合材料。制备而成的复合材料。它不仅具有炭素材料优异的耐烧蚀、高温强度高等特点，而且具有纤维增强复合材料可设计性强，优异的力学、热物理和抗热冲击性能，是唯一能够在 2500以上保持较高机械性能的材料。自 1958 年被首次

207、发现至今，C/C 复合材料以其突出的综合性能，一直被认为航空航天领域首选的高温热防护材料，被广泛应用于战略导弹弹头端头、发动机喷管、航天飞机鼻锥/前缘、高超声速飞行器鼻锥等关键热端部件。图表图表 158158 碳碳碳碳复合材料复合材料 资料来源：搜狐新闻，华安证券研究所 C/CC/C 复合材料的制备分为碳纤维选择、预制体成型、致密化、石墨化处理等步复合材料的制备分为碳纤维选择、预制体成型、致密化、石墨化处理等步骤骤。图表图表 157157 一体烧结法制备改性碳纤维陶瓷基复合材料的工艺流程一体烧结法制备改性碳纤维陶瓷基复合材料的工艺流程 资料来源：一体烧结式改性碳纤维陶瓷基复合材料的制备及电热性

208、能研究，华安证券研究所 Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 81/150 证券研究报告 图表图表 159159 碳纤维碳纤维/碳基复合材料的工艺流程碳基复合材料的工艺流程 资料来源：一体烧结式改性碳纤维陶瓷基复合材料的制备及电热性能研究，华安证券研究所 碳纤维选择方面，应根据材料的服役环境、用途等使用需求选择合适的 CF、设计合理的预制体空间结构制备 C/C 复合材料，不同种类的碳纤维和不同结构的预制体（纤维束的取向、纤维的体积含量等），材料的性能表现具有显著的差异。故应该保证所选择的碳纤维能够满足其特殊使用要求，如需满足不同需求，也可将

209、不同类型的碳纤维束交叉混用。图表图表 160160 碳纤维选择要求碳纤维选择要求 方法 优点 金属杂质 碱金属含量越低越好 性能 高模量中强度或者中模量高强度 表面处理及界面特性 未经表面处理 资料来源：聚丙烯腈碳纤维，华安证券研究所 预制体成型工艺应根据产品的使用需求确定，比较常见的成型工艺包括：短纤维模压、织物叠层、三维编织、Novoltex 技术等。图表图表 161161 不同结构不同结构 C/CC/C 复合材料典型力学性能数据复合材料典型力学性能数据 结构种类 xy 方向（面内方向）/Mpa z 向(厚度或碳布层间方向)结构种类 拉伸强度 拉伸模量/Gpa 面内剪切强度 层间剪切强度

210、拉伸强度/Mpa 拉伸模量/Gpa 二维铺层结构 250-400 70-170 20-150 6-10 0.2-0.4 碳布铺层缝合结构 200-400 50-100 10-30 6-20 2-4 针刺结构 80-130 40-70 50-70 20-40 5-25 粗织碳布穿刺结构 100-150 80-100 50-70 90-110 40-50 细编碳布穿刺结构 120-250 60-90 40-60 15-20 120-200 50-80 正交三向结构 240-370 100-130 20-25 10-18 120-200 50-80 资料来源：聚丙烯腈碳纤维，华安证券研究所 Tabl

211、e_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 82/150 证券研究报告 致密化即将基体碳填入到预制体内部的孔隙，常用方法有化学气相沉积法、高压液相法。其中高压液相法因可将致密化周期由几个月缩短至几小时而备受关注。图表图表 162162 化学气相沉积法中热梯度法沉积炉示意图化学气相沉积法中热梯度法沉积炉示意图 图表图表 163163 化学气相沉积法中脉冲法积碳示意图化学气相沉积法中脉冲法积碳示意图 资料来源：碳纤维复合材料轻量化技术，华安证券研究所 资料来源：碳纤维复合材料轻量化技术，华安证券研究所 图表图表 1 16464 高压液相浸渍装置示意图高压液相

212、浸渍装置示意图 资料来源：透光复合材料碳纤维复合材料及其应用，华安证券研究所 Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 83/150 证券研究报告 C/CC/C 复合材料复合材料在在 400400以上开始氧化，严重制约了其在高温有氧环境下的长时间以上开始氧化，严重制约了其在高温有氧环境下的长时间可靠使用，目前常用的方式有基体改性技术及抗氧化涂层技术。可靠使用，目前常用的方式有基体改性技术及抗氧化涂层技术。基体改性技术，在 C/C 复合材料内部添加抗氧化组元，利用“吸氧+阻氧”热防护机制可以大幅提高 C/C 复合材料的抗氧化性能与抗烧蚀性能。抗氧

213、化涂层技术即通过在 C/C 复合材料外表面形成有效的氧化防护涂层，将环境氧与材料隔离，避免材料因氧化烧蚀导致力学性能下降和外形变化。由于工艺简单、周期短，抗氧化涂层的抗氧化防护效果、耐温等级、自愈合能力等决定了 C/C 复合材料所能使用的温度等级和环境。图表图表 165165 基体改性前后基体改性前后 C/CC/C 复合材料耐烧蚀对比复合材料耐烧蚀对比 图表图表 166166 基体改性后基体改性后 C/CC/C 复合材料耐烧蚀提高原理复合材料耐烧蚀提高原理 资料来源：超高温本体抗氧化碳/碳复合材料研究，华安证券研究所 资料来源：超高温本体抗氧化碳/碳复合材料研究，华安证券研究所 图表图表 16

214、7167 碳纤维碳纤维/碳基复合材料碳基复合材料表面陶瓷基涂层制备流程表面陶瓷基涂层制备流程 资料来源：C/C 复合材料表面 ZrB2 基陶瓷涂层改性及抗氧化性能研究，华安证券研究所 Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 84/150 证券研究报告 图表图表 168168 碳纤维碳纤维/碳基复合材料表面陶瓷基涂层抗氧化性能对比碳基复合材料表面陶瓷基涂层抗氧化性能对比 资料来源：C/C 复合材料表面 ZrB2 基陶瓷涂层改性及抗氧化性能研究，华安证券研究所 2 2.2 2 价格角度价格角度：工艺设备革新及回收推动成本下降工艺设备革新及回收推动

215、成本下降是主旋律是主旋律 2 2.2.12.1 成本成本端端：工艺设备工艺设备及及规模是规模是其其成本控制成本控制的的核心核心 碳纤维碳纤维产品制备环节产品制备环节，按照生产流程来看，根据产业信息网数据，原丝制备环节成本占比最高，达到 51%，其次是碳化，成本占比约为 23%。按照成本要素来看，原材料及燃料成本占比均达到了 30%。图表图表 169169 碳纤维碳纤维/碳基复合材料不同条件下超高温涂层抗氧化模型示意图碳基复合材料不同条件下超高温涂层抗氧化模型示意图 资料来源：超高温本体抗氧化碳/碳复合材料研究，华安证券研究所 Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅

216、末页重要声明及评级说明 85/150 证券研究报告 图表图表 171171 按照成本要素来看碳纤维的成本构成按照成本要素来看碳纤维的成本构成 资料来源：RMI，华安证券研究所 图表图表 172172 不同工业领域碳纤维、预浸料和制品的单价不同工业领域碳纤维、预浸料和制品的单价（元（元/kg/kg）类别 碳纤维 预浸料 制品 体育休闲 T700S-12K 80-140 120-200 300-500 T300-12K 风电叶片梁板 T300-24K 80 150 工业领域高端应用 T700S-12K 80-140 120-200 500-1000 T300-12K 武器装备（缠绕用）T700S-

217、12K 250-300 通用飞机和无人机 T300-1K,3K,6K,12K 800-1000 2000-3000 T700S-12K 军用无人机 T300-3K,6K,12K 1500-2500 5000-8000 民用航空（国内）T300-3K,6K,12K 2500-3000 8000-10000 T800-6K,12K 军用航空（结构件）T300-3K,6K 3000 5000-7000 10000-15000 T800-6K,12K 资料来源：从国产碳纤维的处境谈碳纤维“全产业链”-五论国产碳纤维产业化之路，华安证券研究所 图表图表 170170 按照按照生产生产流程来看流程来看碳纤

218、维碳纤维的的成本构成成本构成 工艺环节 成本（美元/Kg）成本占比 原丝 5.04 51%预氧化 1.54 16%碳化 2.32 23%表面处理 0.37 4%卷绕 0.61 6%合计 9.88 100%资料来源：ORNL，华安证券研究所 Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 86/150 证券研究报告 碳纤维复合材料制备环节，碳纤维复合材料制备环节，不同阶段产品价格大幅增值，同一品种原丝的售价约 40 元/公斤，碳纤维约 180 元/公斤，预浸料约 600 元/公斤，民用复合材料约在1000 元以下/公斤，汽车复合材料约 3000 元/公

219、斤，航空复合材料约 8000 元/公斤，每一级的深加工都有大幅度的增值。从国内上市公司从国内上市公司报表报表角度，角度，原丝端以原丝端以主营碳纤维原丝的主营碳纤维原丝的吉林碳谷为例吉林碳谷为例。吉林碳谷在招股书中指出公司主要产品碳纤维原丝生产过程中直接材料占比最大，材料中以丙烯腈及油剂为主，丙烯腈及油剂成本占总材料成本的 90%左右。图表图表 173173 吉林碳谷吉林碳谷主要原材料采购情况主要原材料采购情况 主要原材料 2021 年 1-6 月 2020 年 2019 年 2018 年 丙烯腈 采购金额（万元）8,582.67 74,970.30 86,938.54 14,324.39 采购

220、量（吨）7,039.78 106,822.13 90,411.30 10,868.57 采购单价（元/吨）12,191.68 7,018.24 9,615.89 13,179.64 油剂 采购金额（万元）3,667.14 6,395.31 3,482.77 2,307.57 采购量（吨）786.48 1,279.26 645.86 416.51 采购单价（元/吨）46,627.23 49,992.26 53,924.59 55,402.61 资料来源：吉林碳谷公开发行说明书，华安证券研究所 图表图表 174174 吉林碳谷主要吉林碳谷主要能源能源采购情况采购情况 主要原材料 2021 年 1-

221、6 月 2020 年 2019 年 2018 年 水 采购金额（万元）548.87 943.25 583.19 629.56 采购量（万吨）680.42 1,185.41 797.78 619.49 采购单价（元/吨）0.81 0.80 0.73 1.02 电 采购金额（万元）1,370.00 1,967.60 1,339.83 1,304.80 采购量（万度）2,395.38 3,230.66 1,953 1,988 采购单价（元/度）0.57 0.61 0.69 0.66 气 采购金额（万元）4,213.98 5,686.97 4,056.45 3,998.52 采购量（万吨/万立方）1,

222、236.99 1,581.02 1,192.13 935.73 采购单价（元/吨/立方）3.41 3.60 3.40 4.27 注：采购水包括循环水、脱盐水、冷冻水及污水处理等，采购气包括蒸汽、氮气和压缩空气 资料来源：吉林碳谷公开发行说明书，华安证券研究所 图表图表 175175 吉林碳谷主营业务成本构成吉林碳谷主营业务成本构成 项目 2021（1-6 月）2020 2019 2018 金额/万元 占比/%金额/万元 占比/%金额/万元 占比/%金额/万元 占比/%直接材料 19,437.91 77.77 29,939.03 77.86 21,619.44 77.64 18,269.99 8

223、2.24 直接人工 1,132.23 4.53 1,309.22 3.40 812.68 2.92 415.39 1.87 制造费用 4,423.96 17.70 7,203.27 18.73 5,414.13 19.44 3,529.81 15.89 合计 24,994.10 100.00 38,451.52 100.00 27,846.25 100.00 22,215.20 100.00 资料来源：吉林碳谷公开发行说明书，华安证券研究所 碳纤维端以主营碳纤维的中复神鹰为例。碳纤维端以主营碳纤维的中复神鹰为例。中复神鹰在招股书中指出碳纤维生产所需的原材料和能源消耗较多，且具有占地面积大、设备

224、价值高的特点，导致折旧 Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 87/150 证券研究报告 摊销费用较大，因此主营业务成本主要由直接材料、制造费用构成。图表图表 176176 中复神鹰中复神鹰主营业务成本构成主营业务成本构成 项目 2021（1-6 月）2020 2019 2018 金额/万元 占比/%金额/万元 占比/%金额/万元 占比/%金额/万元 占比/%直接材料 6,462.40 32.56 8,434.35 28.12 10,137.97 33.12 9,746.68 36.26 直接人工 3,121.88 15.73 3,995.

