碳纤维作为国防军工及国民经济重要基础材料之一，技术与资本巩固长期护城河。国内企业处于高端领域产能爬坡阶段，大小丝束竞争格局存在较为显著差异。复盘日美巨头发展历程，聚焦格局、主营赛道、下游客户及产能布局。

技术引领：国防军工及国民经济重要基础材料之一，技术与资本巩固长期护城河。碳纤维复合材料具有高模高强、轻量化等优质特性，全产业链看，制造碳纤维产品的上游原丝端与中游复合材料均是碳纤维产业链的核心环节，整个制造的全环节技术壁垒均高。下游市场差异化需求决定从性能、成本，到驱动力、天花板均不同，中长期航空航天仍是碳纤维复材实现稳增长且高盈利重要领域。航空航天领域仍存较大空间，中短期内新型高端装备渗透加大或为碳纤维复合材料市场增长的主要推动力。

格局演变：日美巨头掌握国际市场话语权，国内企业处于高端领域产能爬坡阶段，大小丝束竞争格局存在较为显著差异。先发优势及专利布局的长期积淀下，国际巨头具备设备自制、碳纤维及其复材配套生产能力及产能布局靠近市场等优势，有利于提升及巩固其当前的行业话语权。碳纤维行业重资产特性下，不同发展阶段的企业成本结构存在较明显差异。外资期间费用率对净利率影响较大，而内资净利率主要受折旧、摊销、利息等影响。外资直接人工和原材料占营业成本比重较大，而内资制造费用占比较高，高经营杠杆下建议关注国内企业受订单增加对提升EBIT的放大作用。当前国内大小丝束市场竞争格局及驱动因素有较大差异。技术是小丝束主要驱动力，行业龙头具备先发优势及政策支持。大丝束直面国际竞争，扩产能、降成本是盈利关键。

海外启示：（1）注重竞争格局的稳定性。赫氏、氰特等美国主要的碳纤维复材企业，曾在上世纪末因日本东丽等企业的成本竞争濒临破产。而后美国政府出台行政法令，要求本国高端装备领域必须使用本土企业的碳纤维复材，帮助本土企业赫氏等度过这次危机。（2）强调主营业务赛道的优越性。赫氏曾因非复材业务、低盈利性的复材产品陷入债务危机，而后积极实施业务重组及经营调整，如2007年剥离欧洲建筑业务聚焦高毛利、成本竞争压力较小的高端碳纤维领域。（3）重视绑定下游客户的关键性。赫氏航空复材对接军/民航整机客户，军航具备固有的较强抗周期性，民航主要受益09年后波音/空客新型民机的批产放量。（4）关注产能布局合理化的反馈。参考东丽产销反馈机制，国内大丝束业务可充分利用地缘优势降成本，即靠近市场需求地布局产能。

疫情发展超预期，装备需求及交付低预期，政策调整，原材料价格波动风险等。

一、碳纤维：性能优异工业材料，制造全环节技术为先

1.1 聚丙烯晴碳化及石墨化处理而得，原丝端及复合材料或为关键

碳纤维是由有机纤维（主要是聚丙烯腈纤维）经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料纤维。碳纤维的含碳量在90%以上，具有强度高、质量轻、比模量高、耐腐蚀、耐疲劳、热膨胀系数小、耐高低温等优越性能，是军民用重要基础材料，应用于航空航天、体育、汽车、建筑及其结构补强等领域。树脂基碳纤维模量高于钛合金等传统工业金属材料，强度通过设计可达到高强钢水平，明显高于钛合金，在性能和轻量化两方面优势都较为明显。碳纤维成本也相对较高，虽然目前在航空航天等高精尖领域已部分取代传统材料，但对力学性能要求相对不高的传统行业则更看重经济效益，传统材料依然为主力军。

