研究报告丨新材料系列研究之碳纤维

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碳纤维发展历程及性能优势

碳纤维是指通过将有机母体纤维经过高温（1000℃-3000℃）、惰性气体保护下，以高温分解与碳化的方式形成含碳量在90%以上的一种无机高分子材料。其有着优秀的力学性能， 虽然其比重只有钢材的四分之一，但其抗拉伸强度可达到钢的7倍以上，并且其有着巨大的耐高温性能，在2000℃并运用惰性气体对材料进行保护环境下，碳纤维是目前已知所有材料中强度唯一不下降的材料，碳纤维的优势是钢以及其他合金金属无法比拟的。

从碳纤维的发展历程来看，全球第一款现代意义的碳纤维产品是美国科学家1959年研发的“T hormei-25”粘胶基碳纤维，同年日本科学家发明了全球第一个聚丙烯晴基碳纤维，1967年日本东丽研制成功了T300聚丙烯晴基碳纤维，也就此奠定了公司在碳纤维领域的行业地位，随后的1969年，日本东丽公司又率先研发出了特殊单体共聚而成的PAN基碳纤维原丝，生产出当时最高模量和强度的碳纤维。日本企业在上个世纪80年代先后研发出了T800、T1000等高性能碳纤维，迄今仍然将高性能碳纤维的技术牢牢掌握在自己手中。

我国碳纤维行业其实从上个世纪60年代就开始有研究和生产，但是因为产业基础薄弱、技术推进缓慢等原因，目前已经大幅落后于日本等先进水平。尽管在2008年前后不少工业企业涌入碳纤维行业，但大多数企业在关键技术上无任何突破，工艺品质稳定性不足，导致“有产能，无产量”的现象出现；目前我国碳纤维材料仍然严重依赖进口。截至2016年底，中国大陆地区有24家碳纤维生产企业，年生产能力近2万吨，但是实际产量不足5000吨。

碳纤维按照原丝类型分类可分为聚丙烯腈（PAN）基、沥青基和粘胶基等，按照按照制造条件和方法可以分为碳纤维（800-1600℃）、石墨纤维（2000-3000℃）、活性碳纤维以及气相生长碳纤维等；目前一般都按照其力学性能进行分类，包括高强型（GQ）、高强中模型（QZ）、高模型（GM）、高强高模型（QM）等，因为碳纤维的应用主要是因为其优良的力学性能。也有时会按照丝束大小划分为小丝束和大丝束，通常将24K及以下的称为小丝束碳纤维，主要应用于国防军工等高科技领域，以及飞机、导弹、火箭、卫星、渔具、网球拍等；将48K以上碳纤维称为大丝束碳纤维，主要应用于工业领域如纺织、机电、土木建筑、交通运输和能源等。

工艺复杂，成本较高。碳纤维制备经历了从原料到原丝再通过碳化和复合的全过程，才能最终应用于下游 行业。碳纤维的制备工艺相对复杂，对设备、工艺精度的要求很高，其成本高昂与其技术壁垒和制造成本也息息相关。

       随着各类应用场景对材料性能要求的提升，尽管碳纤维成本高昂，它的应用领域也在不断扩展，从过去主要应用于航空航天等要求苛刻的场景，到汽车、风电等新场景，碳纤维的应用范围还在不断扩展。

从我国碳纤维的应用来看，由于我国航天航空工业仍欠发达，航空航天并不是碳纤维最主要的应用，体育休闲是最重要的应用场景之一，但是工业级的应用也在不断增长。

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碳纤维的性能劣势

事实上，作为一种材料，碳纤维的性能也并不完美：首先它的耐磨性比较差，在实际使用时都需要有其他材料作为保护层；其次它的抗剪性能比较差，应用过程中需要考虑实际受力状况。在具体的应用中，一般都要和其他材料一起加工制备成符合一定性能要求的复合材料。

碳纤维价格昂贵，限制其应用拓展：相比于钢材等传统材料，碳纤维价格昂贵是不争的事实，因此下游应用要考虑具体的性价比。尽管没有非常明确的市场价（订单制，往往是商业合同形式），对应东丽T300及同等性能产品，原丝售价约40元/公斤，碳纤维约180元/公斤，预浸料约600元/公斤，民用级的复合材料售价约在1000元/公斤，汽车复合材料约3000元/公斤，而航空复合材料则约8000元/公斤（数据来源：江苏恒神公开资料）。

具体应用的拓展还是要看性价比，目前碳纤维在航空航天之外领域的应用主要集中在高端领域，因此市场规模仍然偏小。汽车是一个庞大的市场，但是出于成本考虑，目前真正使用碳纤维材料的只有极少的高端车型。

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碳纤维企业分布

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国内碳纤维市场主要增长逻辑是进口替代

（1）从需求端，随着碳纤维生产成本的下降，下游应用从高端领域向中高端迁移，带来应用市场规模的稳步增长，但是需求增长的过程是相对缓慢的；

（2）从供给端，我国24家碳纤维企业号称总年产能接近2万吨，但是总产量不足5000吨，我国碳纤维依然严重依赖进口，随着国内企业研发投入带来产品性能和工艺稳定性的提升，进口替代空间巨大，应该是国内碳纤维企业未来发展的主要方向。

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国内相关企业

目前A股纯正碳纤维标的是光威复材，稳定量产型号为GQ3522（可比东丽T300），其他高性能的型号还在试验当中，2016年总收入超过6亿元，毛利率60%左右，正在申报IPO的中简科技主要生产ZT7（可比东丽T700）型号的碳纤维，2016年产能50吨，产量超过45吨，销售收入1.5亿元，毛利率超过67%；新三板上市公司江苏恒神目前能够稳定生产型号HF10（可比T300），公司仍然处于亏损状态。

文章来源：萌主风向标