225、27 13.32 4,682.24 15.30 3,826.00 14.23 制造费用 合计 10,128.47 51.03 17,236.09 57.47 15,791.05 51.59 13,310.25 49.51 折旧 2,438.61 12.29 4,097.82 13.66 4,094.35 13.38 3,782.55 14.07 煤炭 404.69 2.04 /2,648.79 8.65 2,257.91 8.40 电力 2,883.16 14.53 5,613.83 18.72 5,588.91 18.26 4,494.18 16.72 天然气 64.50 0.32 8.78

226、 0.03 700.51 2.29 454.81 1.69 蒸汽 2,161.49 10.89 4,944.74 16.49 580.03 1.89 /运输费 136.36 0.69 325.53 1.09 /资料来源：中复神鹰招股说明书，华安证券研究所 图表图表 177177 中复神鹰中复神鹰主要原材料采购情况主要原材料采购情况 主要原材料 2021 年 1-6 月 2020 年 2019 年 2018 年 丙烯腈 采购量（吨）6,156.72 8,057.77 7,062.92 6,235.00 采购金额（万元）7,877.99 6,180.74 7,495.90 8,534.49 采购单

227、价（万元/吨）1.28 0.77 1.06 1.37 资料来源：中复神鹰招股说明书，华安证券研究所 图表图表 178178 中复神鹰中复神鹰主要主要能源能源采购情况采购情况 主要原材料 2021 年 1-6 月 2020 年 2019 年 2018 年 电力 采购量（万度）7,937.62 10,765.58 9,906.65 8,978.96 采购金额（万元）3,813.42 6,078.63 5,843.35 5,321.73 采购单价（元/度）0.48 0.56 0.59 0.59 煤炭 采购量（吨）21,664.95-36,799.98 34,731.62 采购金额（万元）1,016.

228、06-2,612.52 2,531.58 采购单价（元/吨）468.99-709.92 728.90 天然气 采购量（万立方米）63.37 2.91 203.90 199.84 采购金额（万元）110.46 8.71 691.21 497.40 采购单价（元/立方米）1.74 2.99 3.39 2.49 蒸汽 采购量（吨）138,449.83 282,633.84 28,595.10-采购金额（万元）2,639.48 5,068.04 525.99-采购单价（元/吨）190.65 179.31 183.94-资料来源：中复神鹰招股说明书，华安证券研究所 碳纤维复材端以碳纤维复材端以拥有拥有碳

229、纤维碳纤维复材复材的的恒神股份恒神股份为例。为例。恒神股份在招股书中指出通过对碳纤维复合材料的成本结果分析，最大的成本空间是在复合材料结构件的设计和制造工艺上。Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 88/150 证券研究报告 从各环节来看，丙烯腈价格、纤维制造、制品设计制造及能耗是主要成本点。从各环节来看，丙烯腈价格、纤维制造、制品设计制造及能耗是主要成本点。丙烯腈方面，丙烯腈方面，根据恒神股份招股书披露，丙烯腈为石油化工产品，采购价格受国际石油价格波动影响。石油为大宗商品，其价格受供需关系、世界经济政治环境等多重因素影响。故丙烯腈成本碳纤

230、维企业难以自我控制。图表图表 179179 碳纤维复合材料部件成本构成碳纤维复合材料部件成本构成 资料来源：恒神股份招股书，华安证券研究所 图表图表 180180 近近一一年丙烯腈价格走势年丙烯腈价格走势（元（元/吨）吨）资料来源：百川盈孚，华安证券研究所 0200040006000800040001600018000 Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 89/150 证券研究报告 制造费用制造费用方面，方面，根据中复神鹰招股说明书披露，制造费用高主因在于碳纤维生产所需设备价值较高，折旧金额较大，一般通过工艺改进、规

231、模效应来尽可能降低成本。对于规模效应而言，生产 1kg 碳纤维需要消耗 2.2kg PAN原丝，即生产 500t 碳纤维需配备 1100tPAN 原丝生产能力。在碳纤维生产制备过程中，即使规模很小，其辅助工程、生产装备也必须齐全，因而规模效益在碳纤维生产制备过程中显得异常突出。图表图表 181181 碳纤维产线投资额度碳纤维产线投资额度 公司 项目 覆盖环节 年产能/吨 投资额/亿元 吉林碳谷 4 万吨碳纤维原丝生产线 原丝 40000 8.27 吉林化纤 1.2 万吨碳纤维复材项目(约 1 万吨碳纤维）碳丝+复材 10000 14.59 中复神鹰 西宁年产万吨高性能碳纤维及配套原丝项目 原丝

232、+碳丝 10000 20.58 光威复材 大丝束碳纤维产业化项目 原丝+碳丝 10000 20.24 光威复材 军民融合高强度碳纤维高效制备技术产业化项目 原丝+碳丝 2000 4.70 上海石化 2.4 万吨/年原丝、1.2 万吨/年 48K 大丝束碳纤维项目 原丝+碳丝 12000 35.00 中复神鹰 航空航天高性能碳纤维及原丝试验线项目 原丝+碳丝 200 2.33 中简科技 高性能碳纤维及织物产品项目 原丝+碳丝 1500 18.67 资料来源：各公司公告，华安证券研究所 图表图表 182182 碳纤维各生产环节的成本在不同量产规模下的对比（按照生产流程拆分，美元碳纤维各生产环节的成

233、本在不同量产规模下的对比（按照生产流程拆分，美元/公斤）公斤）原丝 预氧化 高温碳化 表面处理 缠绕&包装 总计 一般情景成本 5.04 1.54 2.32 0.37 0.61 9.88 万吨规模成产成本 4.64 0.99 1.48 0.33 0.41 7.85 资料来源：Oak Ridge National Laboratory，华安证券研究所 图表图表 183183 不同生产规模原丝成本构成（按照成本要素拆分）不同生产规模原丝成本构成（按照成本要素拆分）1100t/a 3300t/a 直接成本占生产总成本的比例/%79.7 84.2 固定资产折旧占生产总成本的比例/%10.5 6.6 流

234、动费用占生产总成本的比例/%9.8 9.2 单耗成本*/万元 4.784 3.807 注：*指每吨原丝的生产消耗费用合计。资料来源：PAN 基碳纤维制备成本构成分析及其控制探讨，华安证券研究所 图表图表 184184 不同生产规模碳纤维成本构成（按照成本要素拆分）不同生产规模碳纤维成本构成（按照成本要素拆分）1100t/a 3300t/a 直接成本占生产总成本的比例/%86.0 90.1 固定资产折旧占生产总成本的比例/%12.6 8.6 流动费用占生产总成本的比例/%1.4 1.3 单耗成本*/万元 15.8988 11.676 注：*指每吨原丝的生产消耗费用合计。资料来源：PAN 基碳纤维

235、制备成本构成分析及其控制探讨，华安证券研究所 Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 90/150 证券研究报告 制品设计制造制品设计制造方面，方面，碳纤维复合材料结构成型与材料成型同时完成，下游产品性能受纤维与树脂匹配性、工艺性等影响较大，因此必须发展由原丝到碳纤维再到复合材料的全产业链。下游产品的开发，要与碳纤维的研发形成一个良性互动的过程。在“生产应用改进扩大应用提高稳定”循环中发现问题，解决问题，从不稳定到逐步稳定。一般通过工艺改进来降低成本。能耗方面，能耗方面，生产过程需要高温加热环节，因而耗用大量燃料动力。考虑到天然气、电力、蒸汽

236、等价格由政府统一调控，价格相对稳定。因而碳纤维企业一般通过工艺改进来进行降本。2 2.2.2.2 2 纤维纤维端端：吃透工艺设备、降低能耗吃透工艺设备、降低能耗是是主切入点主切入点 工艺设备方面，工艺设备方面，工艺工艺没有绝对的优劣之分没有绝对的优劣之分，吃透，吃透工艺原理工艺原理、设备设备才才能掌控定价能掌控定价主动权主动权。碳纤维原丝制备及碳纤维制备方法多种多样，每一种工艺均存在优劣势，如何合理的规避工艺、设备的缺点成为关键。以近期上市的中复神鹰为例，工艺方面，以近期上市的中复神鹰为例，工艺方面，招股书披露，公司“干喷湿纺千吨级高强/百吨级中模碳纤维产业化关键技术及应用”成果荣获 2017

237、 年度国家科学技术进步一等奖，为国内碳纤维领域唯一获得该项殊荣的企业，奠定了公司在国内碳纤维领域的技术领先地位。图表图表 185185 中复神鹰部分工艺类专利中复神鹰部分工艺类专利 序号 专利号 专利名称 1 ZL200910234654.X 一种碳纤维用高强聚丙烯腈基原丝的制备方法 2 ZL200910234653.5 一种适用于干喷湿纺的高粘度纺丝原液的制备方法 3 ZL200910234655.4 碳纤维生产过程中所用原丝油剂的生产方法 4 ZL200910234312.8 一种在离子液体中制备高性能碳纤维用聚丙烯腈纺丝原液的方法 5 ZL200910232789.2 聚丙烯腈基碳纤维的

238、制备工艺 6 ZL200910234656.9 聚丙烯腈基碳纤维原丝预氧化前处理工艺 7 ZL201210463139.0 一种碳纤维上浆剂 8 ZL201410559063.0 一种适用于干湿法聚丙烯腈碳纤维原丝凝固成型的方法 9 ZL201610507033.4 一种高取向度、高细旦化聚丙烯腈基碳纤维原丝的凝固成型方法 10 ZL201410451043.1 一种碳纤维上浆后的干燥方法 11 ZL201711050153.7 包覆性碳纤维原丝油剂及其制备方法 12 ZL201711216502.8 可控碳纤维表观性能的水性乳液型碳纤维上浆剂及其制备方法 13 ZL201711050156.

