一、碳纖維性能優異、應用廣泛
碳纖維是一種一維碳素材料，輕，且力學性能優異，應用場景廣泛。
碳纖維是由聚丙烯腈或瀝青、粘膠等有機纖維，在高溫環境下經碳化形成碳主鏈結構而得到的無機高分子纖維，直徑5-10 微米，含碳量高達90%以上。碳纖維具有碳材料的固有本性特征，又兼具紡織纖維的柔軟可加工性，是新一代增強纖維。特性之一是輕質，比重不到鋼 的1/4，同時力學性能優異，抗拉強度是鋼的 7-9 倍，高強度、高彈性模量、耐高低溫、耐腐蝕、抗疲勞等。通常與樹脂、金屬、 陶瓷等材料復合后形成碳纖維復合材料，可廣泛應用于軍工、航天、交通、新能源、汽車輕量化以及體育用品等領域。
根據制造原料不同可以分為聚丙烯腈（PAN）基碳纖維、瀝青基碳纖維、黏膠基碳纖維。
其中，聚丙烯晴（PAN）基碳纖維成品品質優異、力學性能優良，且相較于其他兩種碳纖維制造工藝難度更低，是最主要的碳 纖維產品，占全球高性能碳纖維的 90%以上。
根據纖維數量不同可以分為小絲束和大絲束。
一般將絲束數量小于 24K的碳纖維稱為小絲束（1K 就代表一束碳纖維中有 1000 根絲），初期以 1K、3K、6K 為主，逐漸發 展為 12K， 主要用于國防軍工、航空航天等高端技術領域，產量低、成本高，價格高，被稱為“宇航級材料”；24K 及以上的為大絲束，廣泛用于紡織、醫藥衛生、機電、土木建筑、交通運輸和能源等工業和民用領域，成本低，但生產控 制難度大，被稱為“工業級材料”。大絲束碳纖維核心驅動力就是在保持碳纖維優良性能的前提下，大幅降低其成本，打開碳纖維 廣泛運用于工業和民用領域大門。
根據不同的強度和模量的力學性能分為高強型、高強中模型、高模型、高強高模型。
作為碳纖維龍頭，日本東麗制定的 T 系列和 M 系列性能指標是實踐中被運用最廣的分類指標。航天航空領域往往要求材料更 輕、力學性能更好，因此多采用 T300-T800 強度的碳纖維，而民用如風電、體育領域則多采用 T300 強度的碳纖維。
碳纖維應用之航空航天
航天領域如飛機、火箭對材料輕量化的追求，早已達到以克為計量單位的程度，在安全的基礎上不斷追求更輕。用碳纖維制造 的飛機，可以大幅節約能耗，擴展飛行航程，提高載荷，提高靈活性，延長飛行壽命等。美國早在1969年就已經把碳纖維復合材料用在了F-14A戰斗機上，但由于工藝和造價的限制，當時僅僅使用了飛機自重1%用量 的碳纖維。到了以F-22和F-35為代表的第四代戰斗機，碳纖維的使用比例提升到飛機重量的24%和36%。發展到今天，X-47B、“神 經元”、“雷神”等幾個型號的無人機上，碳纖維的使用比例高達90%。
民用飛機領域，在早期 A310、B757和 B767上，碳纖維復合材料占比僅為5%-6%，隨著技術的不斷進步，至 A380 時，復合材 料占比達到 23%，最新的 B787 和 A350 機身上，復合材料的用量達到 50%。中國人自己的民用大飛機C919的復合材料使用比例就 達到了12%，而CR929更是要達到總重的51%，超過波音787的50%用量。
碳纖維應用之風電葉片
風電葉片是風電機組將風能轉化為機械能的關鍵部件。葉片結構和用材會直接影響風能的轉換效率，是風機獲取更高風電機 組利用小時數和實現經濟效益的基礎。從風電葉片結構來看，其主要由增強材料（梁）、夾芯材料、基體材料、表面涂料及不同 部分之間的結構膠組成。葉片80%成本來自于原材料，而60%原材料成本來自于纖維材料— —增強纖維與基體樹脂。
