（报告出品方/作者：广发证券，孟祥杰）
一、碳纤维：性能优异工业材料，制造全环节技术为先（一）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。
（二）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。碳纤维的强度显著地依赖于 原丝的致密性和微观形态结构，质量过关的原丝是实现产业化的前提，是稳定生产 的基础。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。
（三）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。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。以东丽较为先进的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。美国佐治亚理工学院从原丝制备工艺入手，利用创新的PAN基碳纤维凝胶纺丝技术，通过凝胶把聚合物联结在一起，产生强劲的链内力和微晶取向的定向 性，保证在高弹性模量所需的较大微晶尺寸情况下，仍具备高强度，将碳纤维拉伸 强度提升至5.5～5.8GPa，拉伸弹性模量达354～375GPa。
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。
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，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。用于航空航天领域的CFRP构件此前大多使用预浸料工 艺，但是预浸料工艺的成本较高，因预浸料的裁减和铺叠过程是人工成本和工艺时 间消耗最大的环节。为改进这一情况，飞机制造商与材料供应商共同研究开发出了 自动铺放成型技术，达到了通过自动化和高速化完成对大型复合材料部件的成型、 提高生产效率、降低生产成本的目的。通常使用铺放成型技术可以比其他的成型工 艺减少成本至少30%~50%。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。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。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。
（一）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。
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。 例如，日本东丽T700系 列碳纤维的研制，是针对波音公司对民机减重的要求下，对部分承力构件进行轻量 化设计的过程中所提出的要求而进行开发的。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。
从成本结构来看，原材料与能耗构成碳纤维主要成本。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） 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，希望开发新 一代低成本碳纤维复合材料直接运用到下游汽车产业中，减少中间无谓损失以降低 最终产品的成本。
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。 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。
以中简科技为例，其主营业务的成本构成中制造费用占比较高，制造费用主要为生 产环节的资产折旧与摊销，以及燃料、动力、蒸汽等支出。2018-2020年制造费用占 主营业务成本的比重分别为73.22%、76.28%及75.53%。主要原因是碳纤维生产具 有占地面积大、设备价值高的特点，各期折旧摊销较大，以及碳纤维生产所需的能 源消耗较大，导致制造费用占比较高。因而在短期内，扩大产能、提高产能利用率是 降低成本的重要途径。
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。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%。以中简科技2018年测算，除折旧外的一 切费用与产量成比例增长，折旧费暂且保持不变的情况下，全部用干湿法保守估计 有望使单位碳纤维成本下降15%-27%。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。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。（报告来源：未来智库）
（二）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<30MSI时，称其为高量类别，材料对成本比较敏感。中性类别碳纤维可 应用于压力容器领域，例如氢气、天然气等的存储；高量类别碳纤维可用于汽车部 件，通过减重降低燃料消耗；两种碳纤维还应用于风电叶片、油气管道、电力传输等 领域，目前用量受成本和制造方法等多因素制约。
航空材料发展至今历经四代变迁，复合材料将是未来飞机首选的航空结构主要材料。 航空领域常常率先使用先进材料以提高装备性能，从钢铁到铝合金到钛合金到碳纤 维等复合材料，未来碳纤维等复合材料比重将不断扩大。第一代航空材料以木、布 为主，由于强度较低，很快转变为第二代的钢、铝金属结构，铝合金密度更小，有利 于提高飞机的强度和安全性；第三代航空材料加入了钛合金材料，具有高耐热性和 更高的强度，首先被应用于耐高温部件并向其他部件扩展；第四代和第五代航空材 料始于碳纤维的成功制备，碳纤维复合材料具有高强度、高模量、轻量化的优点，不 断广泛运用于飞机的部分部件，并对传统金属实现一定程度的替代。