全产业链看，制造碳纤维产品的上游原丝端与中游复合材料均是碳纤维产业链的核心环节，整个制造的全环节技术壁垒均高。作为碳纤维的前驱体，高质量的PAN原丝是制备高性能碳纤维的前提条件，但其中的聚合、纺丝、碳化、氧化等工艺并非朝夕能够达成，其产业化工艺以及反应装置核心技术是关键。例如据《合成纤维工业》2019年第42卷，碳纤维设备生产技术几乎被国外垄断，且严格限制对华出口，如碳化炉、石墨化炉等关键设备研发滞后。碳纤维一般不是单独使用，而是以复合材料的形式被使用，一般以树脂碳纤维居多。除PAN原丝外，碳纤维复合材料设计、制造、评价是碳纤维应用的基础，亦制约着碳纤维产业的发展。碳纤维复合材料中主要成分除碳纤维外，还有树脂基材。碳纤维原丝即PAN原丝质量固然重要，但若在中游复材环节，没有质量与性能突出、产业化规模的树脂基材，以及没有用于配套生产复材的核心设备，碳纤维仍然无法得到大规模的应用。

1.2 大小丝束分类易于区分下游市场，质量过关的原丝是产业化前提

处于上游的碳纤维分类方式较多，可按照丝束大小分为小丝束和大丝束，该分类方式易于区分其下游市场。小丝束主要是指24K以下（指碳纤维丝束中单丝数量,1K=1000根），因其性能较为优异，常用于航空航天等领域。大丝束目前常为36K、48K，因其碳纤维粘连、断丝等现象较多，使强度、刚度受到影响，所以性能相对较低、分散性也较大。但大丝束碳纤维生产成本较低，部分性能优于小丝束，48K大丝束最大的优势，生产和应用效率高，可以大幅度实现低成本的目标，从而打破碳纤维高昂价格带来的应用局限。故大丝束碳纤维被称为"工业级"碳纤维，主要应用于汽车、风电等工业领域。

碳纤维制备过程中，质量过关的原丝是产业化的前提。目前，比较常用的纺丝工艺是湿法纺丝、干湿法（干喷湿纺）纺丝。在致密性方面，干喷湿纺纺丝工艺是高性能碳纤维原丝的主流制备方法，且成本相比于湿法较低。据《PAN基碳纤维生产成本分析及控制措施》（马祥林等，2015），在同样的纺丝装备及能源消耗条件下，干湿法纺丝的综合产量是湿法纺丝的2-8倍，PAN基碳纤维丝束的生产成本可降低75%。干喷湿纺也是当前国际碳纤维巨头的主要纺丝方法，日本东丽的主流型号T700、T800、T1000碳纤维都是采用干喷湿纺制备而成。据中复神鹰招股书，由于干喷湿纺工艺技术难度较大，国内绝大部分碳纤维制造企业仍以湿法碳纤维产品为主，只有部分领先企业掌握干湿法工艺。

1.3 高模高强为碳纤维技术发展方向，复合材料为下游应用主要形式

碳纤维技术发展至今已经历三代变迁，同时实现高拉伸强度和弹性模量是目前碳纤维研制过程中的技术难点。据《日美竞相突破第三代碳纤维技术》（胡燕萍，国际航空，2016年），近年来日美从两条不同技术路径在第三代碳纤维上取得技术突破，并有望在未来5-10年内实现工业化生产，对于提高战机、武器的作战能力意义重大。东丽利用传统的PAN溶液纺丝技术使碳纤维强度和弹性模量都得到较大提升：通过精细控制碳化过程，在纳米尺度上改善碳纤维的微结构，对碳化后纤维中石墨微晶取向、微晶尺寸、缺陷等进行控制。以东丽T1100G为例，T1100G的拉伸强度和弹性模量分别为6.6GPa和324GPa，比T800提高12%以及10%，正进入产业化阶段。

碳纤维复合材料是下游市场的应用形式。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，在宏观上组成具有新性能的材料。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以满足各种不同的要求。复合材料根据不同物相在空间上的连续性，可以将其分为基体与增强材料。一般而言，碳纤维不单独应用于下游领域，常作为增强材料形成复合材料。据光威复材招股说明书，碳纤维复合材料以树脂基复合材料（CFRP）为主，占全部碳纤维复合材料市场份额的90%以上。在CFRP中，受力的是碳纤维，树脂在其中起到粘结的作用。CFRP以其明显的减重增强的作用而广泛应用于航天航空、体育娱乐用品等领域。