239、0 低灰分聚丙烯腈基碳纤维的制备方法 14 ZL201710550785.3 一种聚丙烯腈基碳纤维原丝快速预氧化工艺 15 ZL201810759988.8 干喷湿纺低膨润度聚丙烯腈初生纤维的方法 资料来源：中复神鹰招股说明书，华安证券研究所 设备方面，设备方面，招股书披露基于保护公司核心利益等因素的考虑，公司不宜从其他方采购聚合釜、纺丝机等公司拥有核心工艺技术的关键设备，同时，江苏鹰游生产的碳纤维机器设备仅向公司销售。Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 91/150 证券研究报告 图表图表 187187 中复神鹰部分中复神鹰部分设备设备

240、类专利类专利 序号 专利号 专利名称 1 ZL201520160570.7 一种新型预氧化炉 2 ZL201520695581.5 原液过滤器 3 ZL201520695315.2 蒸汽牵伸装置 4 ZL201520780750.5 半自动堆高转运车 5 ZL201621283386.2 一种用于聚丙烯腈基碳纤维废水处理的多相催化氧化塔 6 ZL201621277228.6 一种新型低层距高容量预氧化炉 7 ZL201720703817.4 一种适用于蒸汽的汽水分离器装置 8 ZL201720704302.6 一种烘干辊体在线实时温度测试装置 9 ZL201721573073.5 一种提高压缩

241、空气干净度的装置 10 ZL201821819948.X 一种干喷湿纺空气层高度在线实时监测机器人 11 ZL201821819942.2 基于光纤光栅传感在线蒸牵机用蒸汽湿度的智能监控系统 12 ZL201821784588.4 一种适用于高纺丝速度水牵槽 13 ZL201920941536.1 一种碳纤维氧化炉在线清理装置 14 ZL201922440498.4 一种干喷湿纺碳纤维原丝生产线凝固浴温度智能控制装置 15 ZL201922397573.3 一种碳纤维在线毛断丝检测报警装置 资料来源：中复神鹰招股说明书，华安证券研究所 回顾全球企业，从专利回顾全球企业，从专利申请申请可以看出碳

242、纤维企业始终可以看出碳纤维企业始终专注专注于工艺设备革新于工艺设备革新。1980 年开始，国外碳纤维技术步入发展期，每年专利申请量均超过 60 件，且在 1989 年图表图表 186186 江苏鹰游部分设备产品江苏鹰游部分设备产品 资料来源：江苏鹰游官网，华安证券研究所 Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 92/150 证券研究报告 达到 341 件之多;20 世纪 90 年代，日本经历经济萧条、美国遭遇经济危机，该领域的专利申请数量出现下降趋势;2000 年之后，国外碳纤维技术逐步恢复发展，并逐步进入快速发展阶段。中国 1985 年开始

243、建立专利制度，因此在 1985 年之前没有专利申请;19852000 年，我国碳纤维专利技术初入萌芽期，每年专利申请量均不超过 5件。2000 年之后，全球碳纤维技术领域专利申请量开始呈现增长态势，尤其是 2010年之后，我国专利申请数量急速增长，每年专利申请量超过 300 件，标志着我国碳纤维技术迈入快速发展期。图表图表 188188 国外碳纤维企业在中国专利申请趋势国外碳纤维企业在中国专利申请趋势 资料来源：基于专利分析的碳纤维技术发展研究，华安证券研究所 图表图表 189189 专利技术分布情况（单位：件）专利技术分布情况（单位：件）资料来源：碳纤维企业专利技术壁垒的探讨与防范，华安证券

244、研究所 Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 93/150 证券研究报告 海外企业以三菱丽阳为例，海外企业以三菱丽阳为例，三菱丽阳公司 2007 年以来的专利申请涉及了制备过程中的各个环节，其中控制原丝质量、碳纤维质量占比非常大;碳纤维设备包括喷丝/拉丝设备、热处理设备(碳化炉、石墨化炉)、预氧化炉、包装设备等，是实现碳纤维生产并进一步提高碳纤维质量的关键要素;随着聚合工艺的发展，与原液可纺性相关的研究例如共聚单体改性、聚合体系中引发剂的选择、共混改性、聚合工艺参数的选择、聚丙烯腈产物的分子量/PDI 的控制、聚合溶剂的选择、聚合具体工艺等

245、逐渐趋于成熟，但仍有部分专利涉及相关工艺的完善。图表图表 191191 三菱丽阳公司氨基改性有机硅纺丝油剂三菱丽阳公司氨基改性有机硅纺丝油剂 图表图表 192192 东丽公司蒸汽牵伸装置示意图东丽公司蒸汽牵伸装置示意图 资料来源：基于专利分析的碳纤维技术发展研究，华安证券研究所 资料来源：基于专利分析的碳纤维技术发展研究，华安证券研究所 能耗方面，能耗方面，预氧化时间约占生产总时间预氧化时间约占生产总时间 9 90 0%以上。所以预氧化工序是控制产量以上。所以预氧化工序是控制产量和生产成本的关键。因此在保证质量的前提下，如何缩短预氧化时间是当前难点和生产成本的关键。因此在保证质量的前提下，如何

246、缩短预氧化时间是当前难点。在聚丙烯腈基碳纤维制备过程中，预氧化是决定碳纤维各项指标的关键步骤之一。温度和时间是预氧化过程中 2 个最为重要的参数，在工艺制定过程中，需要综合考虑温度和时间的影响，预氧化不仅控制碳纤维的产量，同时也控制碳纤维的质量。工艺方面，如何缩短预氧化时间的同时降低皮芯结构的生成，对碳纤维生图表图表 190190 三菱丽阳三菱丽阳 20072007 年以来碳纤维技术发年以来碳纤维技术发展路线图展路线图 资料来源：基于专利分析的碳纤维技术发展研究，华安证券研究所 Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 94/150 证券研究报

247、告 产成本的降低以及性能的提高具有十分重要的意义。图表图表 193193 P PANAN 基碳纤维缩短预氧化工艺时间的部分专利基碳纤维缩短预氧化工艺时间的部分专利 序号 专利号 专利名称 相关措施 达到的效果 1 CN201911018483.7 聚丙烯腈基碳纤维原丝的快速预氧化方法 优化聚合配方和配比,以丙烯腈,含亚胺结构的酸和不饱和脂类为原料进行共聚制备碳纤维原丝;将原丝在依次在两温区连续化氧化炉中进行梯度升温 预氧化时间从常规的 60-90min，减少至 20-40min 2 CN201710550785.3 一种聚丙烯腈基碳纤维原丝快速预氧化工艺 用热风循环处理,大幅度缩短预氧化时间

248、将传统的大于60min 的预氧化时间缩短到 40min 内 3 CN201911003847.4 大丝束碳纤维快速预氧化方法 在预氧化初期采用氧含量相对空气较低的工艺气,是为了使大丝束原丝先发生环化反应,由于环机构发生氧化反应的活化能较低,使得预氧化中后期的温度和所需时间大大降低 所需的预氧化时间在 30-40min 之间，所需的预氧化温度为 250-270 4 CN202011472716.3 一种聚丙烯腈纤维原丝快速预氧化方法 在室温下，将聚丙烯腈原丝置于质量分数为 15的磷酸二氢铵溶液中浸润 1060min，得到改性聚丙烯腈原丝；将改性的聚丙烯腈原丝烘干，烘干时间为 1030min；在流

249、动空气气氛中，对改性聚丙烯腈原丝进行预氧化处理，预氧化工艺控制升温速率为 25/min，当升温至 180240后，保温 1030min 缩短了碳纤维的制备时间 5 CN201110182715.X 一种快速氧化的聚丙烯腈纤维的制备方法 将聚丙烯腈粉末与离子液体按重量比 10.25-11.8 混合均匀,于 120-220并通入含氧气体进行熔融纺丝,即得初生丝；(2)上述初生丝进行干热拉伸,拉伸温度为 80-180,总牵伸倍数为 2-10 倍,将牵伸后的纤维在 50-80用萃取剂进行萃取,最后进行热定型即得聚丙烯腈纤维 工艺简单，成本低 6 KR101690437B1 FLAME-PROOFED

250、FIBER BUNDLE,CARBON FIBER BUNDLE,AND PROCESSES FOR PRODUCING THESE 在 200-300的氧化气氛中加热得到单纤维密度为 1.26-1.36g/cm3的耐高温预氧化纤维束，再与满足表面温度递增、温度范围为 240-400等条件的加热体组接触加热，最终制得预氧丝 预氧化处理时间短，也能制备氧化较为均匀的预氧丝 资料来源：CNKI，华安证券研究所 设备方面，目前工业化生产中的预氧化处理设备多为热风循环式预氧化炉，通过热风循环系统能够多次利用热风，减少热能量损失。已知为防止预氧化处理过程中单纤维间发生熔接，会采取给予前体纤维丝束油剂的方

251、法，但油剂在预氧化热处理过程中易挥发，所产生的杂质长期滞留在热风循环系统内难以排出，很容易粘附在纤维丝上从而导致在后续碳化过程中发生起毛、单纤维断裂。如果不及时对预氧化炉内加以清洗，可能会导致排风口处用于风速整流的多孔板发生堵塞，阻碍热风循环，轻则引发断纱，重则导致火灾。但对预氧化炉进行清洗，需要停止设备的运行，十分影响生产效率，且清洗费用庞大。Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 95/150 证券研究报告 图表图表 194194 碳纤维碳纤维预氧化炉改进预氧化炉改进的部分专利的部分专利 序号 专利号 装置图 相关措施 达到的效果 1 T

252、W201842250A 朝垂直于预氧化炉壁面的方向，用超过 2 MPa 压力的清洗液体清洗预氧化炉，将该液体排出炉外，再使用送风机在炉内循环温度为 40以上的氧化性气体，以达到充分的清洗效果。能够减少清扫预氧化炉所需要的时间、劳力和维护费用，有利于预氧化炉长期稳定地运行，提高预氧化纤维丝的生产率和品质。2 CN202121101065.7 主体清理箱顶端的一侧安装有入料管道,所述稳固环安装在分流管的外侧壁,所述稳固环的两端均安装有安装栓,所述安装环的一侧安装有防护垫板。通过将稳固环进行安装处理,紧接着用安装栓对其进行安装处理,使其达到一个稳定的状态,紧接着将铰接杆将安装环进行安装处理,使其具有

253、一定的调整范围,与此同时在防护垫板的设置下使其具有一定的垫性防护能力,从而提高了其整体的稳固能力,使其分流管和第二连接管在工作的过程中更加稳定,不易造成对整体的破坏,并且使得水流在流动的过程中更加顺畅。资料来源：CNKI，华安证券研究所 2 2.2.2.3 3 制品制品端端：新型工艺及设计制造一体化新型工艺及设计制造一体化未来可期未来可期 Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 96/150 证券研究报告 当前复合材料低成本化技术发展方向主要有非热压罐成型工艺当前复合材料低成本化技术发展方向主要有非热压罐成型工艺(Out(Out-ofof-a

254、utoclaveautoclave，简称，简称 OOA)OOA)、液体成型工艺、液体成型工艺、快速固化成型技术、低温固化成型技术快速固化成型技术、低温固化成型技术及设及设计制造一体化技术计制造一体化技术等，其中快速固化成型技术是当前发展的有效降低成本、提高效等，其中快速固化成型技术是当前发展的有效降低成本、提高效率的成型技术，具有非常重要的工程应用价值。率的成型技术，具有非常重要的工程应用价值。据估算复合材料制造成本占总成本50%以上，成本高的主要原因是原料贵、成型周期长、能耗大、生产效率低、工艺辅料昂贵等。根据低成本非热压罐工艺在飞机复材结构上的应用一文披露，对于采用热压罐固化的先进复合材料