航空航天材料逐步迈入碳纤维复合材料时代，复合材料应用不断扩大。碳纤维复合 材料具有高强度、高模量、轻量化的优点，目前逐步运用于飞机部件并对传统金属 实现一定替代。在航空航天领域，为达到飞行器轻量化的目标，实现增加有效载荷， 降低燃料费用，以CFRP为代表的先进复合材料的使用量逐年扩大。近年来，无论是 在单机上所占的比例还是总使用量，CFRP应用范围逐步扩张，在飞机上使用CFRP 等先进复合材料，不仅是由于其可以大幅减轻机身重量，而且在耐腐蚀以及抗疲劳 性能等方面与传统合金金属相比也有较大的优势。
CFRP的大范围应用通常是由航空高端装备引导，民用客机领域空客、波音先行。先进复合材料在F-15战斗机 上首次实现应用时，其在整个飞机结构材料中所占的重量比例不过2%,但是到了F/A18E/F战斗机，其比例已经达到了19%。此外，F-22战斗机单机使用了350个以上的 碳纤维复合材料零部件，达到了机身空重的25%，其中纤维增强热固性树脂为24%， 另有1%的纤维增强热塑性树脂材料。单机使用碳纤维总量接近4t，其中强度在 5.08GPa以上的产品占到80%以上，主要用于机翼中间梁和后梁、垂直尾翼边缘和 方向舵、水平稳定器、升降舵、机身框架、壁板、加强框、油箱框架等关键位置和部件。使用的碳纤维全部来源于Cytec和Hexcel两家美国公司，树脂基体材料主要是环 氧树脂和双马来酰亚胺树脂。通过使用RTM的先进成型方法，F-22战斗机成功证明 了CFRP部件不仅可以在性能上满足要求，而且在成本控制上也具有可行性和很大的 潜力。
高性能碳纤维政策加码，利于推进国内碳纤维产业建设。高强度、高模量、低比重 特点的碳纤维增强复合材料成为各类军、民装备最重要的候选材料之一，已成为航 空以及国防装备的关键材料。复合材料的用量是衡量高端装备先进性的重要标志。 目前中国军事装备数量仍处于较快速发展阶段，在国防支出稳增长、装备费占国防 费比例提高等背景下，预计高端装备领域碳纤维市场有望实现稳健增长。国家政策 持续推动碳纤维行业的关键技术创新、产业化推进、产业转型升级和下游应用拓展， 有利于推动我国碳纤维行业迈向国际水平。
民机上，NASA研究表明飞机上使用CFRP的制造成本不会超过其节省的运行成本。 民用飞机在保证乘客乘坐体验的同时，要尽可能地提高飞机的经营效率，飞机空重 的减少可以提高燃油效率从而降低直接运行成本。世界领先民用飞机制造商波音和 空客在碳纤维应用上引领着行业方向。波音公司B787客机机体构造的50%使用了碳 纤维复合材料，每架约为35吨。波音公司在该产品手册中表示，应用碳纤维相比同 体积传统材料的飞机减重了40000磅，B787也因此将燃油效率提高了20%，减少了 20%的废气排放。紧接着空客公司对A350进行重新设计，将新飞机改名为A350XWB， 其主翼、机身、尾翼全部使用复合材料，占机身重量的53%。
远期看，国产飞机民航市场有望成为国内高性能碳纤维企业的潜在增长点之一。民 用飞机在保证乘客乘坐体验的同时，要尽可能地提高飞机的经营效率，飞机空重的 减少可以提高燃油效率从而降低直接运行成本。世界领先民用飞机制造商波音和空 客在碳纤维应用上引领着行业方向。根据波音公司官网，波音公司B787客机机体构 造的50%由碳纤维复合材料构成，主体结构的绝大部分由复合材料构成，尤其是机 身部分。空客公司A350F也使用了大量的碳纤维复合材料，机翼，中央翼箱和机身面 板主要由复合材料制成。这些材料选择使飞机更轻、更硬、更坚固、更有能力和更具 成本效益，同时提高了耐腐蚀性和抗疲劳性，从而降低了维护要求。空客公司计算 得出，应用碳纤维复合材料使得A350F在起飞时的重量减少了约28吨，飞行燃料消 耗减少了约20%，并且降低了着陆和导航费用。
风力发电建设刺激碳纤维需求，大丝束契合低成本特性。CFRP 与使用传统玻璃纤维增强材料相比，可以达到20%-30%的减重效果，同时刚性和强 度更加优异，通过采用气动效率更高的薄翼型和增加叶片长度，能提高风能利用率 和年发电量，从而降低综合使用成本。由于大丝束性价比高的优势使得其主要运用 于工业风电，降价放量成为领域的驱动力。目前风电机组正朝着大型化、轻量化的 方向发展，超长的叶片对材料的强度和刚度提出了更高的要求，使得碳纤维及其复 合材料在风电叶片领域使用广泛。
“双碳”目标成为风电下游应用市场需求重要驱动力。2020年风电叶片首次超过体育休闲市场 成为全球碳纤维需求份额最高的细分市场。随着“碳达峰、碳中和”目标的确定，推 动风电行业发布《风能北京宣言》：“在‘十四五’规划中，须为风电设定与碳中和 国家战略相适应的发展空间：保证年均新增装机5000万千瓦以上。2025年后，中国 风电年均新增装机容量应不低于6000万千瓦，到2030年至少达到8亿千瓦，到2060 年至少达到30亿千瓦。”结合2020年的需求量，可见下游风电应用市场需求的拉动 力量较强，疫情冲击一定程度被中和。
以风电为代表新能源行业景气度可期。政策端给予鼓励，据《国务院关于印发2030 年前碳达峰行动方案的通知》，2030年前碳达峰行动方案中“重点任务”指出，“大 力发展新能源。全面推进风电、太阳能发电大规模开发和高质量发展，坚持集中式 与分布式并举，加快建设风电和光伏发电基地。加快智能光伏产业创新升级和特色 应用，创新“光伏 ”模式，推进光伏发电多元布局。坚持陆海并重，推动风电协调快 速发展，完善海上风电产业链，鼓励建设海上风电基地。积极发展太阳能光热发电， 推动建立光热发电与光伏发电、风电互补调节的风光热综合可再生能源发电基地。 到2030年，风电、太阳能发电总装机容量达到12亿千瓦以上。”