碳纖維應用之體育休閑
碳纖維在體育休閑市場中，主要應用于高爾夫球桿、曲棍球棍、網球拍、釣魚竿、自行車架、滑雪板、賽艇等高端體育 休閑領域。這些應用同樣主要基于碳纖維的輕質、高強度、高模量、耐腐蝕等特點。例如碳纖維復合材料制作的高爾夫球桿 比金屬桿減重近50%，碳纖維自行車較鋁材減重40%且實現更高的車架精度。釣魚竿、球拍、滑雪板、高爾夫球桿等體育用 品的碳纖維多使用大絲束碳纖維（≥24K）。
碳纖維應用之壓力容器
得益于輕量化和優異的力學性能，碳纖維纏繞氫氣瓶得以運用。對于氫燃料車來說， 儲氫罐是目前主流的燃料儲存方式， 通過將氫氣能源以氣態、液態、固態三種狀態儲存在儲氫罐中，能夠保證氫能源車的能源供給，通過高壓壓縮儲存氣態氫，能 夠賦予氫燃料車成本低、能耗小、充放氣速度快的等特點，也是目前氫燃料車的動力供給的主流解決方案。
碳纖維應用之碳/碳復材
碳/碳復材是指以炭纖維(或石墨)及其織物為增強材料，以碳(或石墨)為基體，通過加工處理和碳化處理制成的全碳質復合材料。作為碳纖維增強碳基本復合材料，碳/碳復材具有質量輕、耐燒蝕性好、抗熱沖擊好、損傷容限高、高溫強度高、可設計性強等突 出特點，尤其是其強度隨著溫度的升高，不僅不會降低反而還可能升高，它是所有已知材料中耐高溫性最好的材料。
二、碳纖維行業發展：美日引領，歐洲緊隨，中國追趕
全球碳纖維行業發展：美日引領，歐洲緊隨
1959-1989：全球碳纖維市場拉開序幕，批量化生產逐步實現。
1959年，碳纖維在日本大阪工業試驗所中誕生。日本大阪工業試驗所發明了 PAN 基碳纖維制備技術。同年美國空軍材料實驗室 和美國聯合碳化公司首次用人造絲作為原料制備出碳纖維。但是往后的十年，碳纖維產業始終局限于實驗室技術的研發。20世紀70-80年代，碳纖維實現了工業化突破。碳纖維復合材料在航天航空結構上的工程化得以應用和批量生產，同期日本東麗 公司基本開發完成現有的絕大部分產品型號——T300、T800、T1000、M60J，產能達到上千噸/年，卓爾泰克作為美國第一個工業碳 纖維的廠家誕生。美國聯合碳化公司主動找到日本東麗公司達成合作協議，用自己比較成熟的碳化技術與東麗公司的聚丙烯腈原絲技術交換。美日 兩國各取所需，形成了碳纖維技術的雙雄壟斷。
中國碳纖維行業發展：基礎薄發展慢，正加速追趕
上世紀60~70年代，中國碳纖維行業起步，政策投入資金支持。
1962年，中科院長春應用化學所成立“聚丙烯腈基碳纖維的研制”課題組，標志著我國碳纖維行業的起步。為了國防需要，全國各大研究所、研究院展開對于碳纖維產業鏈的研究。上世紀六七十年代，中央投入到承擔碳纖維原絲 等碳纖維民用研究資金 2600多萬元，建成PAN原絲試制力約50噸/年，碳纖維長絲的試制能力約2.0 噸/年。
上世紀80~90年代：引進國外碳化設備受阻，生產效率低下，研發及工業化停滯。
因為國外碳纖維技術嚴格封鎖，盡管當時國家科委鼓勵引進國外的先進技術，并提供資金支持，但僅有英國RK公司愿意 以高價出售大絲束預氧化爐和炭化爐。隨后我國委托RK公司加工制造了一套10噸級（12K）預氧化、碳化中試線，項目歷經 磨難，險遭封殺。國內大部分研發單位退出該領域，全國僅有3家碳纖維工廠維持小批量生產，行業發展陷入停滯。（報告來源：未來智庫）
三、碳纖維行業供需：供應高度集中，風電葉片拉動需求快速增長
全球碳纖維市場需求增速預計為15%