255、结构，材料成本占总成本约 15%左右，设计成本仅占总成本的 5%，其余成本大部分为复合材料铺贴、固化、修切和装配等制造成本，制造成本通常占复合材料制件总成本的 70-80%。美国飞机制造商统计结果表明，在复合材料产品成本比例中，铺层占 25%、装配占 45%、固化占 10%，可以看出，复合材料产品成本集中于与人工密切相关的部分。图表图表 195195 碳纤维碳纤维复材结构高成本因素和低成本对策复材结构高成本因素和低成本对策 高成本因素 低成本对策 高成本因素 低成本对策 原材料/预浸料制备成本高 大丝束技术，规模化生产等 材料须保存在低温环境中，保存运输成本高 改进配方和组分，开发长寿命树脂体

256、系，降低储存要求 下料利用率低，仅60%比例用于最终产品 数字化展开技术，自动精确下料 生产环境要求高，需要净化车间，人员须保护/铺贴工作量大、工时高，需要多次压实 自动铺带/铺丝，提高效率质量，减少人工成本，节省材料 贵金属、高精度、长寿命模具成本高，模具维护费用高 视研制/批产要求，结合工艺合理选择低成本模具 热压罐购置成本很高 开发各种非热压罐技术，包括液体成型工艺、电子束固化技术等 热压罐使用成本高，辅料成本很高 开发中低温、低压固化材料，降低能耗，降低对辅料及设备的要求 修切装配成本较高 大型化、整体化结构设计，共固化共胶接工艺 无损检验，缺陷修补成本高 损伤容限设计，合理确定验收技

257、术条件，修理标准化、规范化 质量不稳定性带来潜在成本高 完善工艺规范，各个工艺环节严把质量关 相关工艺设备的购置成本高 生产自动化，设备成本抵消人共成本 适航验证体系复杂，积木式验证耗费很高 适航手续和过程标准化、规格化，充分借鉴成功经验 性能数据未公共标准化，试验耗费高 共用数据库，实现数据共享 材料、工艺选择不合理，设计工艺脱节导致潜在返工、装配高成本 数字化设计与协调，积极推进知识工程，设计制造无缝集成 设计许用值目前低，无法充分发挥复材优势 改进材料体系，改进复材性能表征方法，提高许用值，实现高减重 资料来源：低成本非热压罐工艺在飞机复材结构上的应用，华安证券研究所 非热压罐成型工艺非

258、热压罐成型工艺(Out(Out-ofof-autoclaveautoclave，简称，简称 OOA)OOA)技术方面，技术方面，在复合材料构件快速发展应用及低成本、超大型的制造需求下，低成本的非热压罐成型技术已经成为复合材料领域的核心问题。而在众多非热压罐成型技术中，非热压罐-预浸料技术的铺贴和包覆过程与热压罐工艺相近，只是将固化场所转移到造价更便宜、尺寸受限更小的烘箱或固化炉中，基本继承了热压罐成型工艺的优点，被认为是最有可能大规模实现的非热压罐成型技术。Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 97/150 证券研究报告 图表图表 1961

259、96 非热压罐成型工艺技术衍生的三代复材特点非热压罐成型工艺技术衍生的三代复材特点 代际 典型公司的典型产品 相关产品图片 第一代 OOAOOA 材料 洛马公司的 dark star 无人侦察机及波音公司的 X45A 无人战斗机等用到的 LTM45 材料、美国 Delta 3 运载火箭的 LTM45 低温成型材料体系等 第二代 OOAOOA 材料 ACG 公司的 MTM 系列预浸料、Cytec 公司的Cycom5215 预浸料等 第三代 OOAOOA 材料 Cytec 公司的 5320 系列 资料来源：低成本非热压罐工艺在飞机复材结构上的应用，华安证券研究所 图表图表 197197 国际高性能

260、碳纤维国际高性能碳纤维/环氧树脂环氧树脂 OoAOoA 预浸料货架产品预浸料货架产品 公司 树脂体系 固化条件 应用 ACG(Cytec)IM7/MTM44-1 130/2h+180/2h A350 副翼、襟翼、翼盒壁板、整流罩等 IM7/MTM45-1 130/2h+180/2h ACCA 机身，白色骑士飞机机身和机翼 T700/MTM46 120/1h+180/1h Columbia 400 Cytec IM7/CYCOM 5320-1 121/2h+177/2h 液氢储箱，庞巴迪里尔飞机主承力结构 Hexcel IM7/M56 110/1h+180/2h A320 整流罩 Toray T

261、700/2510 93/2h+132/2h 西锐 SR 飞机翼梁，通飞 AG300 Tencate TR50S/TC275 135/2h 西锐 SF50 飞机机体 资料来源：低成本非热压罐工艺在飞机复材结构上的应用，华安证券研究所 Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 98/150 证券研究报告 OOA 树脂相比于热压罐成型树脂自身挥发物含量应该更低、流变行为更精细可控。因此在树脂制备过程中，尽量采用真空条件制备，尽可能除去树脂体系中夹杂的空气、水汽和易挥发物，如果需要保存，则注意密封。OOA 预浸料在浸渍程度和室温储存期两方面应具备更高的

262、要求。此外，另外，OOA 成型技术突破了热压罐尺寸限制，适合于制造大型和超大型结构件，考虑到制造工期，预浸料应具备更长的室温储存期，目前主流 OOA 预浸料室温储存期一般都不少于 30d。图表图表 199199 OOAOOA 树脂树脂粘粘度度-温度曲线温度曲线 图表图表 200200 Cytec 5320/IM7Cytec 5320/IM7 预浸料浸润状况预浸料浸润状况 资料来源：低成本非热压罐工艺在飞机复材结构上的应用，华安证券研究所 资料来源：低成本非热压罐工艺在飞机复材结构上的应用，华安证券研究所 图表图表 198198 低成本的低成本的 OOAOOA 工艺（与热压罐成型工艺相比）工艺（

263、与热压罐成型工艺相比）资料来源：航空航天领域先进复合材料制造技术进展，华安证券研究所 Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 99/150 证券研究报告 真空固化成型工艺步骤基本与热压罐固化工艺步骤相同，但需在预浸料铺覆时尽量减少夹杂、包裹气体，国际上常用的做法是长时间的预压实过程，每铺覆几层，即抽一次真空压实一定时间，尽可能多地排除铺层中夹裹的气体。但预压实过程并非必需步骤，可以用较低温度的短时恒温来替代漫长的预压实过程。图表图表 201201 OOAOOA 工艺中工艺中 DVBDVB 工装示意图工装示意图 资料来源：低成本非热压罐工艺在飞

264、机复材结构上的应用，华安证券研究所 图表图表 202202 国内国内 O OOAOA 工艺的部分专利工艺的部分专利 序号 专利号 专利名称 相关措施 达到的效果 1 CN202111434821.2 一种 OOA 工艺用环氧树脂组合物及其复合材料制备方法 环氧树脂混合物为 50-70 份,所述固化剂为 20-25 份,所述促进剂为 2-5 份,所述增韧剂为 3-5 份；所述液态四官能度环氧树脂为 30-42 份；所述酚醛型环氧树脂为 20-28份；所述增韧剂包括单壁碳纳米管和环氧树脂。制备得到的树脂基复合材料具有孔隙率低,力学性能优异的优点 2 CN202111316509.3 一种大尺寸复合

265、材料筒体的非热压罐成型方法 将用于目标筒体成型的复合材料预浸料铺覆在芯模的外表面,随后安装阴模,使阴模和芯模组合形成目标筒体的成型模腔；芯模受热膨胀,挤压复合材料预浸料铺层,使其厚度与目标筒体的设计厚度相等,随后进行固化处理；得到目标筒体产品 可以在铺设复合材料预浸料时额外铺设多层预浸料 3 CN202111382009.X 一种适用于非热压罐成型的基体树脂及其制备方法 通过将结构近似,但具有不同软化点的固体环氧树脂混合后快速冷却,制成了具有较低熔点,且粘度对温度非常敏感的低熔点共混物,则可制备在固化前具有低粘度(1000mPas),较长工艺窗口(30min)的基体树脂 合材料性能与热压罐成型

266、复合材料相当,制造成本和难度可大幅降低 4 CN201910692750.2 一种非热压罐成型中温固化预浸料制备方法 首先配制树脂基体,树脂基体需满足特定的要求,之后对树脂基体进行加热,调节树脂基体粘度,并采用涂膜工艺将树脂基体制成树脂胶膜；最后将制备的树脂胶膜含浸到纤维增强材料上制备得到预浸料 降低成型后制件的空隙率,提高了制件的力学性能,极大地降低了制造成本,提高产品质量 资料来源：CNKI，华安证券研究所 液体成型工艺（液体成型工艺（Liquid Composite MoldingLiquid Composite Molding，LCMLCM）是将液态树脂（或加热熔化）是将液态树脂（或加

267、热熔化 Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 100/150 证券研究报告 预置的树脂膜）注入铺在模具上的纤维预成型体，树脂在流动的同时完成纤维的浸预置的树脂膜）注入铺在模具上的纤维预成型体，树脂在流动的同时完成纤维的浸润并经固化成为制品，可以省略预浸料加工、预浸料低温储存和使用昂贵的热压罐润并经固化成为制品，可以省略预浸料加工、预浸料低温储存和使用昂贵的热压罐 3 3 道工艺过程。道工艺过程。LCM 工艺主要包括三大类：即树脂传递模塑成型（Resin Transfer Molded，RTM）、真空辅助树脂渗透成型（Vacuum Assis

268、ted Resin Infusion，VARI）和树脂膜渗透成型（Resin Film Infusion，RFI）。RTM 的特点是采用闭合模具；VARI的特点是仅有单侧开放模具，并仅需真空袋压；RFI 的特点是树脂以薄膜形式铺放在干预制体的层间，只有单侧开放模具，仅需真空袋压（也有部分采用热压罐固化）。液体成型工艺在航天结构中也得到了应用，如美国 Lockheed Martin（洛克希图表图表 203203 低成本的液体成型工艺（与热压罐成型工艺相比）低成本的液体成型工艺（与热压罐成型工艺相比）资料来源：航空航天领域先进复合材料制造技术进展，华安证券研究所 图表图表 204204 液体成型工

269、艺中制备预制体所需的设备液体成型工艺中制备预制体所需的设备 资料来源：航空航天领域先进复合材料制造技术进展，华安证券研究所 Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 101/150 证券研究报告 德马丁）公司用液体成型工艺制造出 UGM133A 三叉戟2 弹道导弹结构件，使原来的 61 个部件减少到了 1 个，大大降低了制造成本；Hercules 公司使用玻璃纤维与碳纤维混编的预制体制造导弹机翼等部件，其成本仅为连续纤维缠绕工艺的 30%左右。我国航天材料及工艺研究所已将此工艺应用于帽形件、筒体、电缆罩和天线罩等部件的加工，采用 VARI 工艺

270、制备了满足要求的大型复合材料贮运发射箱。图表图表 205205 采用采用 RFIRFI 工艺的工艺的 A380A380 复合材料后压力框复合材料后压力框 图表图表 206206 采用采用 VARIVARI 工艺成型的复合材料机身壁板工艺成型的复合材料机身壁板 资料来源：航空航天领域先进复合材料制造技术进展，华安证券研究所 资料来源：航空航天领域先进复合材料制造技术进展，华安证券研究所 快速固化成型技术方面，快速固化成型技术方面，快速固化成型的关键技术是指树脂体系在室温下有一定储存稳定性，当升高至特定温度时快速反应固化，温度越高固化速率越快，一般固化时间不足 20min，最快约 2min 可实现