平价进程再提速、需求中枢抬产值。大型化加速叠加零部件价格 回落，21年风机招标价格快速下行，平价进程全面提速。受益21年风机招标价格快 速下降，项目收益率大幅提升使得平价范围扩大，风机招标规模高速增长。风机交 付周期约为一年，上年招标规模可作为先行指标预测新增装机规模。根据金风科技 统计，2021年1-9月国内风机招标规模约为41.9GW，同比 115%，其中陆上新增招 标规模40.9GW，海上新增招标规模1GW，21年全年招标规模有望达50GW，奠定风 电新增装机高增长基础。预计2022年底风电装机规模在2021年3.3亿千瓦的基础上增 长至3.8亿千瓦。陆风已实现平价，海风平价在即，风电项目经济性提升有望进一步 提高需求成长中枢，待大宗原材料价格平稳后，风电产值空间将进一步打开。
轻量化是赛车和乘用车发展方向之一。CFRP应用于汽车领域，可以实现车体大幅度 的轻量化；由于材料具有良好的耐冲击性能，提高了乘员的安全性。如在赛车领域， 对于一般的大奖赛赛道，车 体重量每增加20kg，会使得赛车的单圈成绩下降0.4s，对F-1排位赛而言意味着落后 几个身位，而对正赛而言意味着落后半圈。通过大量使用复合材料，赛车的性能得 到了显著的提高。在乘用车领域，在应对全球变暖和油价提高背景下，各国对废气 排放和燃油效率都提出了要求，如我国《节能减排新能源汽车产业发展规划》要求 2020年乘用车平均燃料消耗量降低到5L/百公里。对于最常见的小型乘用车（车身重 量1t-1.5t），200kg的轻量化就可以提高燃油效率约2.5km/L。轻量化是国内外汽车 厂商应对能源环境挑战的共同选择，也是汽车产业可持续发展的必经之路。
目前由于成本较高，乘用车还未实现碳纤维的大规模应用，碳纤维性价比不敌铝合 金。从各项基本力学性能指标来看，即便是通用型的碳纤维复合材料也远远优于高 强度钢、铝合金、钛合金、镁合金。因此CFRP在以F-1为代表的赛车及其他高级跑 车领域获得了大量的使用。但碳纤维的原料成本和制造成本过高，在过去很多年一 直局限在单值较高且产量较少的领域，没有拓展到普通乘用车。在汽车领域，主要采用T300和T700级别碳纤维 小丝束，同时之后还需要将其打造成为碳纤维复合材料，附加值又继续增加，制备 工艺难度大及原丝成本高，使得碳纤维的生产成本远高于钢铁。随着技术进步、低 成本碳纤维和成型方法取得进展，CFRP开始出现在底盘和车身框架等主承力部件。 例如2013年领先上市的宝马i3电动汽车车身全部使用碳纤维复合材料，带来了显著 的轻量化效果。大型汽车制造商纷纷与复合材料制造商缔结联盟，美国能源部下属 橡树岭国家实验室也联合陶氏化学开发低成本碳纤维技术，这些合作将促进CFRP在 汽车领域的应用。
汽车轻量化确实是碳纤维长期机遇，但短期发展桎梏于性价比。宝马i3在2013年推 出后，到2017年该款车型仍然是市场上唯一真正意义上大规模使用碳纤维、产量在 10000辆/年的汽车。德国汽车研究中心的研究表明，减重所带来的能源节省效应没 有达到预期，除此之外较长的生产周期和较高的成本均限制了车用碳纤维的发展。 由于生产周期长和产量低，碳纤维应用范围限制在高端汽车上。
体育休闲是国内碳纤维最早规模商用、用量最大的领域之一，较早实现碳纤维产业 化，成本竞争或降低市场毛利。高尔夫球杆最初由木材制成，后来发展到不锈钢和铝合金。1972年美国莎士比亚公 司和阿尔迪拉公司率先使用CFRP制作球杆，该材料的球杆扭曲刚性小，击球方向稳 定，杆体重量减轻还增加了球的飞行距离。在钓鱼竿上，CFRP材料的应用减轻了竿 体的重量，同时提高了刚性和减振性，使得钓鱼竿的单手操作变得更加容易，减轻 垂钓者的疲劳，数十年来市场需求稳定增长。使用碳纤维制造的自行车可实现轻量、 高模量和优良的冲击吸收能力，可以缓解由于路面不平带来的轻微振动，使骑行过 程更为舒适。
碳纤维使体育用品轻量化、提升了机械性能、改善了用户的使用体验，在主要应用 场景下实现了需求的稳定增长。从2017年到2020年，体育应用碳纤维市场全球需求量从13,200 吨提高到了15,400吨，国内需求量从12,000吨提高到了的14,600吨。不过，近年来 体育休闲市场国际竞争激烈，已然从最初的技术竞争转向了成本竞争。国内低端碳 纤维高成本导致高价格，在国际市场上的竞争能力有待提升。
（一）财务指标看，外企长期技术积淀造就其产品性能与成本控制优势
国际巨头在核心技术上领先，形成了产品性能和成本控制两方面优势。从产品性能 来看，国际巨头高性能碳纤维产品长期领先国内，国内企业处于追赶阶段。例如国 外巨头东丽在1971年就研发并能稳定生产T300型碳纤维，国内直到2000年以后才有 中复神鹰、光威复材等企业能够生产类似性能的产品。从生产成本来看，碳纤维生 产设备能否稳定高效运行是决定产线成本的关键因素。据中复神鹰官网，中复神鹰 碳纤维负责人张国良介绍，整个碳纤维的生产，中间控制的有三千多个工艺点，每 一个工艺点都要进行严格的稳定控制，哪个工艺点的参数发生了变动，碳纤维质量 就会下降。国外巨头拥有较为成熟的制造技术，能够自行研发改进相关生产设备， 较好地适配生产工艺并加快产品迭代，配合生产的规模效应，从而降低成本，在中 低端产品领域压缩了我国碳纤维企业生存空间。相比之下，国内大部分企业没有生 产设备的设计、研发能力，通过复杂管制手续，用高昂代价购买的相关设备，在性能 上不如巨头自研设备，在工艺上与自身工艺匹配度较差，且难以调整优化，导致生 产成本居高不下。