碳纤维复合材料的制备难度，一方面在于基体树脂材料的选择，另一方面在于成型技术。基体树脂材料的性能以及相对应的与碳纤维的配套体系，决定的是材料设计环节。但在该环节完成之后，无论制作试样还是量产，都离不开成型以及相关技术，虽然实际上两个环节不能完全分开。成型加工过程赋予材料一定的形态，使之体现出必要的特性，据《PAN基碳纤维的生产与应用》（王浩静，2016）P107称，“这是CFRP制造中最重要的过程”。与此同时，碳纤维复合材料成型中部分技术的成功实现，是碳纤维在商业航空领域得以规模化应用的前提。正是由于自动铺放成型技术的出现，CFRP在商用客机上的规模化应用才能够成为现实。

国内自动复合材料自动铺放技术取得进展。据《中国复合材料自动铺放技术研究进展》（文立伟等，2015，南京航空航天大学学报），飞机复合材料主承力构件主要采用预浸料成形技术制造，而自动铺放成形是替代人工铺叠、提高质量和生产效率的关键，在制造大型复合材料构件时优势极为突出。国外自动铺放技术虽已成熟，但仍在不断发展和进步，并通过开发新技术来实现复合材料构件低成本高效益制造；中国国内自动铺放技术起步10多年，已有了长足进步，技术成熟度在不断提高。据2015年中国航空报《中国新战机材料工艺达国际先进水平提高隐身性能》，中航复材材料有限责任公司“在国内率先将数字化下料、激光投影和自动铺带技术应用于型号产品的研制和批量生产，降低了成本，缩短了制造周期，保证了产品的质量稳定性和一致性，缩短了与发达国家的水平差距”。综合来看，国内在基体树脂材料、成型工艺技术方面仍有较大的进步空间。

二、市场：高端领域重性能，中低端领域成本竞争

2.1 商业模式：市场需求差异下高低端市场驱动力不同

高端市场对碳纤维及其复合材料有高性能要求，尤其在航空航天等高端装备领域，而中低端领域成本竞争较为激烈。具体看，航空航天领域高端装备及民航碳纤维商业模式及驱动力存在一定差异。航空高端装备对碳纤维的需求更注重性能因素，而民用航空领域关注直接及间接成本因素。但因技术难度大、客户绑定深，航空航天领域总体仍体现为高毛利率特征。中低端领域对碳纤维性价比要求高，成本竞争较为激烈。成本竞争一方面体现为下游客户议价权较强。在常用的领域如风电、建筑材料等，碳纤维复合材料制造工艺相对简单，且下游风电整机厂商客户较为集中，买家议价权较强，可在碳纤维产业链中的不同环节选定不同供应商。如风电厂商维斯塔斯帮助光威复材协调部分碳纤维从台塑进口，体现对成本以及分散上游供应商集中度的考量。成本竞争的另外一方面常体现为碳纤维生产商主动绑定大客户。碳纤维整体具有显著的规模效应，产量的增加利于提高碳纤维制造商的盈利能力，绑定大客户利于借助其市场需求较为稳定的增长充分发挥规模优势。此外，虽然碳纤维具有较优异性能，但由于多数客户仍出于对“新事物”的担忧，以及碳纤维复合材料的可设计性导致需要与客户进行深度绑定以最大化发挥碳纤维性能，碳纤维应用范围现阶段仍然受一定限制。

高端航空航天领域，下游用户整体更关注产品性能，产业链供货格局较为稳定。据《解析航空航天领域碳纤维复合材料的实践应用》（刘永强，2019年），“碳纤维的应用极大的提高了我国在航空航天领域武器装备质量……由于国外碳纤维复合材料的研究与发展远远快于我国，无论是从碳纤维复合材料的性能还是从碳纤维复合材料的环保和经济上，我国都远远落后于国外。”此外，碳纤维复合材料真正应用于下游常需要根据客户需求进行定制化设计，结合我国国内当前高端航空航天等领域碳纤维供应能力尚存空间，客户通常更关心产品的性能，共同体现为低需求弹性。