271、固化。采用快速固化成型复合材料技术在降低成本和提高效率方面已达成共识，世界上几家大的复合材料制造厂商都分别发展了各自的快速固化预浸料体系，主要有美国 Hexcel 公司的 M77 可实现 150下2min 固化，固瑞特公司的 VelinoxTM100 可实现 130下 10min 固化，日本 Toray 公司的 P3831C 可实现 150下 10min 固化。2021 年 5 月 10 日，日本三菱化学公司宣布开发出 60s 快速固化碳纤维预浸料产品，并已正式开始销售。图表图表 207207 国内外主要快速固化树脂体系国内外主要快速固化树脂体系 公司 牌号 固化时间/min 储存期 Hexc

272、el HexPly M77 2(150)6 周(23)Gurit VelinoxTM 100 10(130)6 月(20)，4 月(35)SGL FT1021 10(160)2 周(25)Toray P3831C 10(300 F)Mitsubishi Rayon PYROFILTM#395 5(140)1 月(25)Tencate EX-1531A 1015(250 F)1 月(25)EX-1547 1015(250 F)14 天(25)EX-1548 15(250 F)1 月(25)ZMG ZMR2110,ZMR2111 15(121)30 天(25)中航复材 ACTECH 1201 15

273、(130)，5(150)1 月(25)资料来源：快速固化碳纤维复合材料及其在汽车领域的应用，华安证券研究所 Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 102/150 证券研究报告 图表图表 208208 快速固化复合材料性能快速固化复合材料性能 牌号 厂商 固化制度 玻璃化转变温度/凝胶时间 储存期 增强纤维 HexPly M77 美国赫氏 130下 5min 或150 下 2min 135 135下 3min -18下 12 个月；室温下 60 天 单向碳纤维 R02 日本三菱人造丝 140下 3min 或150下 2min 160 140下

274、 2min 20下 40 天 TR50S 碳纤维 R02 日本三菱人造丝 140下 3min 或150下 2min 160 140下 1.3 min 20下 40 天 TR50S 碳纤维 牌号 厂商 纤维面密度/(gm-2)树脂质量分数 0拉伸强度/MPa 0拉伸模量/GPa 层间剪切强度/MPa HexPly M77 美国赫氏 150 或 600 38%3%或39%3%2 400 140 78 R02 日本三菱人造丝 125 或 250 30%2 421 141 98 R02 日本三菱人造丝 125 或 250 30%2096 138 84 资料来源：快速固化碳纤维复合材料及其在汽车领域的应

275、用，华安证券研究所 考虑到预浸料需要冷藏运输，具有潜伏性的快速固化环氧树脂体系也逐步成为考虑到预浸料需要冷藏运输，具有潜伏性的快速固化环氧树脂体系也逐步成为趋势。趋势。环氧树脂固化剂同样有很多种类，按照与树脂混合后，在常温常态下的储存稳定性可以分为两种：普通固化剂和潜伏性固化剂。普通固化剂主要包括：咪唑类、硫醇类、脂肪族多胺和脂环族多胺等。其室温下就可以固化环氧树脂，因此在使用之前必须与环氧树脂分开储存，并且在配制时因为流动性差，非常容易发生混合不均匀的现象。而潜伏性固化剂则能有效解决以上问题。潜伏性固化剂在常温常态下保持与环氧树脂体系的反应惰性，当达到特定条件时，才会大规模地引发环氧基团反应

276、，因此，其与环氧树脂混合体系具有较长的储存期。图表图表 209209 主要的主要的潜伏性环氧树脂固化体系潜伏性环氧树脂固化体系 体系 适用期 固化条件 优点 缺点 双氰胺/环氧树脂体系 6-12 个月 160-60 min/180-20 min 通过改性以及复配促进剂确实能够降低固化温度，提高与 EP 的混溶性 化学改性较为复杂且产率不高，物理溶解 DICY 会有溶剂残留影响固化物的力学性能 咪唑衍生物/环氧树脂体系 1-4 个月 150 低用量；固化活性高，树 脂可中温固化；固化物机械性能好，有较高的热变形温度 高温易挥发；有一定吸湿性；活性高，与环氧树脂混合体系存储期短 微胶囊化固化剂/环

277、氧树脂体系*在不降低固化剂活性的前提下，提高了固化剂与环氧体系的储存稳定性 制备胶囊的工艺要求非常严格 三氟化硼-胺络合物/环氧树脂体系*（140/1 h）+（160/2 h）常温下有很好的稳定性，而在升温时能快速固化环氧树脂 制备过程较为苛刻 光或紫外线分解固化剂/环氧树脂体系*表面固化性优良、固化收缩小、树脂混合物储存稳定性好 易受湿度和温度的影响、制作成本高、应用程度低 注：不同组成差别很大 资料来源：CNKI，华安证券研究所 Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 103/150 证券研究报告 在产品应用方面，快速固化预浸料主要应用于

278、汽车、体育、通用航空等领域，尤其是适于汽车制造领域。快速固化预浸料/复合材料正得到快速推广应用。如 HEXCEL的快速固化复合材料体系正在汽车和体育用品领域大规模推广应用，GURIT 快速固化预浸料/复合材料产品已经应用于汽车引擎盖、前后保险杠等，日本三菱人造丝公司的碳纤维快速固化预浸料 R02 用于生产斯巴鲁翼豹（impreza）汽车的引擎盖，使用后比原来钢制引擎盖轻 63%，减质量 9.2kg；东邦公司与丰田（TOYOTA）汽车公司合作，使用其 10min 内快速固化碳纤维预浸料生产 LEA 跑车。其他掌握快速固化预浸料技术的企业如三菱也都把快速固化预浸料技术应用于汽车作为一项重要的研发推

279、广内容，充分认识到该技术将对复合材料在汽车等工业领域中发挥重要作用，正在积极推广应用。图表图表 210210 日本日本 DICDIC 株式会社预浸料片的固化时间为全球最短仅为株式会社预浸料片的固化时间为全球最短仅为 3030 秒秒 资料来源：搜狐新闻，华安证券研究所 在国内，中航复合材料有限责任公司推出的 ACTECH 1201 快速固化复合材料已图表图表 211211 中航复材与汽车厂商合作开发的中航复材与汽车厂商合作开发的 1212 米全复合材料车身的新能源客车米全复合材料车身的新能源客车 资料来源：搜狐新闻，华安证券研究所 Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请

280、参阅末页重要声明及评级说明 104/150 证券研究报告 经在电动大巴车主承力结构上得到验证和应用，并与国内多家碳纤维厂商及汽车厂商合作联手推动碳纤维复合材料在汽车零部件领域的应用。快速固化预浸料在某电动汽车电池箱、某新能源汽车引擎盖、某无人机螺旋桨等汽车及民用航空领域获得考核应用，获得用户的高度评价：“ACTECH 1201 系列预浸料可实现快速固化成型，可在 130-150、3-15 分钟完成固化，该预浸料铺覆性好，室温储存期长，耐热性良好（Tg140），复合材料生产周期可由原来的 360 分钟缩短到 50 分钟。通过改造模具和固化工艺可进一步缩短成型周期，以满足大批量、快节奏生产的需要。

281、”低温固化成型技术方面，低温固化成型技术方面，目前高性能环氧树脂复合材料制造大多采用预浸料形式，在中高温固化（120-180）成型。较高的固化温度不但增加了复材的内应力，影响制件的尺寸精度，而且还使得制造成本较高，即使小批量制造，成本也在 60%-70%，其中的高能耗、长成型周期、耐温工装模具和辅料都提高了制造成本。中低温固化一般是在 70-90固化，可以采用非热压罐固化，有效降低固化应力，大幅度降低复合材料制造成本。低温固化复合材料具有固化温度低，固化过程中产生的内应力小，制备成本较低等优势，并可通过脱模后的自由高温后处理工艺来提升复合材料的力学性能和耐热性，是复合材料低成本制造技术的重要发

282、展方向之一。常见的低温固化复合材料多见于湿法缠绕工艺及 RTM 工艺和真空灌注工艺制备，其采用的树脂体系适用期一般为几个小时。采用预浸料形式来制备低温固化复合材料并不多见，主要是由于一般的低温固化树脂体系适用期只有几个小时，做成预浸料后很快就会发生固化，无法满足某些零部件采用预浸料制造时预浸、裁切、铺叠等工序的时间要求。因此低温固化预浸料需要解决低温固化和室温适用期之间的矛盾，即要求树脂体系满足固化温度低，室温适用期长等要求，同时低温预浸料的制备尤其是采用热熔法工艺制图表图表 212212 CTCT 飞机应用了飞机应用了 HexPlyM7HexPlyM79 9 低温固化环氧树脂基体预浸料低温固

283、化环氧树脂基体预浸料 资料来源：搜狐新闻，华安证券研究所 Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 105/150 证券研究报告 备时还要满足预浸料的制备工艺要求，即在低温下能够制备树脂胶膜和进行胶膜与纤维的预浸。因此，市面上见诸报道的热熔法制备的低温预浸料非常少。图表图表 213213 国内国内低温固化成型低温固化成型工艺的部分专利工艺的部分专利 序号 专利号 专利名称 相关措施 达到的效果 1 CN202110301267.4 一种长贮存期低温固化环氧树脂基预浸料及其制备方法 由 Lycure M-10 潜伏性低温固化剂和固体环氧树脂与液体

284、环氧树脂混合组成；预浸料中的增强纤维可以是碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维等及其织物形式,采用热熔法工艺制备,首先采用涂膜机在 40下制备树脂胶膜,然后将树脂胶膜与增强纤维在预浸机上于 40-45下复合,然后冷却、切边、覆膜、收卷得到低温固化预浸料 预浸料具有制备温度低、固化温度低、固化时间短、室温适用期长、可实现批量制备、性能与高温固化预浸料相差不大等优点 2 CN202210202067.8 一种中低温快速固化的大厚度立体织物预浸料及制备方法 由中低温快速固化的树脂和大厚度立体织物构成,所述的预浸料树脂含量为 10-60 适用于中低温快速固化树脂制备织物预浸料 3 CN202110234566.