国际巨头处于企业发展成熟阶段，国内企业处于早期产能爬坡阶段，因此内外资总 营业成本结构差异较大。外资期间费用率对净利率的影响较大，而内资则是折旧、 摊销、利息、税费等对净利率影响较大。对于国外企业，直接人工和直接材料占营业 成本占比较大，而国内企业营业成本构成中制造费用占比较高。比如中简科技高性 能碳纤维产品成本构成中制造费用占比较高，约占各年度平均成本的70%以上。以 2018年为例，中简科技主营业务成本中，折旧费占制造费用比重达42%，占营业成 本达30.51%，高于直接材料占比11.50%近20pct，主要原因是碳纤维的生产本身具 有占地面积大、设备价值高的特点，从而各期折旧摊销较大。同时由于设备和技术 工艺不及国外，产量上升不及预期，不能很好减少单位产品的折旧和摊销。此外，国 内企业EBITDA较高的主要原因是由于营业外收入较高。
国内企业产能相对国际平均水平，呈现三多三少态势：低端产能多，高端产能少； 理论产能多，实际销量少；市场需求多，国产供应少。（1）产能分布看，国际碳纤 维产能主要集中在航空航天等高端领域，我国碳纤维产能主要集中在体育休闲等低 端领域，低端产能相对饱和。（2）产能产量看，2020年我国碳纤维实际销量和运行产能之比为 51%，实际碳纤维的生产销售与运行产能之间有较大差距。（3）供需关系看，国内 有效产量不能满足整体需求，需要进口。三多三少特点并非孤立形成，产能错配、外 部压力、产线技术稳定性低等是主要原因，产能销量矛盾、供应需求矛盾是结果。产 能错配导致低端碳纤维市场饱和，高端产能建设不足。国外巨头在民用领域直接和 国内企业竞争，形成较大外部压力。同时国内企业自身生产线水平有限，无法长期 稳定运行，或是生产成本偏高，导致国内实际产量与销量偏低，国内需求部分依赖 进口。
（二）性能与成本差异，致大小丝束在竞争格局存在较大差异
大丝束、小丝束碳纤维有四大相同特质：重资产、高投入、上下游协同设计，合作 关系不易变更。前两点商业模式部分中已经说明，后两点则是碳纤维行业相对传统 材料行业的主要区别。大丝束碳纤维和小丝束碳纤维都属于复合材料大类，复合材 料的最大特征是产品可设计性强，下游组件的开发难度较高，作为复合材料基体和 增强体的树脂和碳纤维需要有系统的数据支撑，因此处于上游的碳纤维生产商和处 于下游的结构件生产商一般需要协同设计。同时，一旦合作关系建立，由于产品设 计测试流程较长，也不会轻易更换。
小丝束和大丝束碳纤维在相同特质的基础上，在外部竞争压力与内部驱动因素上有 所不同。小丝束碳纤维多用于高端领域，国内外技术存在差距，市场格局主要驱动 因素是技术。小丝束碳纤维相对大丝束碳纤维应用更加广泛，体育、建筑补强、汽 车、航空航天等领域均可以使用小丝束。其中航空航天用小丝束对可靠性、稳定性 要求更为严苛，但受到国外出口限制。大丝束碳纤维多用于中低端领域，国内产品 直接与国际巨头竞争，产品性能、制造成本、下游渠道等综合因素驱动格局变化。大 丝束产品以风电、汽车、建筑加强等工业，国内企业需要直接与国外相关公司展开 竞争。同时，由于国内过去一段时间对大丝束产品认识不到位，国内大丝束产品的 工业应用相比小丝束较晚，且从技术难度上比较大丝束不亚于小丝束的研制。（报告来源：未来智库）
1. 小丝束：先发优势、产业支持、固有格局，强者愈强或延续
国内小丝束碳纤维主要聚焦填补国内高性能产品空白，产品技术性能指标是核心驱 动力，头部企业容易将先发优势转换为产品卡位优势。国外巨头如日本东丽、美国 赫氏已建立不同强度、不同模量的完整产品序列，产品质量成熟稳定且性能不断迭 代改进。国内碳纤维产业仍然处于初级阶段，光威复材稳定量产T300级碳纤维，中 简科技稳定量产T700级碳纤维。中简科技和光威复材的共同特征是较早进入小丝束 领域，在进入行业初期便有先发优势。中简科技技术班底为中科院T700碳纤维团队， 拥有T700技术上的先发优势；光威复材是中国领先民营碳纤维生产企业之一，进入 领域后深耕T300工程化相关技术，拥有时间上的先发优势。两家头部企业利用先发 优势，成功填补相应产品的国内空白，成为对应产品的稳定供应商。考虑到高性能 碳纤维产品的应用需要碳纤维制造企业与下游厂商紧密合作，一旦下游产品批量生 产，在一定时期内上游碳纤维无法轻易取代，因此未来市场格局仍将保持稳定。
市场及外部支持助力小丝束企业发展。拥有特定先发优势的相关企业，往往能够参 与更多国家或地方层面的研发项目，获得更多的科研补贴，进而确定技术上更多的 优势。从市场层面来看，头部的上市公司相对非上市公司拥有更多的资金优势，便 于产能扩张与产业延伸，形成正向反馈，不断从资本市场获得更多支持。因此，从项 目承接和资本市场层面来看，头部企业都将获得更多卡位优势，未来碳纤维领域或 出现强者愈强的竞争格局。
航空航天用碳纤维材料是头部企业生存与发展重要组成部分，未来竞争格局或较为 稳定。国外对高性能高端航空航天碳纤维产品的出口封锁，也是国内相关公司的发 展机遇之一。头部企业中，中简科技、光威复材等都对航空航天高端装备业务有较 大的依赖。航空航天业务由于自身对可靠性、安全性的高要求，高性能碳纤维产品 的应用需要碳纤维制造企业与下游厂商紧密合作，一旦下游产品批量生产，在一定 时期内上游碳纤维无法轻易取代。尤其针对航空航天高端装备领域，碳纤维复合材 料的头部特征更为明显。据上文，碳纤维复合材料除原丝制备难度大外，与基体树 脂的结合从工艺及设备上也是较大难关。中航复材作为国内航空工业集团下属单位， 因需求的紧迫性长期得到诸多外部的人力资本及资金投入，护城河较为稳固。
我国航空用碳纤维产业与国外存在显著不同：航空央企集团多有对应复合材料研发 与制造子公司，上游碳纤维企业难以延伸至航空用复合材料。国外巨头如东丽等， 具有全产业链布局能力，从碳纤维上游的原丝生产、中游的碳纤维和织物、下游的 航空航天用碳纤维复合材料等都有对应生产能力。但是国内企业涉及下游复合材料 业务的较少，主要原因在于下游存在技术成熟、实力雄厚的航空类央企下属复合材 料公司。最典型的如中航高科，其通过中航复材的资产注入，继承了中航工业集团 的复合材料设计能力与过往经验积累，在航空用碳纤维预浸料、复合材料组件等方 面具有强大的竞争力。因此上游碳纤维制造企业一般作为碳纤维材料供应商，难以 将产业链延伸到航空用复合材料领域。