從銷售金額方面看，2021年全球碳纖維的銷售額為34.00億美元，除了需求量的影響之外，還有碳纖維價格的上漲。全球碳纖維前三大主要應用從質量需求來看，依次為風電葉片、航空航天、體育休閑。由于航空航天領域所用碳纖維價格 較高，所以從市場規模看，前三大依次為航空航天、風電葉片、體育休閑。未來十年，受益于風能、氫能、光伏等行業的快速發展，碳纖維需求有望持續增長，預計2025年將達到20萬噸，2030將達 到40萬噸，年均復合增長率約為15%。
全球風機葉片用碳纖維市場需求增速預計為25%
GWEC（全球風能理事會）發布2021年全球風電行業發展報告稱，2021年全球新增風電裝機容量93.6GW，比2020年創紀錄水 平下降1.8%，其中中國47.7GW占比51%，美國占比14%，巴西占比4%。從分布來看，其中72.5GW來自陸上風電場（占比77%）， 21.1GW來自海上風電場（占比23%）。GWEC預測未來5年，全球風電裝機容量將達到557GW，年均復合增長率為6.6%。
全球碳纖維市場供應——中美日三足鼎立
2021年，全球碳纖維理論產能約20.76萬噸，其中中國大陸地區首次超過美國，成為全球最大產能國，碳纖維理論產能達 到6.34萬噸，占比30.5%，美國4.87萬噸，占比23.5%，日本2.5萬噸，占比12%。而且從國內各家碳纖維企業公布的擴產情況看， 中國將在產能上較長期保持第一的地位。盡管中國大陸產能眾多，但需要注意到2021年我們的進口量有3.3萬噸，超過國產數量，說明國內產能與海外巨頭相比仍 有較大差距，無論在性能、質量水平及成本水平上，進口碳纖維依然有強大的優勢。未來中國碳纖維產業仍需努力形成具有 國際競爭優勢的產能。
全球碳纖維市場供應——巨頭壟斷
由于碳纖維行業復雜的工藝流程、高額的研發投入以及很長的研發、產業化周期，使得國際上真正具有研發和生產能力的公 司屈指可數，碳纖維市場屬于高度集中寡占型市場。從細分市場來看，小絲束產品主要集中在日本企業，大絲束產品則主要在歐 美，包括美國的Zoltek和德國的SGL。日本東麗公司，作為全球最大的碳纖維生產商之一，其產品從小絲束到大絲束，已經做到了全系列覆蓋，代表著碳纖維工業 化技術的最高水平。其對高端碳纖維材料的壟斷，占據著航天航空的國際市場。產能角度，日本東麗與美國卓爾泰克合并后，總 產能達約5.75萬噸，占據絕對龍頭地位。
中國碳纖維市場需求——供不應求，快速發展
2021年中國碳纖維的總需求為6.24萬噸，同比增長了27.7%，其中，進口量為3.31萬噸（占總需求的53.1%，比2020增長了 9.2%），國產纖維供應量為2.93萬噸（占總需求的46.9%，比2020年增長了58.1%）。風電葉片是中國碳纖維需求的主要領域。2021年國內風電葉片所需碳纖維為2.25萬噸，占比36.1%，穩居第一的位置。其次 為體育休閑，占比約為28.1%。受光伏行業驅動快速發展的碳碳復材，占比已經達到11.2%。
中國風電葉片用碳纖維市場CAGR高達60%
2021年中國風電新增裝機高位回落。2021年，我國風電新增并網裝機4757萬千瓦，同比下降33.6%，主要因為2020年陸上風電 出現搶裝潮，裝機量達到7167萬千瓦的歷史高點，隨著搶裝潮結束，2021年陸上新增裝機量高位回落。但2021年海上風電異軍突 起，全年新增裝機1690萬千瓦，是此前累計建成總規模的1.8倍，目前累計裝機規模達到2638萬千瓦，躍居世界第一。