285、0 一种中低温快速固化的环氧树脂组合物、环氧树脂基复合材料及其制备方法 中低温快速固化的环氧树脂组合物包括以下组分：100 份环氧树脂、0.1-5 份咪唑类促进剂、2-40 份填料、30-200 份酸酐类固化剂、1-40 份增韧剂、0.5-10 份脱模剂 可明显缩短环氧树脂基复合材料的中低温固化时间,显著提高复合材料在拉挤成型工艺中的拉挤速度 4 CN201610361646.1 一种低温固化环氧树脂碳纤维预浸料及其制备方法 将液态环氧树脂、半固态环氧树脂与固态环氧树脂于 80-90搅拌完全,得混合液 A；将混合液 A 与固化剂于 50-70搅拌完全,得混合液 B；向混合液 B 中加入促进剂,

286、于50-70搅拌均匀后,得混合液 C；向混合液 C 中加入消泡剂,于 50-70搅拌均匀后,得混合液 D；将混合液 D 置于涂胶机中,在 50-70制得胶膜；将胶膜从预浸料机上、下胶膜辊中引出,并和碳纤维形成夹芯结构,通过 50-70热压辊,然后切边、覆 PE 膜、收卷,收卷后于 40-50熟化 1-10h 预浸料可在较低温度下短时间完成固化,降低能耗,节省成本 5 CN201611194268.9 高强度、中低温快速固化的环氧树脂碳纤维复合材料及其制备方法 1)将多种环氧树脂加热熔融以制得环氧树脂混合液 A；2)将丁腈橡胶与环氧树脂混合液 A 混合并加热以制得混合液 B；3)将催化剂与混合液

287、 B 混合以形成混合液 C；4)将固化剂与混合液 C 混合以形成混合液 D；5)将促进剂与混合液 D 混合以形成混合液 E；6)将混合液 E 烘烤、涂胶处理以制得胶膜,接着将碳纤维与胶膜复合、热压以制得环氧树脂碳纤维复合材料。环氧树脂碳纤维复合材料具有优异的固化温度、力学性能和化学稳定性,同时该制备方法具有工序简单、原料易得的优点 资料来源：CNKI，华安证券研究所 材料材料-制造一体化的快速固化工艺方面，制造一体化的快速固化工艺方面，为适应汽车制造工业的特点和需要，必须实现复合材料的低成本快速成型。为降低材料和制造成本，汽车用复合材料零部件的生产需要实现材料-制造的一体化自动化低成本制造。模

288、压工艺、高压 RTM 工艺（HP-RTM）等工艺目前应用最为广泛。树脂方面，聚氨酯、环氧等具备快速固化性质的树脂是当前的研究热点，环氧树脂适 Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 106/150 证券研究报告 合于预浸料模压及 HP-RTM 等多种工艺世界生产 HP-RTM 设备的厂商包括DIEFFENBACHER、SCHULER、TECNALIA 等企业。图表图表 214214 德国汽车生产线使用的模压流程德国汽车生产线使用的模压流程 资料来源：快速固化碳纤维复合材料及其在汽车领域的应用，华安证券研究所 GIM（Gap Impregnat

289、ion System）工艺是由德国 BREYER 公司与亚琛工业大学联合针对汽车复合材料零件快速成型开发的工艺。将纤维编织物垂直放置于模具上，树脂在真空下注射，两端模具和模固化。该成型工艺的主要特点是产品固化时间短（5-15 min）、注射压力低（1MPa）、可做夹芯结构（芯材为闭孔泡沫）。目前 GIM 成型生产线已经在福特某车型的引擎盖得到应用。图表图表 215215 HPHP-RTMRTM 生产设备生产设备 资料来源：搜狐新闻，华安证券研究所 Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 107/150 证券研究报告 图表图表 216216 G

290、IMGIM 流程图流程图 图表图表 217217 BREYERBREYER 公司的公司的 GIMRGIMR 生产设备生产设备 资料来源：快速固化碳纤维复合材料及其在汽车领域的应用，华安证券研究所 资料来源：快速固化碳纤维复合材料及其在汽车领域的应用，华安证券研究所 与传统的工艺相比，3D 打印技术在结构设计方面具有很大的优势。3D 打印可以更简单方便地制造出传统工艺难以加工制造复杂结构，在结构的设计空间更广的同时也具备结构可定制化的优势，通过结构的设计和制造一体化流程，每个人都可以设计并制造出自己需要的结构。虽然 3D 打印技术在结构设计方面的优势表现突出，但在材料方面，主流的聚合物 3D 打

291、印材料无法满足模型在力学性能上的要求，而纤维增强 3D 打印复合材料可以弥补3D 打印技术在力学性能上的不足。图表图表 218218 通过各种传统和通过各种传统和 AMAM 技术制造的部件的抗拉强度与纤维体积分数对比图技术制造的部件的抗拉强度与纤维体积分数对比图 资料来源：3D 打印纤维增强复合材料工艺和力学性能研究进展，华安证券研究所 Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 108/150 证券研究报告 常用的纤维增强复合材料 3D 打印成型工艺根据实现方法不同，主要分为材料挤出成型、液态沉积成型、光固化成型、粉末烧结成型和分层实体制造成型

292、等。图表图表 219219 3D3D 打印纤维增强复合材料的制备工艺、材料类型和优缺点打印纤维增强复合材料的制备工艺、材料类型和优缺点 制备工艺 材料类型 优点 缺点 材料挤出成型（FFF,LDM）FFF 含有纤维的热塑性聚合物线材 LDM 分散在液体中的有一定浓度的粒子 成本低；工艺简单；材料选择范围宽 层间性能差；易堵塞喷嘴 光固化成型（SLA）含光敏单体树脂 高分辨率；随机排布的短纤维带来各向同性的力学性能 材料选择范围窄；纤维在树脂中易沉降；紫外光穿透性差；易形成气孔 粉末烧结成型（SLS)压实的细粉末 分辨高；未烧结的粉末可再次利用；增强部件可承受大载荷 打印速度慢；材料成本高；孔隙

293、率高；无法打印长纤维或连续纤维增强复合材料；制品表面粗糙 分层实体制造成型（LOM,CBAM）聚合物复合材料片材 制备高强度的制件；成本低；无需后处理；无需支撑结构 材料利用率低；难以制备具有复杂内部腔体的结构 资料来源：3D 打印纤维增强复合材料工艺和力学性能研究进展，华安证券研究所 图表图表 220220 基于基于 FFFFFF 工艺制备的连续纤维热塑性复合材料的打印工艺示意图工艺制备的连续纤维热塑性复合材料的打印工艺示意图 注：(a)-(b)单喷嘴打印；(c)双喷嘴打印 资料来源：3D 打印纤维增强复合材料工艺和力学性能研究进展，华安证券研究所 Table_CompanyRptType

294、行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 109/150 证券研究报告 材料挤出成型是采用喷嘴挤出熔融线材的一种成型方法，又称为熔融沉积成型或熔融线材制造(FFF)成型方法。FFF 是目前应用最为广泛的 3D 打印方法，具有成本低、打印速度快、材料选择范围广等优点，但其成型的尺寸稳定性一般偏低、打印制品的层间性能偏弱。利用 FFF 方法可直接采用含有短纤维的热塑性树脂线材代替纯树脂线材，打印制备短纤维增强热塑性复合材料。而连续纤维增强热塑性复合材料的 FFF 制备工艺则相对复杂，一般分为实时浸渍法和预浸丝法两类。目前主流的纤维增强复合材料打印设备都是基于此方法进行设计的。图表图表 22

295、2222 由二级拉由二级拉-挤系统挤系统组成的连续点阵制造的打印头组成的连续点阵制造的打印头 注：(a)CLF 打印头照片；(b)CLF 过程示意图 资料来源：3D 打印纤维增强复合材料工艺和力学性能研究进展，华安证券研究所 图表图表 221221 斐帛科技公司打印设备及制品图片斐帛科技公司打印设备及制品图片 注：(a)斐帛科技桌面级打印机 COMBOT-I；(b)Markforged 公司的桌面级打印机 MarkTwo；(c),(d)Arevo 公司的多自由度打印系统 AQUA 及其打印的自行车架；(e)按比例缩小的悬挂板的拓扑分析过程；(f)悬挂板的打印路径和 3D 打印的悬浮板 资料来源

296、：3D 打印纤维增强复合材料工艺和力学性能研究进展，华安证券研究所 Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 110/150 证券研究报告 2014 年 Local Motors 3D 打印汽车公司在国际制造技术展览会现场利用碳纤维3D 打印技术打印了一辆汽车，该 3D 打印设备可以以每小时 40 磅碳纤维增强复合材料的打印速度进行 3D 打印。碳纤维增强复合材料的 3D 打印汽车拥有较高的强度质量比和刚度，可降低打印过程中的扭曲变形。2016 年 Local Motors 公司，制造了一辆 3D 打印自动驾驶电动公交车 Olli，该车的部分材

297、料是可回收的碳纤维增强塑料。图表图表 223223 碳纤维碳纤维 3D3D 打印复合材料汽车打印复合材料汽车 图表图表 224224 BREYERBREYER 公司的公司的 GIMRGIMR 生产设备生产设备 资料来源：碳纤维 3D 打印汽车吸能盒一体化设计方法，华安证券研究所 资料来源：碳纤维 3D 打印汽车吸能盒一体化设计方法，华安证券研究所 2 2.2.2.4 4 回收回收端端：环保环保及及降本降本或推动回收行业登上舞台或推动回收行业登上舞台 节能环保及经济效应是节能环保及经济效应是碳纤维回收碳纤维回收的主要的主要推力推力。在碳纤维增强热固性复合材料中，树脂基体固化后形成三维交联网状结构

298、，常规条件下不溶于溶剂，也无法自然降解。如果不进行回收处理，将会造成环境污染，并且随着碳纤维用量增加，污染将会越来越严重。图表图表 225225 每生产每生产 1Kg1Kg 碳纤维时的排放和环境影响碳纤维时的排放和环境影响 能耗/MJ CO2/Kg NO2/Kg SO2/Kg 环境影响/ELU 碳纤维 煤、油、燃气 200 39.8 0.0363 0.0302 12 电 200 26.8 0.0600 0.1398 7.8 总量 400 66.6 0.0963 0.1700 19.8 资料来源：搜狐新闻，华安证券研究所 碳纤维增强聚合物基复合材料在制造过程中预计产生 40%的边角废料，每100

299、kg 碳纤维复合材料废弃物中，约有 60-70kg 碳纤维，如果按 200 元/kg计算，废弃碳纤维增强聚合物基复合材料中碳纤维价值将有望突破百亿元。此外，英国再生材料 ELG 碳纤维公司总经理 Frazer Barnes 认为使用可回收的碳纤维有可能将纤维的成本降低 40%左右。Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 111/150 证券研究报告 图表图表 226226 国外主要的碳纤维回收参与机构及进展国外主要的碳纤维回收参与机构及进展 分类 特点 注意事项 美国 ATI 技术公司 开发了真空裂解、低温热流体和高温热流体及其组合回收技术，

300、建立了中试工厂 波音研究与技术中心 评估回收碳纤维性能，评估不同回收过程的可行性，开发回收碳纤维再利用产品 材料创新技术公司 建立了热裂解处理线，开发了三维工程预成型技术 火鸟先进材料公司 建立了连续化的微波处理中试装置 英国 ELG 碳纤维有限公司 建立了世界上第一条连续化的商业热裂解生产线，处理量为 2000 吨/年 诺丁汉大学 开发了流化床和正临界正丙醇回收技术，开发了湿法制备无纺布成型技术，评估了无纺布制备的片状模塑料的性能 伦敦帝国理工学院 回收碳纤维复合材料性能研究 法国 空中客车公司 启动了 PAMELA 项目，建立了 TARMAC，与德国 CFK 合作开展回收研究 德国 GFK

301、 瓦利施塔德回收有限公司 处理量为 1000 吨/年的连续热解装置 意大利 Karborek 公司 热裂解-气化两步处理技术 日本 日本碳纤维制造联盟回收委员会 建立了 1000 吨/年的热裂解处理线 日立化成工业株式会社 开发了常压溶剂技术，建立了中试装置 资料来源：碳纤维复合材料轻量化技术，华安证券研究所 图表图表 227227 树脂基碳纤维废料的来源、类别及传统处理方法树脂基碳纤维废料的来源、类别及传统处理方法 阶段 类别 传统处理方法 织物制造过程 不合格品 织物 填埋、焚烧 边角料 预浸料制造过程 不合格品 预浸料 边角料 预浸料边角料 复合材料成型加工过程 不合格品 复合材料 复合