2. 大丝束：直面国际巨头竞争，扩产能、降成本是竞争关键
大丝束碳纤维的制备难度较大，从而导致目前全球大丝束碳纤维产量低于小丝束碳 纤维。大丝束 碳纤维应用的主要技术问题是在制造预浸料时，因丝束较粗不宜展开，导致单层厚 度增加，不利于设计调整铺层。据中简科技招股说明书，2014年全球PAN基碳纤维 产能约为12.8万吨，其中小丝束碳纤维约占72%，大丝束碳纤维约占28%。就工业所 用大丝束生产而言，国内外生产能力差距较大，我国大丝束大部分依靠进口。大丝 束市场，日本企业所拥有的市场份额占全球产能的52%，美日两国合计能够有全球 76%的大丝束生产能力。
相对小丝束碳纤维，大丝束产品应用领域对性能要求不高，尽管大丝束生产难度更 大，但是小丝束生产工艺能够成为大丝束生产工艺有效参考。当前大丝束产品的主 要应用领域包括建筑补强、风电、汽车等领域。建筑补强，以T300型大丝束产品为 主；风电、汽车等领域，T300、T700均有使用。单从产品性能来看，国内小丝束碳 纤维产品性能已可覆盖同类型大丝束产品，因此大丝束产品对产品性能要求不高。 但大丝束产品的生产技术相对小丝束产品难度更高，成本较低。
大丝束产品要求直面国外竞争，在性能达标的情况下，主要是成本驱动，区位优势 成为需要考量的主要影响因素之一。碳纤维的重工业行业属性，导致土地、能源、 原材料、运输等生产要素对成本影响较大。小丝束碳纤维主要用于高端装备，对成 本不敏感，因此厂区位置不是重要考量因素。但是大丝束碳纤维对成本敏感，厂区 位置、当地支持能够极大影响生产成本，因此区位优势成为主要竞争力。
大丝束碳纤维领域看好下游扩展，下游竞争格局与小丝束不同。目前，阻碍碳纤维 材料大规模应用的主要问题在于上游高性能碳纤维产能的不足、下游相关企业复合 材料设计、应用技术储备不够等。同时，全产业链布局企业有碳纤维预浸料、碳纤维 制品的加工经验，方便承接相关业务，能够进一步加强与下游加工制造企业的深度 合作。如光威复材与Vestas的合作，光威复材直接向维塔斯提供碳纤维进一步深加 工后的风电碳梁产品，二者的合作促进了光威复材近年民用碳纤维业务营收的快速 增长。
四、海外巨头：技术是基因，产能促成长，政策控环境（一）日本东丽&美国 HEXCEL 多领域领先
日本东丽（TORAY）株式会社是目前碳纤维产量的全球领导者。东丽株式会社成立 于1926年，是世界著名的以有机合成、高分子化学、生物化学为核心技术的高科技 跨国企业，在全球19个国家和地区拥有200家附属和相关企业。1971年，东丽开始 生产并销售TORAYCA碳纤维。2005年，公司与空客公司签订供应碳纤维预浸材料 的长期基本供货合同，2015年，公司与波音公司签署全面的长期合同，向其供应制 造新型波音777X飞机的碳纤维预浸材料，同时也扩展了波音787的现有供货协议， 公司碳纤维业务在获得波音、空客等航空航天领域大客户订单的基础上，仍在逐步 扩大产能布局。据2020财年数据，公司营收达192.36亿美元，纤维与纺织品占39.74%， 高性能化学品36.40%，碳纤维复合材料占11.33%，环境与工程 9.13%。其中，碳 纤维复合材料业务包含碳纤维、预浸料、碳纤维织物、聚丙烯腈基碳纤维复合材料， 以及树脂基碳纤维复合材料（CFRP）的全产业链产品生产。
碳纤维复合材料起始于赫氏的 HexTow® 碳纤维，是世界上航空航天和工业应用的 优质碳纤维供应商之一。赫氏（HEXCEL）公司于1946年成立，1980年在纽约证券 交易所上市，是碳纤维的领先生产商，在航天项目中拥有超过45年的经验，认证最 广泛，是第一家开发金属胶粘剂、规模化生产蜂窝并将其商业化、帮助研发了第一 批用于风力叶片的预浸料的行业领先公司。2008年，赫氏赢得了其历史上最大的合 同，为空客A350 XWB 提供主结构预浸料-碳纤维和配方树脂的结合。2018年，公司 销售额增长超过10%达21. 89亿美元。其中商用航空增长8%，航天国防增长8%达3.7 亿美元，工业领域受风电需求刺激增长近34%达2.94亿美元。2020年，受新冠肺炎 影响，公司销售额由2019年的23.56亿美元减少至15.02亿美元，其中商用航空、航 天国防、工业领域分别由2019年的12.35亿美元、3.18亿美元、3.10亿美元减少至6.61 亿美元、2.98亿美元、2.27亿美元。
国际巨头产销量均领先，产能利用率充足。目前全球碳纤维市场被日本东丽、东邦、 三菱丽阳及美国赫氏几个主要公司垄断。据2019年中简科技招股说明书，小丝束市 场东丽市场份额达26%，大丝束市场美国赫氏占58%，处于明显主导地位。东丽和 赫氏都有预浸料、织物、短切纤维、夹层材料等中间成型物，产业链完整，生产线全 面覆盖，可直接为客户提供量身定制的复合材料解决方案和产品。同时具备相关设 备生产能力，生产质量稳定，易于解决碳纤维产品与树脂匹配性问题。因此，国际巨 头产能利用率较高，既有产能又有产量。
海外巨头成长路径一：正确判断、合理选择市场，绑定客户、并购扩渠道
除了要准确把握碳纤维市场发展机遇外，东丽、赫氏在企业不同成长阶段根据自身 特点合理布局市场。东丽与赫氏在进入碳纤维业务之初都面对较大的航空航天市场 空间，但由于缺乏欧美高端装备合作伙伴，东丽选择从体育领域进军，而赫氏依靠 美国军工集团支持顺利进入航空航天高端装备领域。在后期发展中，二者也根据自 己的技术优势和客户渠道选择了不同市场路径：东丽全面覆盖航空航天、体育、一 般工业领域，进行多层次市场竞争；而赫氏由高端装备业务进入行业，着重发展民 航、航天国防高毛利领域，锁定大客户。