民用航天航空领域，兼顾性能及成本。一方面，民用航空由于安全性是首要考量的因素，材料厂商需要在前期进入飞机设计环节，与飞机整机设计商与制造商共同接受适航审查，无形中体现了卡位优势，也加宽了民航产业链碳纤维制造企业护城河。另一方面，民航制造商因航油价格高昂，达到轻量化目的的需求比其他领域更为强烈。当成本端达到制造成本低于后期节省燃油费用时，民用航空领域大规模使用碳纤维复合材料才成为可能。据上文所述，航空用碳纤维预浸料自动铺叠技术的成功商业化，是民航规模化使用碳纤维复合材料的前提。后期随着碳纤维复合材料制备工艺的提升，民用航空上使用比例有望逐步提高。

中低端产品以工业领域为主，性价比要求更高，成本竞争激烈。由于技术壁垒，大丝束碳纤维制造的核心技术基本上还是被美日垄断把控，但国内企业已逐渐重视大丝束碳纤维领域的产业化。据光威复材2019年7月发布公告称，拟总投资20亿元分三期建设万吨级碳纤维产业化项目，扩大大丝束碳纤维产量。据光威复材2021年11月15日投资者关系活动表，该项目一期建设4000吨，当前土建工程基本完工，预计2022年年中投产。相比于高端市场，中低端市场的碳纤维主要集中在T300和T700级别中。中低端领域的小丝束市场例如体育休闲技术已成熟，国内外都有生产能力，因而主要关注的是性价比。

从成本结构来看，原材料与能耗构成碳纤维主要成本。根据2016年发表的《Carbonfiber production costing: a modular approach》，能耗是PAN碳纤维总成本中最高的部分，约占34%。而且碳纤维成本对于能源价格变动最为敏感，能源价格每千瓦时变动0.01欧元，每千克碳纤维成本变动0.83欧元。其次是前驱体所用原料成本，即丙烯腈、甲基丙烯酸酯、衣康酸，占比约19%，其中丙烯腈每千克价格变动0.01欧元则碳纤维成本每千克变动0.02欧元。最后是设备的摊销成本占约18%。

发挥规模优势是短期降成本的主要路径，寻找性价比高的前驱体（PAN原丝）、提高转化过程中的工艺技术以及垂直整合下游则属于长期降低成本的主要思路。（1）据美国橡树岭国家实验室2011年发表的报告，通过扩大工厂规模和生产线规模可以显著碳纤维制造降低成本；（2）寻找原材料替代品，比如以木质素(硬木或软木)作为替代PAN原丝的资源可降低成本；（3）在原丝转化成碳纤维的转化过程，通过使用先进的氧化碳化设备和加工工艺，优化表面处理过程可降低成本；（4）整合下游产业从而减少中间环节成本，比如SGL集团与德国宝马公司共同投资建设低成本碳纤维工厂，以及日本东丽集团、三菱公司也与丰田汽车公司达成合作。

碳纤维行业具有明显规模效应，扩大生产规模利于降低碳纤维主要制造环节的成本。据美国橡树林国家实验室报告，在碳纤维的制备过程中，相比于基准产量，通过扩大产能各环节单位成本均有下降：原丝工序环节的单位成本可降低8%，稳定化与氧化降低36%，碳化、石墨化降低36%，表面整理降低11%，卷曲与包装降低33%，其中扩产对氧化碳化高能耗工序降成本效果更为明显，规模效益显著。