302、材料边角料 测试材料 碳纤复材应用制品或产品 达到使用期限或者报废后的产品和部件 零部件 资料来源：碳纤维复合材料的回收与再利用技术，华安证券研究所 图表图表 228228 典型的回收碳纤维形态典型的回收碳纤维形态 资料来源：碳纤维复合材料的回收与再利用技术，华安证券研究所 Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 112/150 证券研究报告 碳纤维废弃物的回收方法主要分为热分解法、物理回收法、溶剂分解法及组合碳纤维废弃物的回收方法主要分为热分解法、物理回收法、溶剂分解法及组合回收法。回收法。图表图表 230230 碳纤维复合材料回收技术比较

303、碳纤维复合材料回收技术比较 回收方法 优势 劣势 物理分离法 树脂与纤维均可以实现回收，不会使用到危险化学品 分离效果不佳，回收后的碳纤维再成型性差，由于形态和性能回收碳纤维的用处有限 热分解法 可以很大程度保持纤维性能，可以对树脂进行能量回收，回收碳纤维与树脂具有良好的亲和性，目前已经实现了工业级的规模 纤维表面可能沉积有树脂或者积炭，纤维性能与过程参数密切相关 流化床氧化法 适用于高度污染的 CFRP，回收碳纤维表面没有树脂残留物，工艺已经相当成熟 回收碳纤维强度下降明显，回收碳纤维长度较短 流体法 回收碳纤维性能出众，可以实现同时对纤维和树脂进行回收 回收碳纤维与树脂的亲和力下降，污染情

304、况对回收过程影响明显，可能使用危险化学品，规模受限 资料来源：碳纤维复合材料的回收与再利用技术，华安证券研究所 物理回收法又称二次回收，是指利用切割、碾压、研磨等机械力来粉碎 CFRP 废弃物，破坏碳纤维与树脂基体之间界面粘合力，从而使得碳纤维从树脂基体中剥离，随后通过筛分得到富含树脂基体细粉末及短切碳纤维回收料。物理回收法简单易行、成本低，回收过程不产生新的污染，是一种高效绿色回收方法。机械回收法降解回收 CFRP 废弃物可以产生一些新的材料进行应用，例如，炼铁的还原剂、公路铺设的原材料等。但是，该方法只能得到短切碳纤维，且表面仍然有树脂残留，纤维性能损伤较大，回收产物价值显著减小。图表图表

305、 229229 废弃废弃 C CFRPFRP 回收方法分类回收方法分类 资料来源：碳纤维复合材料轻量化技术，华安证券研究所 Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 113/150 证券研究报告 图表图表 231231 物理法回收流程图物理法回收流程图 资料来源：碳纤维复合材料的回收与再利用技术，华安证券研究所 图表图表 232232 热裂解法回收流程图热裂解法回收流程图 资料来源：碳纤维增强树脂复合材料废弃物回收技术研究现状，华安证券研究所 热分解是指在高温加热条件下使聚合物断链分解。聚合物基复合材料所用基体树脂种类很多，还包括各类附属组成，

306、这些物质均可以在加热条件下分解成小分子化合物，因而热分解法是目前聚合物复合材料的主要方法，也是目前回收树脂基聚合物的主要商业化方法。热分解法根据反应气氛、反应器和加热方式的不同分为热裂解、流化床、真空裂解及微波裂解等。图表图表 233233 不同温度不同温度、气氛和反应时间回收的碳纤维及原纤维的、气氛和反应时间回收的碳纤维及原纤维的单丝单丝拉伸性能拉伸性能 样品 直径/um 韦伯参数/拉伸强度/GPa 拉伸模量/GPa 断裂伸长率/%原纤维 7.170.52 8.69 2.710.32 189.27.6 1.300.15 550-空气-60min 7.050.64 5.54 1.800.39

307、169.29.4 0.830.21 600-空气-30min 6.600.0.47 4.41 1.230.28 170.78.0 0.490.16 600-10%O2-30min 6.590.55 5.22 1.340.28 196.611.0 0.460.16 600-5%O2-30min 6.910.54 6.30 2.320.40 194.97.1 0.980.18 650-空气-15min 6.400.66 3.47 1.410.40 179.49.4 0.520.20 650-10%O2-15min 6.500.61 6.68 1.430.22 201.615.9 0.470.15

308、650-5%O2-15min 6.650.58 6.50 2.600.41 220.410.9 0.920.19 650-5%O2-30min 6.870.65 5.97 2.190.37 195.611.3 0.830.20 650-5%O2-45min 7.050.53 5.18 2.110.47 154.812.4 1.190.25 资料来源：碳纤维复合材料轻量化技术，华安证券研究所 Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 114/150 证券研究报告 图表图表 235235 诺丁汉大学流化床反应器回收的碳纤维的单丝拉伸效果性能对比诺丁

309、汉大学流化床反应器回收的碳纤维的单丝拉伸效果性能对比 碳纤维类型 拉伸强度/GPa 回收由碳纤维强度保留/%拉伸模量/GPa 东丽 T600S 4.8 210 550处理后 3.2 66 220 东丽 T700 6.2 220 550处理后 2.9 46 210 赫氏 AS4 4.5 230 550处理后 2.8 62 240 格拉菲尔 MR60H 5.3 230 550处理后 2.6 49 235 格拉菲尔 34-700 4.1 240 450处理后 3.1 75 240 资料来源：碳纤维复合材料轻量化技术，华安证券研究所 图表图表 236236 流化床热解法回收碳纤维树脂复合材料流程图流化

310、床热解法回收碳纤维树脂复合材料流程图 资料来源：碳纤维复合材料的回收与再利用技术，华安证券研究所 图表图表 234234 热裂解方法中两步装置示意图热裂解方法中两步装置示意图 资料来源：碳纤维复合材料轻量化技术，华安证券研究所 Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 115/150 证券研究报告 图表图表 237237 A ATITI 开发的处理开发的处理 C CFRPFRP 真空裂解反应器真空裂解反应器 图表图表 238238 微波反应器处理微波反应器处理 C CFRPFRP 示意图示意图 资料来源：碳纤维复合材料轻量化技术，华安证券研究所

311、 资料来源：碳纤维复合材料轻量化技术，华安证券研究所 溶剂分解法是利用各种化学溶剂将已固化树脂基体或可溶性物质分解，对余下的碳纤维进行回收，也称为溶剂法。根据溶剂的使用状态，分为普通溶剂法、超临界流体法和亚临界流体法等。图表图表 239239 几种常见的分解环氧树脂的溶剂的临界压力、温度和密度几种常见的分解环氧树脂的溶剂的临界压力、温度和密度 溶剂 临界温度/临界压力/MPa 临界密度/（gcm-3)水 373 22.06 0.322 甲醇 238 8.09 0.272 乙醇 240 6.14 0.276 丙酮 234 4.7 0.278 正丙醇 264 5.17 异丙醇 235 4.76 资

312、料来源：碳纤维复合材料轻量化技术，华安证券研究所 图表图表 240240 溶剂分解方法中溶剂分解方法中 K KOH/OH/亚临界水反应装置示意图亚临界水反应装置示意图 资料来源：碳纤维复合材料轻量化技术，华安证券研究所 Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 116/150 证券研究报告 图表图表 241241 不同溶剂法回收方法比较不同溶剂法回收方法比较 回收方法 超临界水 亚临界水 超临界醇 常压溶剂 熔融碱/盐 温度/374 250-300 300-400 150-250 250-350 压力/MPa 10-30 5-15 5-10 0

313、.5-1 0.1 溶剂 水 水 甲醇、正丙醇 苯甲醇、二甘醇、苯酚 强氧化钾、氢氧化钠 催化剂 氢氧化钾、浓硫酸、苯酚 氢氧化钾 磷酸钾、钛酸四丁酯、浓硫酸 树脂去除速度 快 中 中 慢 快 溶剂回收难度 易 易 易 中 难 是否可处理污染物 否 否 否 否 是 资料来源：碳纤维复合材料轻量化技术，华安证券研究所 组合工艺进行回收是针对采用一种回收方法无法处理的废弃复合材料的极佳选择。图表图表 242242 “分层“分层-短切短切-回收”组合回收工艺示意图回收”组合回收工艺示意图 图表图表 243243 “分层“分层-短切短切-回收”组合回收工艺装置回收”组合回收工艺装置 资料来源：碳纤维复合

314、材料轻量化技术，华安证券研究所 资料来源：碳纤维复合材料轻量化技术，华安证券研究所 图表图表 244244 几种工业化回收方法比较几种工业化回收方法比较 回收方法 操作方式 碳纤维力学性能保持率 耐污染物程度 溶剂后处理 树脂回收方式 能耗/（KWhkg-1)有氧热裂解 连续-80%中 不需要 能量 3-10 有氧热裂解 连续 中 不需要 能量 1.88-4.40 流化床 连续 50-70%高 不需要 能量 溶剂法 间歇 低 需要 物质 17.5 组合回收 半连续 90%低 需要 物质 11.95-18.6 熔融碱/盐 半连续 90%高 需要 3.16-8.05 资料来源：碳纤维复合材料轻量化

315、技术，华安证券研究所 Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 117/150 证券研究报告 回收的碳纤维其形态上都是去浆、杂乱分布的蓬松短纤维，但仍保留了原始纤回收的碳纤维其形态上都是去浆、杂乱分布的蓬松短纤维，但仍保留了原始纤维优异的力学性能及电磁性能。维优异的力学性能及电磁性能。对废料进行分离回收处理可以获得高价值的碳纤维，但所需投入较大，短时间内实现工业化尚有难度，需要成本更低、耗能更少的环境友好型材料再利用技术。目前回收的纤维一般均采用降级再利用方式，主要应用于次级结构或低端领域。图表图表 245245 碳纤维的回收利用碳纤维的回收利

316、用 应用 类别 具体潜在应用 结构件应用 非承力结构件制造 航空航天领域机身壁板、整流壁板 汽车制造领域 非结构性应用 功能性应用 电磁辐射防护罩 高性能陶瓷刹车片 资料来源：碳纤维复合材料的回收与再利用技术，华安证券研究所 图表图表 246246 回收纤维的应用与开发情况回收纤维的应用与开发情况 国名 组织 用途 英国 Recycled Carbon Fiber 增强水泥、导电高分子、电磁防护材料、燃料电池、医疗器械、橡胶增强材料 英国 Sheffield university 汽车零部件、通信器材、医疗器材、燃料电池的气体扩散基材 Warwick University 德国 Fraunho

317、fer 汽车零部件 德国 CFK Valley Stade Recycle 飞机内装材料、飞机天线材料、医疗器械、铁路、船舶、汽车等交通领域 美国 Boeing 飞机的内饰材料、非承重材料、其他飞机以外的领域 资料来源：碳纤维复合材料的回收与再利用技术，华安证券研究所 回收碳纤维的用途与普通商业碳纤维一样，可用作树脂的增强材料制备复合材料。目前回收碳纤维的处理主要包括直接成型和碳纤维处理后成型两种技术。碳纤维复合材料的回收与再利用技术一文指出，树脂基碳纤维在汽车、航天、风电等行业的应用愈加广泛，其废弃物回收再利用将成为必要面临的问题，欧美和日本等发达国家对此已取得相关研究成果。我国近年相继发布