（1）把握市场、加强大客户合作：善于把握市场机会，绑定大客户是东丽成长的关 键手段。20世纪60年代，碳纤维兴起初期，英国皇家航空研究所在日本近藤昭男技 术基础上进行改进，并授权给考陶尔兹、摩根坩埚、罗尔斯-罗伊斯三家公司。之后， 罗罗公司飞机发动机因撞鸟事故失去洛克希德公司订单，摩根坩埚并未进一步开展 碳纤维业务，由考陶尔兹等欧美公司主导美国高端装备碳纤维市场，日本等国企业 很难进入。因此，东丽转而由无人问津的体育用品碳纤维市场做起，并与美国联合 碳化物公司达成合作，打开了东丽在美国的市场。积累了一定的技术和口碑之后， 陆续与波音、空客等大客户达成合作，进入民航市场。自2010年起，汽车市场为降 低成本、满足环保标准开始使用碳纤维复合材料，公司相继与戴姆勒、丰田合作共 同开发碳纤维结构件。其中，与丰田的合作是全球首次将CFRTP（碳纤维增强热塑 性塑料）用于汽车结构件，公司又一次率先进入新领域。
类似地，美国赫氏（Hexcel）作为美国碳纤维领先供应商，同样得益于稳定的客户 源——美国军方、波音&空客。从全球碳纤维产业的现状看，航空航天和国防工业是 碳纤维最重要的应用领域之一。航空航天领域碳纤维需求量2020年达16.45千吨，占全行业需求 总量的15%，但价值量达9.87亿美元，占全行业的37.7%。赫氏的发展主要得益于军 民用航空航天碳纤维复合材料的需求增长。美国军机F22机身碳纤维复材几乎由赫氏 产品全覆盖，且波音和空客等民航订单逐年增加，受疫情影响，2019年至2020年民 航订单有所下降。赫氏商业航空与国防领域复合材料营业收入从2001年的6.82亿美 元，增加至2020年的23.25亿美元，两大领域在该期间内累计贡献营收占公司总营收 的比重达83.83%。由此可见，在某些领域绑定大客户不仅能够打开市场，还能进一 步锁定市场份额。
（2）垂直整合完善产业链，横向拓展分销渠道，吸收产业链新技术，实现高效布局， 是国际巨头全面推进国际市场的重要方法。东丽与赫氏的并购逻辑不完全相同，但 都由并购及拓展战略从技术、产业链、渠道、产能等多方面受益。东丽民用事业覆盖 较广，主要进行产能布局、绑定大客户：先后收购ACE、PCC、CIT等各国制造和分 销商，同时，通过建立专门的汽车中心（AMC），建立自有的碳纤维原料（前驱体） 工厂等，或收购处于产业链某环节的领先制造商（如TCAC预浸料制造商等），实现 碳纤维全产业链生产和供应。而主要从事航空航天用复材的赫氏主要以产能扩张、 拓宽上下游为主导整合相关资产：如赫氏于1972年收购世界第二大纺织厂Pierre Genin&Cie，将焦点转到复合材料（碳纤维）和电子元器件等新兴领域；1996年2月 份收购Ciba-Geigy复材业务，在树脂及复合材料业务方面进一步加强，同年6月份收 购Hercule复材业务，获取了关键的航空产品资格和重要的碳纤维能力（赫氏此前主 要为航天供应复材）。在2011、2012、2015年间多次进行产能扩张。
海外巨头成长路径二：产能高效布局降成本，产销反馈机制促发展
总体战略上，东丽将研发布局国内，锁定技术优势；产能布局低成本地区或靠近市 场，降低成本；与客户密切互动，形成产销反馈机制。在东丽公布的“AP-G 2019中 期管理计划”中，明确提出，公司的战略是依靠境内公司发展技术、创造高附加值产 品，同时向海外扩张规模、绑定客户，在全球市场所获利润将重新用于支持本部研 发，进行产品升级、降低成本，从而进一步实现扩张。公司将生产线向中国、东南亚 等生产成本相对较低的地区布局，同时，也在欧洲等主要客户市场前建立了完整的 供应链。这种战略导致东丽母公司的管理费用较高，但也与日本制造业的“母工厂” 思维相契合。结合IFRS国际会计准则对于G&A（general and administrative expense） 的规定，包括租金、保险费或归属于公司管理层的薪酬和福利以及任何法律人员也 被归类为一般和管理费用。
产能投入高、布局全面，多年领先国内公司水平；生产线靠近市场，有效降低成本。 2018年前，东丽的资产投资占营收的比例多年领先国内主要公司，注重产能投入是 其优势之一，国内公司或需要进一步提高产能投入。同时，东丽产量在1981年已达 千吨。东丽在2017年年报中称，通过扩大匈牙利工厂的运营，子公司卓尔泰克（Zoltek） 将把该工厂的生产能力提高50％，达到每年生产15000吨，2020年Zoltek的PX35碳纤维的全 球理论产能达到25. 4千吨。而2020年，我国相关公司产能与国际龙头仍存在较大差 距。而相比之下，东丽在各个国家和地区的产能建设投入与相应营收占比及趋势非 常接近，可以看出，生产线布局靠近市场是创收的关键手段之一。同时，产线与市场 接近可以降低运输、汇率波动、关税等成本。当前国内万吨级产线还在建设过程中，
海外巨头成长路径三：重视各环节技术研发，产品持续领先升级
（1）抢先建立技术壁垒：东丽、赫氏碳纤维业务迅速发展，得益于较早进入碳纤维 技术链，并持续推动行业技术发展，确立行业标准。1961年日本PAN基碳纤维研制 成功，东丽在1971年便开始制造并销售T300高强度碳纤维，根据官网数据，当时产 能为12吨/年，为当时世界上最大产能。东丽在碳纤维技术发展历程中常常先行一步， 虽然我国已于2011年颁布了《聚丙烯腈（PAN）基碳纤维国家标准（GB/T26752- 2011）》，但日本东丽在全球碳纤维行业具有绝对领先优势，国内一般采用日本东 丽标准进行分类。碳纤维复合材料起始于赫氏的 HexTow® 碳纤维，是世界上航空 航天和工业应用的首选碳纤维。
（2）长期关注研发，持续产品升级，是巨头保持长期市场竞争力的卓越成长基因。 东丽碳纤维业务的成长始于对技术的钻研，在拓展市场后，社长日觉昭广仍然强调 坚持实业技术路线的升级。①研发投入稳定：为了确保研发投入，研究和开发费用 不受经济波动影响，一直呈现稳步增长态势。据东丽2020年年报，2017年到2020年 的4年内，东丽研发投入始终保持在600亿日元以上，其中，2020年研发费用为628 亿日元。东丽始终坚持绿色创新相关业务拓展，在2020年年报中公司明确表示将 2022年绿色创新业务收入目标定为1万亿日元，作为绿色创新相关业务（含用于飞机、 汽车、风力、压力容器等的碳纤维业务及锂电子电池分离器）的主项，碳纤维复合材 料相关业务直接受益。②东丽坚持推进横向整合研究：东丽内部有纤维研究所、薄 膜研究所、复合材料研究所等并在其之上成立单独的技术中心，进行横向整合研究， 从而形成强大研发合力。