中國碳纖維市場供應集中，快速增長
據賽奧碳纖維，2021年中國碳纖維原絲的運行產能約為13.6萬噸，碳纖維運行產能約為6.3萬噸。其中大部分企業的原絲統計， 只是用碳絲產能乘以2.5的估算數據，這個只是為了說明這些廠家具備全部或部分原絲供應能力，并非該企業的真實原絲產能，其中 只有吉林化纖集團的6萬噸產能是準確數據，除了自供，還向海內外市場銷售原絲。國內碳纖維行業同樣產能集中。以運行產能統計，行業前三大企業吉林化纖集團、中復神鷹和寶旌碳纖維，同樣也為全球前十 大企業，產能占比達到60%，與全球碳纖維行業格局相似。
全球樹脂基碳纖維復合材料市場需求快速增長
碳纖維復合材料：一維碳纖維與基體充分結合變成致密的三維結構過程。
根據碳纖維在樹脂基碳纖維復合材料中65%的比例計算，2021年全球樹脂基碳纖維復合材料需求量約為18.15萬噸，同比增 10.4%，預計2025年達到28.51萬噸，未來4年年均增速約12%。2021年，全球的碳纖維復材收入約為200.5億美元，同比增長33%，盡管依然有商用航空市場低迷的影響，但是，其他如軍機、 無人機市場急劇增長；除了汽車行業受BMW 2021年中停產I3的影響外，其他應用分市場均有增長。
四、國內化工企業積極布局碳纖維行業
4.1 腈綸產業經驗是發展大絲束碳纖維的基礎
腈綸即為聚丙烯腈纖維，同PAN基碳纖維原絲相同，均是由丙烯腈單體聚合紡絲而得，只是兩者對分子量、紡絲長度等要求 有所不同。可以說腈綸“大而粗獷”，碳纖維“小而精致”，腈綸產業經驗是發展碳纖維的基礎，尤其是大絲束。近些年，由于 其他化纖的競爭替代，腈綸市場逐年萎縮，而PAN基碳纖維則處于蓬勃發展的態勢。
4.2 吉林化纖：粘膠長絲龍頭切入碳纖維新賽道
公司主要從事粘膠纖維的研發、生產和銷售，產 品以粘膠長絲為主，同時配套粘膠短纖。近年來不斷 向碳纖維領域拓展，培育新的利潤增長點。粘膠纖維是以天然植物纖維（棉、木、竹等）為 原料制造出來性能更好的再生纖維素纖維。100%純 天然材質，自然生物降解、無添加、無重金屬、無有 害化學物，對皮膚親和無刺激，是一種性能優良的環 保型“綠色”纖維，產品分為粘膠長絲和粘膠短纖。
4.3 吉林碳谷——全球碳纖維原絲龍頭厚積薄發，快速成長
公司于2008年12月由吉林奇峰化纖出資組建，具有20多年腈綸產業經驗，主要從事聚丙烯腈基碳纖維原絲的研發、生產和銷售。2015年，奇峰化纖將其所持有的吉林碳谷100%股權經過吉林市國盛資產管理有限公司而最終轉讓給吉林市國興新材料產業投資有限 公司，同年將國興新材料所持有的35%股份轉讓給吉林九富資產經營管理有限公司。經過多年發展變遷，至2021年底，吉林市國興 新材料產業投資有限公司持有公司49.98%股份，為公司的控股股東，吉林市國資委是國興新材料的控股股東，持股比例100%，故 吉林市國資委為公司實際控制人。
4.4 上海石化：具備“原油——碳纖維復合材料”全產業鏈一體化優勢
上海石化是中國主要的煉油化工一體化綜合性石油化工企業之一，主要把石油加工為多種石油產品、中間石化產品、 樹脂和塑料及合成纖維（以腈綸為主，少量滌綸）。公司擁有50年的石油化工生產經營和管理經驗，具有較強的整體規 模實力（ 2021年累計加工原油1376.44萬噸，生產成品油796.88萬噸，主體商品總量1344.68萬噸）。