318、一系列政策文件支持碳纤维复合材料的回收再利用，但整体与外国仍存在一定差距，在实际应用中，面临诸多问题：目前废弃物部件回收比较困难，尚未形成完整供应链条，保障废料来源，应加强研发者、生产商与回收者之间的相互协作关系；目前回收再利用技术大多需要高压、高温、高腐蚀性条件，存在一定危险性，需要进一步研究改进提高回收再利用技术的安全性与稳定性；国内缺乏相关行业回收标准，尚未制定废弃物分类标准和回收分类标准。Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 118/150 证券研究报告 图表图表 247247 长纤维取向回收再利用工艺长纤维取向回收再利用工艺 资料

319、来源：荣格资源网，华安证券研究所 Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 119/150 证券研究报告 3 3 市场市场端：端：需求旺盛，国内企业需求旺盛，国内企业逐步逐步发力发力 根据碳纤维国内知名企业广州赛奥碳纤维技术股份有限公司发布的2021 年全球碳纤维复合材料市场报告数据，全球碳纤维市场需求保持增长的主力是风电、体育器材、碳碳复材及压力容器。图表图表 249249 20212021 年年全球各领域碳纤维需求（千吨，全球各领域碳纤维需求（千吨，%）图表图表 250250 20212021 年年全球各领域碳纤维需求（全球各领域碳纤维需求

320、（百万美元百万美元，%）资料来源：广州赛奥碳纤维技术股份有限公司，华安证券研究所 资料来源：广州赛奥碳纤维技术股份有限公司，华安证券研究所 图表图表 251251 20212021 年年全球碳纤维单价全球碳纤维单价 航空航天 风电叶片 体育休闲 压力容器 混配模成型 汽车 碳碳复材 建筑 电子电气 船舶 电缆芯 其他 全球单价（美元/公斤）72.0 16.8 27.6 24.0 21.6 21.6 21.6 24.0 27.6 27.6 27.6 24.0 资料来源：广州赛奥碳纤维技术股份有限公司，华安证券研究所 2021 年中国碳纤维的总需求为 62,379 吨，对比 2020 年的 48,

321、851 吨，同比增长了 27.7%，其中，进口量为 33,129 吨（占总需求的 53.1%，比 2020 增长了 9.2%），风电叶片,28.00%体育休闲,15.70%航空航天,14.00%压力容器,9.30%混配模成型,9.00%汽车,8.10%碳碳复材,7.20%建筑,3.60%电子电气,1.70%船舶,1.30%电缆芯,0.90%1.40%航空航天,34.90%风电叶片,16.30%体育休闲,15.00%压力容器,7.80%混配模成型,6.70%汽车,6.00%碳碳复材,5.40%建筑,3.00%电子电气,1.60%船舶,1.20%电缆芯,0.90%1.10%图表图表 248248

322、全球碳纤维需求量全球碳纤维需求量（千吨）（千吨）资料来源：广州赛奥碳纤维技术股份有限公司，华安证券研究所 050030035040045020082009200001920202021 2025E 2030E Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 120/150 证券研究报告 国产纤维供应量为 29,250 吨（占总需求的 46.9%，比 2020 年增长了 58.1%）。2021年的中国市场的总体情况是：供不应求，无论是进口还是国产纤维。价格方面，20

323、21年，由于整个碳纤维市场的紧缺，价格行情在 2020 年基础上持续走高。进口碳纤维及其制品，数量同比仅仅增加了 9.15%，而金额同比增加了 26.02%，国产碳纤维“毫不示弱”，价格增加幅度不输进口产品，大丝束市场，也同样面临紧缺。价格稍微提升，在 13.5-14.5 美元/公斤的水平上。这个价位是大批量的采购价格，对于小批量的用户，这些厂家经常报出 17-18 美元/公斤价格。图表图表 253253 中国各领域碳纤维需求（中国各领域碳纤维需求（%）资料来源：广州赛奥碳纤维技术股份有限公司，华安证券研究所 风电叶片,36.10%体育休闲,28.10%碳碳复材,11.20%压力容器,4.80

324、%混配模成型,4.80%建筑,4.00%航空航天,3.20%汽车,2.60%电子电气,2.20%电缆芯,0.60%船舶,0.50%1.90%图表图表 252252 中国中国碳纤维需求量（吨）碳纤维需求量（吨）资料来源：广州赛奥碳纤维技术股份有限公司，华安证券研究所 02000040000600008000000009200001920202021 2023E 2025E中国碳纤维需求量（进口）中国碳纤维需求量（国产）Table_CompanyRptType 行业研

325、究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 121/150 证券研究报告 3 3.1 1 需求端：替换传统材料创造需求端：替换传统材料创造万吨需求万吨需求 3 3.1.1.1.1 航空航天航空航天：可可替换替换部分部分金属及合金金属及合金 在极端环境（高真空、强腐蚀介质）、交变载荷和交变温度联合作用下，在极端环境（高真空、强腐蚀介质）、交变载荷和交变温度联合作用下，飞行器飞行器机体材料机体材料的设计选材的重要决定因素是轻质高强、耐超高温和耐腐蚀性。的设计选材的重要决定因素是轻质高强、耐超高温和耐腐蚀性。飞机飞机机体结构：减重是不变的追求机体结构：减重是不变的追求 根据国际航协的数据，燃油成本大

326、约占航空总成本的 26%，而在国内部分航空公司，燃油成本甚至要占到 40%。机体结构材料每减轻一磅，便可带来近百万美元的经济效率，因此低密度就成为飞行器结构材料选材的重要原则。此外，飞行器长期在大气层或者外层空间运行，在极端环境服役还要求具有极高可靠性及优良的飞行性能，因而飞行器的设计需要尽可能提高结构效率，且避免付出更多的重量代价，高比强度、高比模量等特性便成为选材的考量关键因素。综合比较下，低密度、高比模量及高比强度的碳纤维复合材料是当下最优选择。其在军用飞机和民用飞机中的占比也逐年大幅提升，已替代原有结构钢及铝材，成为飞行器结构材料的首选。图表图表 254254 主要军用材料密度及比强度

327、、比模量对比主要军用材料密度及比强度、比模量对比 材料材料 密度密度/(g/cm/(g/cm3 3)比强度（比强度（10107 7mmmm）比模量（比模量（10107 7mmmm）结构钢 7.8 1.8 2.7 铝合金 2.8 1.7 2.8 钛合金 4.5 2.2 2.4 碳纤维/环氧树脂 1.6 11.3 8.0 资料来源：航空航天材料，华安证券研究所 图表图表 255255 飞机飞机机体减重机体减重 1 1 磅的经济效益（万美元）磅的经济效益（万美元）图表图表 256256 先进复合材料在飞机设计中使用情况先进复合材料在飞机设计中使用情况 资料来源：航空航天材料发展现状及前景，华安证券研

328、究所 资料来源：碳纤维增强复合材料在航空航天领域的应用，华安证券研究所 碳纤维增强复合材料是航空工业应用比较广泛的复合材料之一,由于其密度仅为铝合金的 60%,在飞机结构设计中大量使用可以使结构质量减少 20-25%。飞机上最常用的是碳纤维增强复合材料是树脂基复合材料(CFRP)。军用飞机方面，碳纤维增强复合材料主要应用于飞机的非承力部件上,如飞机雷达罩、舱门、整流罩、飞机尾翼的垂直尾翼、水平尾翼及方向舵等,例如法国幻影 2000 战斗机尾翼的设计采用了复合材料。民用飞机方面，波音公司生产 B787 客机中碳纤维增强复合材料和玻璃纤0500010000 15000 20000 25000 30

329、000小型民机直升机战斗机商用运输机超音速运输机航天飞机 Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 122/150 证券研究报告 维增强材料已占全机结构重量的 50%,可节省燃油 20%。图表图表 257257 国内外民用客机先进复合材料应用情况国内外民用客机先进复合材料应用情况 图表图表 258258 先进复合材料在军机上的应用先进复合材料在军机上的应用 资料来源：碳纤维增强复合材料在航空航天领域的应用，华安证券研究所 资料来源：碳纤维增强复合材料在航空航天领域的应用，华安证券研究所 与传统固定翼飞机相比,直升机的飞行速度慢、飞行高度较低,并

330、且在湿热、干旱、沙尘等恶劣环境条件下工作的情况较多,这对直升机结构的耐候性、耐蚀性提出了更高的要求。1974 年首飞的美国 CH-53E 重型多功能直升机使用的复合材料仅约占 5%,而它的接替者 V-22 倾转旋翼机的机身和尾翼采用的是 AS4/3501-6 复合材料,使用量占比为 41%,使整体减重 13%,零件数减少 35%,成本降低 22%。2020 年获得欧洲航空安全局的型号合格证的 H-160 直升机则成为了世界上第一款全复合材料民用直升机,其桨毂中央件采用碳纤维增强聚醚醚酮树脂基热塑性复合材料设计制备。图表图表 259259 国外直升机先进复合材料应用情况国外直升机先进复合材料应用

331、情况 资料来源：碳纤维增强复合材料在航空航天领域的应用，华安证券研究所 无人机的轻量化需求促使其机体材料不断地更新换代，继铝合金、钛合金等轻质化金属材料之后，碳纤维复合材料成为无人机的“主力”材料，可以说，以碳纤维 Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 123/150 证券研究报告 复合材料为核心的无人机结构设计、制造技术成为无人机发展的关键性技术。美国先进 RQ-4 全球鹰无人侦察机的机翼、尾翼、发动机短舱、后机身都是由碳纤维增强复合材料制造的。AAI 公司影子无人机的机身使用的是碳纤维增强环氧树脂复合材料,尾翼使用的是碳纤维或芳纶纤维增

332、强环氧树脂复合材料,机翼则是由碳纤维增强环氧树脂复合材料面板-蜂窝夹层结构制造的。图表图表 260260 部分无人机复合材料应用概况部分无人机复合材料应用概况 机型 国家/研制公司 类别 结构材料 全球鹰 美国/诺斯罗谱格鲁门公司 高空长航时侦察无人机 除机身主结构为铝合金外，其余均为复合材料制成，包括机翼、尾翼、后机身、雷达罩、发动机整流罩等，复合材料用量约为结构总重的 65%X-45 美国/波音公司 无人战斗机 生产型复合材料用量 90%以上，蒙皮、进气道及舱门等采用低温固化环氧复合材料，机翼采用 FMC 技术.X-47A 美国/诺斯罗谱格鲁门公司 海军无人战斗机 全复合材料飞机，整个机体

333、蒙皮由 4 部分组成，减少表面缝隙，采用低温固化环氧复合材料 X-47B 美国/诺斯罗谱格鲁门公司 海军无人战斗机 机身蒙皮采用石墨复合材料，外翼采用铝和钛基复合材料，机身采用铝基复合材料 捕食者 美国/通用原子航空系统公司 察打一体战术无人机 除机身大梁外，其他主要结构采用复合材料制造 暗星 美国/洛克希德马丁公司 高空长航时侦察无人机 全机由复合材料制造，大展弦比复合材料机翼整体成型，外加吸波涂层.太阳神 美国/航空环境公司 太阳能无人机 全复合材料飞机，主梁为 CFRP 管梁，CFRP 桁架翼肋，机翼前缘填充泡沫 苍鹰 以色列/IA1 公司 中空长航时无人机 全复合材料结构，采用光纤健康监测系统 豺 2 法国/奥科尔技术公司 多用途无人机 前 4 架样机采用玻璃纤维/碳纤维/芳纶纤维复合材料设计 不死鸟 英国/BAE 公司 战场监视与目标捕获无人机 全复合材料，模块化结构 秃鹫 南非