碳纤维及碳纤维复合材料相关技术水平全球领先，产业链完整，有效降低成本。
（1） 技术领先且全面：伴随着领域的扩展和技术的革新，东丽的T系列、M系列、MX系列 产品已经几乎可以覆盖碳纤维的全部现有领域，并且性能优越。
（2）先进技术降成 本：根据东丽官网，2018年东丽成功开发用于CFRP的新型高压釜（高温高压炉）技 术——据零件的形状和尺寸，使用传统的高压釜和烤箱等为飞机制造大型CFRP零件 大约需要9个小时，而新技术有望将制造时间减少到大约4个小时；与传统的制造方 法相比，由于不需要压力和加热介质（如加热的空气），该技术可节省约50％的能源；由于改进的制造尺寸精度，还有望在组装过程中节省使用垫片的时间。同样在 2018年，东丽宣布已开发同时实现更高的拉伸强度和拉伸模量的TORAYCA® MX系 列，该系列使用的NANAOLLOY®纳米合金技术是Toray专有的创新微结构控制技术， 与传统材料相比，它可以通过在纳米级上精细分散多种聚合物来实现显着的性能增强；这项技术生产的聚合物材料具有高性能和功能性，而在常规微米级别（相当于 百万分之一米的尺寸）的合金中是无法实现的，基本专利以及主要制造和应用专利 仅由Toray拥有。
（3）上游自研匹配客户需求：赫氏HexTow® 碳纤维是通过对聚丙 烯腈（PAN）前体进行一系列连续的精确控制加工工序而成。暴露在极高温度下， 前体发生变化，通过氧化和碳化获得高强度重量比和高刚度重量比；接下来的表面 处理和后处理工艺改进了纤维的粘合及操作工艺。这样的碳纤维比钢强度高，比铝 轻却与钛的刚度相同。针对客户不同需求，赫氏采用自主研发的处理剂如G, GP 和 GS对碳纤维进行后处理。HexTow® 碳纤维使用两步专有工艺生产，使产出的碳纤 维具有很高的强度和模量。
产品更新换代快，性价比高，不断提升在各领域的竞争力。据公司官网，2014年东 丽成功开发出T1100G高强度、高模量产品，应用于高端体育、航空航天等高利润行 业。同时，除了性能普通、价格偏低的大丝束产品及性能较好、价格昂贵的常规丝束 产品之外，2019年，东丽上市的Z600-24K是TORAY®GT系列全新碳纤维，该系列 同时具有实惠的价格和出众的纤维品质，或将冲击中端市场。
海外巨头成长路径四：赫氏发展得益于碳纤维本土化政策，历次重组聚焦复材经营
碳纤维行业重资产运营、竞争领域多维、行业标准严苛，公司在成长初期，必须依 靠政策优惠和规范获得资金支持，维持竞争环境暂时稳定。（1）东丽：日本环保相 关政策，推动碳纤维行业发展。日本政府高度重视高性能PAN基碳纤维及能源和环 境友好相关技术开发，在包括“能源基本计划”、“经济成长战略大纲”、“京都议定书” 等多项基本政策中，均将此作为战略项目，并给予人力、经费上的支持；日本经济产 业省提出了“节省能源技术研究开发方案”。（2）美国：赫氏发展得益于美国国防部 制定的碳纤维本土化政策。美国从20世纪70年代先后赞助执行了飞行能效（Aircraft Energy Efficiency, ACEE）计划、先进复合材料技术（Advanced Composite Technology, ACT）计划和低成本复合材料计划等，最终目的在于提供在制造成本上 有竞争力的复合材料机翼和机身的制造技术。公司发展前期主要围绕国防装备领域， 后因国防开支削减进行整改，退出不盈利的项目，逐步进军商用。上世纪八十年代， 美国的几个碳纤维公司均采用外部治理模式，但由于碳纤维作为国家特殊的战略物 资材料，受日本东丽等公司的制约，美国碳纤维企业均濒临倒闭。美国国防部适时 推出碳纤维等关键材料本土化的国家战略。1988年，美国国会通过法令：军用碳纤 维所用聚丙烯腈原丝要逐步实现自给，国防工业所需的重要材料都必须立足于本国 生产，波音可以使用日本东丽的碳纤维，国防工业则必须采用赫氏或美国氰特的碳 纤维，同时对高端碳纤维产品和技术装备出口进行严格管控。由此扶持了赫氏、美 国氰特等本土碳、纤维企业的发展，最终摆脱了对日本碳纤维的依赖。
赫氏历次重组后聚焦航空复合材料主业，整体盈利能力逐步增强，为2009年后期民 航市场大发展带动公司业绩提升奠定扎实基础。2009年至今，是赫氏自1980s上市 后保持较快速且稳定发展的最佳时期，2009-2018年10年间赫氏EPS（基本）从0.58 美元增至3.15美元，此期间主要受益于军航稳增长、民航大发展的市场需求。但在此 前，赫氏曾进行多次业务重组，如1994年出售或退出非核心资产、2002年裁员超30%、 2007年剥离欧美以建筑业务和美国电子等，以集中企业资本于碳纤维、复合材料及 蜂窝材料等，尤其以航空用为主。债务的改善，资产效率的提升，叠加复合材料本 身具有的高经营杠杆特性等（固定资产折旧摊销等固定成本占比高，EBIT变化相比 于营业收入等订单变化更为敏感），在2009年以来民航市场逐步向好与军航稳支撑 下，赫氏公司的净利润相比其营业收入实现了更大幅度的增长，2018全年营业收入、 净利润较2009年度增长97.52%、378.15%。
