化工行业行业深度新材料系列报告之一，碳纤维：高性能碳纤维及下游高端工业应用逐步成熟，碳纤维国产化曙光已现-20170920-申万宏源-42页-2mb

碳纤维行业分析报告总结

核心内容

碳纤维是一种高性能材料，被称为“21世纪的黑色黄金”，因其轻质、高强度、耐高温、耐腐蚀等特性，在航空航天、汽车轻量化、风电叶片、体育休闲等领域有广泛应用。随着国内技术的不断进步，碳纤维国产化趋势正在形成，行业迎来发展拐点。

主要观点

• 市场前景广阔：2011年全球碳纤维需求为4.41万吨，2016年达到7.65万吨，预计2020年将达到11.20万吨，年复合增长率11.6%。
• 国产化需求迫切：2016年中国碳纤维需求1.96万吨，年复合增速16%，但产能利用率仅15%，80%依赖进口。
• 技术突破与产业链发展：国内企业如中复神鹰、恒神股份、中安信、光威复材等已掌握干喷湿法原丝制备工艺，实现T700/T800级高性能碳纤维的稳定量产。
• 投资建议：行业被给予“看好”评级，重点推荐光威复材、康得新、国恩股份、金发科技等全产业链布局的企业。

关键信息

市场需求

• 全球市场：2016年全球碳纤维需求7.65万吨，预计2020年达到11.20万吨，其中树脂基复合材料占69%。
• 中国需求：2016年中国碳纤维需求1.96万吨，预计2020年达到3.08万吨，主要集中在休闲体育领域，未来将向高端工业应用扩展。
• 行业应用：
  • 航空航天：需求平稳增长，2016年需求1.76万吨，预计2018年增加至2.03万吨。
  • 汽车轻量化：2016年需求约9000吨，预计2020年达到1.1万吨，宝马、日产、丰田等企业已广泛使用碳纤维。
  • 风电叶片：大型化趋势明显，叶片长度超过40米后采用碳纤维更为经济，预计2018年需求将达到2.05万吨。
  • 体育休闲：需求较为稳定，年均增长率约为3%。
  • 一般工业：需求增长较为缓慢，预计2018年达到18500吨。

生产工艺

• 原丝生产：原丝占PAN基碳纤维成本的51%，干喷湿纺工艺相较湿纺工艺具有更高的效率和更好的原丝性能。
• 预氧化与碳化：预氧化工艺耗时最长，对生产效率和能耗影响最大，碳化工艺则对去除杂质原子有重要作用。
• 复合材料：树脂基复合材料是主流，占69%的市场份额，碳纤维在复合材料中增值显著，航空复合材料价格最高，达8000元/公斤。

装备发展

• 氧化碳化设备：氧化炉和碳化炉是关键设备，DESPATCH和Eisenmann在该领域具有优势。
• 复合成型设备：热压罐成型是主流工艺，RTM（树脂传递成型）和自动铺带技术（ATL、AFP）显著提升生产效率和降低成本。

国内外发展形势

• 全球市场：由五家主要企业（东丽、卓尔泰克、西格里、三菱、东邦）占据58%的产能，小丝束集中在日本，大丝束集中在欧美。
• 国内发展：尽管起步较早，但因技术落后、成本高，产能利用率低，进口依赖度高。随着技术突破和政策扶持，国产化趋势逐步形成。

风险提示

• 下游需求不及预期
• 高性能碳纤维产能释放不及预期

图表目录

• 图1：PAN基碳纤维占比超90%
• 图2：碳纤维根据性能分为通用型和高性能型
• 图3：碳纤维及其复合材料生产过程
• 图4：原丝残留溶剂量越低，碳纤维拉伸强度越大
• 图5：PAN原丝生产工艺流程图
• 图6：原丝生产的工艺方法划分标准
• 图7：湿法和干喷湿法纺丝示意图
• 图8：主要中间体及成型方法
• 图9：碳纤维到碳纤维复合材料制品的形式分布及用量情况
• 图10：树脂基复合材料占碳纤维复合材料市场份额的69%
• 图11：C/C复合材料的制造工艺流程图
• 图12：C/C复合刹车副
• 图13：碳纤维生产线设备图
• 图14：DESPATCH氧化炉采取中央到两端的吹风方式来保证温度和气流均匀
• 图15：Eisenmann碳化炉
• 图16：手工铺层最大好处是树脂和纤维含量可控
• 图17：热压罐加压固化后层间结合紧密，机械强度优
• 图18：RTM工艺量产车顶
• 图19：克莱斯玛菲公司生产的HP-RTM生产装置
• 图20：全球碳纤维市场发展历经四个时期
• 图21：2016年全球碳纤维需求7.65万吨，预计2020年为11.2万吨
• 图22：2016年全球碳纤维应用领域分布
• 图23：2016年中国碳纤维需求1.96万吨，预计2020年为3.08万吨
• 图24：2016年中国碳纤维需求以休闲体育为主
• 图25：国外商用飞机碳纤维复合材料应用占比
• 图26：2016年航空航天领域商用飞机对碳纤维需求占70%
• 图27：2013-2033全球将新增36770架客机
• 图28：宝马采用碳纤维复合材料的量产车型
• 图29：碳纤维复材在宝马汽车零部件的应用比例
• 图30：德国SGL是宝马碳纤维材料的核心供应商
• 图31：预计2020年汽车对碳纤维需求量将达到1.1万吨
• 图32：风机组组正朝着大型化发展，叶片越来越长
• 图33：风机叶片长度超过40m后采用碳纤维更为经济
• 图34：碳纤维在风机叶片中的主要应用部位
• 图35：风电新增装机容量仍将平稳增长
• 图36：14-18年风电碳纤维需求复合增速达到16%
• 图37：碳纤维高尔夫球杆
• 图38：碳纤维自行车备受专业车手的喜爱
• 图39：碳纤维用于建筑物补强
• 图40：单个压缩气罐碳纤维用量为10-20Kg
• 图41：单线产能超过1000t是碳纤维生产的“经济区”
• 图42：沥青基碳纤维生产成本更低
• 图43：德国SGL已经建立起完整的碳纤维产业链
• 图44：全球碳纤维产能前十企业（千吨）
• 图45：全球小丝束企业集中在日本
• 图46：全球大丝束企业集中在欧美
• 图47：碳纤维企业三大梯队
• 图48：台塑和Aksa碳纤维具备价格优势
• 图49：国内碳纤维产能前十企业（千吨）

表格目录

• 表1：碳纤维成本拆分
• 表2：预氧化和碳化工艺对比
• 表3：热固性和热塑性树脂复合材料性能对比
• 表4：碳纤维产业链越到下游附加值越高
• 表5：碳纤维及复合材料生产主要设备
• 表6：Eisenmann的低温碳化炉技术指标
• 表7：自动化水平的提高降低了制造过程的成本
• 表8：保守估计2018年民用客机对碳纤维需求将增加6429吨以上
• 表9：碳纤维在汽车上的应用实例
• 表10：采用碳纤维制作风机叶片可以有效降低叶片自重
• 表11：碳纤维产业政策
• 表12：国内主要碳纤维企业原丝、碳纤维产能及技术水平