优化原丝制造工艺可以提高生产效率，缩短工序耗时长度，从而扩大产量降低摊销成本，短期看干湿法纺丝仍然是主流，但长期或被PAN基碳纤维原丝熔融纺丝工艺等取代。美国的橡树岭国家实验室从2007年开始一直致力于寻找低成本原材料，相继开发了聚烯烃和木质素原料的碳纤维前驱体。但由于开发难度大，实现扩产成熟运用还有一定难度。据《PAN基碳纤维生产成本分析及控制措施》（马祥林等，2015），在同样的纺丝装备及能源消耗条件下，干湿法纺丝的综合产量是湿法纺丝的2-8倍， PAN基碳纤维丝束的生产成本可降低75%。参考Textile Study Center，熔纺纺织速度达2500-3000ft/min,而湿纺速度仅为150-300ft/min，生产效率的优势实现了熔纺工艺的成本改进。

注重制造设备的自研，提高设备和工艺匹配度从而提高产能利用率来降低成本。碳纤维自研发以来一直被视为高端装备用材料，因此西方国家对我国实行严格的技术和设备禁运。日系公司则通过对碳纤维关键产品的技术禁运，对通用型产品进行低价挤压，从而压制国内碳纤维的研发进展。据赛奥碳纤维技术，2020年我国碳纤维企业的产能利用率在50%左右，较2017年已有较大提升。中国目前已跨越了低达产率的历史阶段，水平正趋近国际水平，但仍有提升空间。

与此同时，国外龙头企业大多形成全产业链覆盖，有利于降低成本，而国内企业产业链的各个环节较为分散。由于碳纤维行业具有高资本投入和高技术壁垒，国外龙头企业起步早、技术强，设备、工艺、材料等大多属于自主研发，一般实现从原丝到下游市场全产业链覆盖并形成部分产品内销降低周转成本，并在产品上形成差异化竞争，而国内企业环节较为分散。据《新形势下我国碳纤维产业发展探讨》（高奇，2019），碳纤维复合材料设备多由美国公司垄断，如自动铺丝机、层合固化装备等，上述原因使得我国碳纤维复合材料整体上尚处于起步阶段。国内部分公司虽然具备一定生产复合材料的能力，但相比于全球领先企业，仍然存在一定的差距。

2.2 市场空间：下游以 CFRP 应用为主，因需求差异致天花板有别

CFRP应用场景广泛，应用比例提高，市场空间广阔。碳纤维复合材料是指至少有一种增强材料是碳纤维的复合材料，其中最常见的是树脂基碳纤维复合材料（CFRP）。由于CFRP比强度、比弹性模量等机械性能，以及耐疲劳性、稳定性等相比传统材料有明显优势，因此在很多领域内对金属材料，尤其是轻质金属材料形成竞争取代的局面。CFRP应用场景广泛，在航空航天和体育休闲领域率先形成大规模市场，而随着21世纪以来碳纤维及其复合材料制造成本不断下降，在汽车制造、风力发电等领域应用比例在不断提高。

CFRP下游市场差异化的需求和制造特征使得不同领域碳纤维的性能、成本均有所差异，各个市场的驱动力及潜在天花板也有所不同。KSI是机械强度单位，表示单位面积上所能承受的压力。按成本效果分类，当碳纤维处在500-750KSI，即30-35MSI时，称其为中性类别，此时需要在材料的成本和表现之间相权衡；当碳纤维处在250-500KSI，即

（一）疫情发展超出预期

高端装备上市企业生产地较为集中，同时多数公司重资产属性特征明显、且所需人力成本较高，疫情反复对相关企业影响较大。

（二）重点装备列装需求及交付不及预期

高端装备行业买方具有少数性特征，且越往下游相关企业的垄断性越为明显，部分规模较小企业或配套装备型号较为单一，若此类型号生产及需求计划发生改变，则对相关客户需求单一的企业影响较大。

（三）重大行业政策调整的风险

高端装备行业属于典型的To G行业，考虑生产计划的保密性、战略性等，无论是需求端还是供给端均受政府政策影响较大。因此若相关政策发生调整（如影响较大的定价政策、采购政策）等，则易对板块产生一定系统性冲击。

（四）原材料价格波动风险

碳纤维行业的重资产、高耗能特征较为明显，同时对上游原材料的性能要求较高，若部分原材料采购受限、原材料价格大幅波动、能源价格大幅上涨等，或对碳纤维行业相关企业盈利能力造成一定影响。