高航空复材业务占比下，赫氏复材业务营业利润率波动性小于东丽。长时间维度看， 东丽整体毛利率在2004年之前（除1997财年外），均高于赫氏。而赫氏在经历多次 重组调整经营重心后，毛利率稳中有升，在2004年后逐渐优于东丽。此外，由于赫 氏航空占比大，相比于体育、风电等民品，航空配套关系的稳固、飞机型号放量周期长等原因，赫氏的复材业务毛利率在2007年后超过东丽并稳中有升。同时，航空复 材业务相比于其他消费级产品波动性较小，不易受到全球金融危机等广泛性事件影 响即抗周期性较为突出（其中高端装备更为明显）。例如，2009年因金融危机影响， 东丽碳纤维复合材料业务营业收入较2008财年减少27.98%，营业利润降幅扩大至负值，从2008年财年的84亿日元 减少至-62亿日元。相比之下，赫氏2009年营业收入增速仅降至-16.35%，其中分领 域看商业航空、工业、航天及国防营收增速分别为-21.70%、-19.19%、-0.83%，高 端装备抗周期性突出。据上文，碳纤维原丝端相比于复材结构件折旧费用更高，较 高的固定成本以及经营杠杆下，营收的下滑将加大对业绩的消极影响。基于此，虽 然同期内赫氏与东丽营收增速均有较大幅度下滑，但对东丽业绩端的消极影响因经 营杠杆因素而加大，其碳纤维复材业务营业利润直接降为负值。（报告来源：未来智库）
（二）复盘启示：中短期依托政策聚焦航空，长期完善产业链技术升级
1. 国内龙头依托政策优势，中短期聚焦国内航空航天
碳纤维行业是重资产运营、高研发投入行业，需要强有力的资金、政策支持。东丽作为行业龙头，碳纤维部门的折旧占总折旧达20%以上，而营收占比却低于20%。 然而，东丽起身于纤维及纺织品，深耕材料行业，碳纤维业务占比不大，多依靠传统 纤维及纺织品、高性能化学品等高营收业务资金支撑。而我国碳纤维材料企业业务 结构比较简单，营收规模不足；同时，高端技术及设备受到国际禁运，参照美国“本 土化”政策对赫氏的扶持，行业政策需要适当向保护国内企业竞争环境倾斜。由此， 东丽、赫氏已进入研发投入稳定阶段，维持研发费用率在2-3%，然而国内企业研发 费用率可达10%以上，若能较长时间维持足够研发费用，或有望逐步在技术上获得 突破。
技术封锁、大客户绑定等多项壁垒将在中短期内限制国内企业发展国际民航事业， 中低端市场成本竞争激烈，绑定国内航空航天大客户打开市场是关键。尽管碳纤维材料在航 空航天领域的业务需求受疫情重挫，但航空航天市场生命力仍然旺盛，碳纤维应用 仅仅是由航空航天主要驱动模式转向“航空航天驱动 工业用”的双引擎驱动模式。 然而由于航空航天对碳纤维材料有定制化需求，需要企业从设计开始与客户一起研 发，并且对碳纤维和树脂等基材的复合质量有很高的要求。国内企业已错失绑定波 音、空客等国际民航大客户已有型号的机会，同时由于国际中低端市场已经开始成 本竞争，国内技术无法迅速降成本，因此需要瞄准国内民航大客户。
2. 国内复材尚有拓展空间，联合客户进行系统化开发
近几年我国碳纤维技术有了一定发展，但与之配套的碳纤维复合材料技术仍有待提 高，国内缺乏能够自主生产与碳纤维配套的基材树脂的企业。首先，树脂基碳纤维 复材开始主要用于高档体育器材和高端装备，特别是用于高端装备的材料和技术， 西方对我国严格封锁。其次，我国碳纤维企业与碳纤维复材企业更多是分别发展。 目前我国国内鲜有能够研发、生产与自己碳纤维相匹配的基材树脂的企业，缺乏研 发与碳纤维匹配基材树脂和浆料的团队，且核心复材制造设备仍受到技术限制。但 在复材技术和设备方面，国内部分企业在自动化铺放工艺的工程化应用方面取得了 较大进展；完成了国产预浸带制备、铺带工艺等系列研究与相关工程化应用验证， 已将自动铺带用于新型飞机的机翼复合材料壁板；针对民机尾翼、机翼等课题需求， 完成了尾翼平尾蒙皮、机翼蒙皮的系列研究与验证试验。说明我国这方面短板有望 较快弥补，拓展复材市场已有一定的技术基础。
国内碳纤维复材短期内技术难赶超，成本竞争优势弱，但其可设计性决定了潜在客 户仍有发掘空间。我国碳纤维技术比国际水平落后多年，同时，面对国际产品竞争 比较充分的中低端市场，国内企业短期内难以在已有客户和市场中取得技术和成本 优势，必须主动将国内的行业“蛋糕”做大。传统材料在出厂后性能比较固定，客户可 以不参与前期设计，而碳纤维复材的可设计性决定了客户必须在产品研发期进入， 并且客户设计需求不同或将决定生产的投入和布局。此外，碳纤维复材应用领域仍 有拓宽的空间，并且国内许多客户可能尚未意识到自身产品有用碳纤维替代的可行 性，这就需要碳纤维企业主动与客户合作，从零开始绑定客户、开发产品，在实现某 个工业领域复合材料产品批量化生产的同时实现国产碳纤维产业化，使得获得稳定 的长期盈利。
3. 产能及产业链整合、市场战略选择是行业长期发展目标
我国目前企业主要产品在产业链位置上比较割裂，此类模式不利于降低成本以及提 高碳纤维复材综合质量，长期来看，产业链合作、整合是全行业发展的关键。国际 巨头几乎都拥有从原材料到复合材料全产业链生产能力，并且充分利用自身产能降 低成本、匹配产品，如赫氏的PAN前驱体100%内部销售，赫氏、东丽的碳纤维材料 完全利用自产。而国内光威复材等企业，产业链比较完整，但原材料等部分仍需外 购，且主要销售产品是预浸料等中游产品。碳纤维原丝占成本的51%，中下游利润 并不高。此外国内企业大客户多为高端装备或民航企业，定制化需求及行业标准高， 对产业进行整合促使上下游合作，才能提高产品适配性。
中短期国内企业应聚焦国内航空航天，但体育、风力、汽车等市场仍有长足发展空 间。碳纤维产线的定制化、重资产性决定了碳纤维企业受下游景气度影响明显：如 东丽在2016-2018年持续受到原材料价格和下游产业需求、价格竞争影响，营业利润 持续下降；东丽、赫氏多年间民航业务受空客、波音订单影响明显；东丽体育产品销 售额比例收缩至8%左右，转向寻求更高附加值的产品；赫氏民航订单增加，工业部 分受到挤压至10%左右。因此，国内企业在市场选择时要与自身产能、技术结构相 匹配，同时密切关注行业景气度影响因素。
（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）
精选报告来源：【未来智库】。未来智库 - 官方网站
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