1、碳纤维是“21世纪新材料之王”
根据观研报告网发布的《中国碳纤维行业现状深度研究与未来投资预测报告（2024-2031年）》显示，碳纤维(CarbonFiber)是一种丝状碳素材料，由有机纤维经碳化以及石墨化处理而得到的微晶石墨材料，直径5-10微米，含碳量高达90%以上。碳纤维力学性能优异，同时具有轻质、高强度、高弹性模量、耐高低温、耐腐蚀、耐疲劳等优异特性，广泛应用于航空航天、国防、交通、能源、体育休闲等领域。
碳纤维主要性能特点
性能特点 | 简介 |
强度高 | 抗拉强度在3,500MPa以上 |
模量高 | 弹性模量在230GPa以上 |
密度小，比强度高 | 密度是钢的1/4，是铝合金的1/2比强度比钢大16倍，比铝合金大12倍 |
耐超高温 | 在非氧化气氛条件下，可在2,000°C时使用，在3,000°C的高温下部分熔融软化 |
耐低温 | 在-180°C低温下，钢铁变得比玻璃脆，而碳纤维依旧具有弹性 |
耐酸、耐油、耐腐蚀 | 能耐浓盐酸、磷酸等介质侵蚀，其耐腐蚀性能超过黄金和铂金，同时拥有较好的耐油、耐腐蚀性能热 |
膨胀系数小，导热系数大 | 可以耐急冷急热，即使从3000°C的高温突然降到室温也不会炸裂 |
资料来源：观研天下整理
碳纤维按纤维数量不同可分为小丝束和大丝束。小丝束性能优异，但成本较高。碳纤维的开发起初应用于航空航天领域，小丝束性能更能满足航空航天、军工复材的需要，但受成本制约，难以在风电叶片等领域实现推广应用。大丝束在保持碳纤维优良性能的前提下，通过提高单线产能，大幅降低成本，打开碳纤维广泛运用于工业和民用领域大门。
大丝束和小丝束碳纤维对比
类别 | 小丝束碳纤维 | 大丝束碳纤维 |
丝束数量 | <24K(1K代表一束碳纤维中有1000根丝) | ≥24K |
拉伸强度 | 3500-7000MPa | 3500-5000MPa |
拉伸模量 | 230-680GPa | 230-290GPa |
价格 | 较高 | 一般 |
产能分布 | 日本 | 欧美 |
应用领域 | 国防军工、航空航天 | 工业领域 |
资料来源：观研天下整理
2、我国碳纤维行业需求端萎靡不振，但产能迎来扩产爆发期
近几年，随着“碳中和、碳达峰”战略的提出，碳纤维最主要的下游领域——风电行业快速崛起，需求端也日益旺盛。数据显示，2023年，我国碳纤维运行产能为14.08万吨，比上年增长25.7%，已经接近全球碳纤维产能的半壁江山。然而，自2023年开始，我国碳纤维行业供需关系180度大转向。
尤其是，在下游蓬勃发展的背景下，各路资本和企业大量涌入碳纤维产业，投资热度持续高涨，产能大幅度提升。根据数据显示，2022年我国碳纤维供应量达4.5万吨，同比增长55.17%；截至2023年6月，国内碳纤维生产商总产能达到11.7万吨，较2021年末大幅增加。
不过，需求端表现不佳，2023年碳纤维需求量比2022年的7.44万吨反而下降7.2%，这也导致碳纤维厂商库存高企。数据显示，国内碳纤维库存整体保持低位，由2023年6月的4000吨左右增至2023年末的1.2万吨左右。除此之外，各大碳纤维企业也出现增收不增利的现象，如2023年中复神鹰、吉林碳谷、光威复材、中简科技、中航高科5家碳纤维龙头上市企业共实现主营收入121.65亿元，同比增长2.81%；归母净利润27.42亿元，同比下降22.32%。
数据来源：观研天下整理
而就算面对价格下跌、企业营收下降等等终端市场出现疲软迹象，但碳纤维龙头厂商却选择继续扩大产能。例如，2024年4月，中复神鹰年产能30000吨的高性能碳纤维建设项目举行了开工仪式，这个项目的总投资达到了60亿元左右。除此之外，吉林化纤集团正在推进1.5万吨/年高性能碳纤维项目；上海石化6000吨/年碳纤维项目也预计将在今年投产。
整体来看，未来几年，我国碳纤维企业扩产计划总量预计接近30万吨，但在供给短缺的背景下，率先实现项目落地并稳定生产的企业将具备明显的先发优势，抢占更多的市场份额。
我国碳纤维企业扩产计划
生产商 | 项目 | 在建产能 | 预计投产节奏 | 项目情况 | 预计当年实际新增产能* | ||||
2023年E | 2024年E | 2025年E | |||||||
吉林化纤集团 | 国兴年产6万吨碳纤维项目 | 6 | 2 | “十四五”期间完成 | 0 | 2 | |||
1.2万吨碳纤维复材项目碳化线 | 0 | 0.6 | 0 | 2023年1月和2月，第三、四条碳化线投产 | 0.6 | 0 | |||
中复神鹰 | 西宁二期1.4万吨高性能碳纤维及配套原丝项目 | 0 | 1.4 | 0 | 2023年H1已全面投产 | 1.4 | 0 | ||
连云港年产3万吨碳纤维建设项目 | 3 | 0 | 0.6 | 1.2 | 建设周期为2023年4月至2026年8月 | 0 | 0.6 | 1.2 | |
上海石化 | 1.2万t/a48K大丝束碳纤维项目 | 0.6 | 0 | 预计2024年全部完成 | 0 | 0.6 | |||
光威复材 | 万吨级大丝束碳纤维产业化项目 | 0.4 | 0 | 一期4000吨预计2023年内投产 | 0 | 0.4 | 0 | ||
中简科技 | 高性能碳纤维及织物产品项目 | 0.15 | 0.075 | 0 | 预计于2023年部分投产，2024年全部投产 | 0 | 0.075 | ||
恒神股份 | 2万t/a高性能碳纤维生产基地 | 0.5 | 0 | 一期5000t/a，2023年H1开工，建设周期20个月 | 0 | 0.5 | |||
浙江宝旌 | 6万吨碳纤维原丝项目和年产1.8万吨碳丝项目 | 1.55 | 0.5 | 0.55 | 预计于“十四五”期间陆续投产 | 0 | 0.5 | ||
新创碳谷 | 1.8万t/a大丝束项目 | 1.2 | 0 | 2023年已全部建成1.8万吨产能 | 0.6 | 0 | |||
新疆隆炬 | 年产5万t碳纤维碳化项目 | 4.4 | 1.2 | 2 | 2022年一期6000吨建成，后续三期陆续建设，预计2025年形成5万t/a产能 | 0.6 | 1.2 | ||
长盛科技 | 高性能碳纤维项目二期 | 0.08 | 0 | 已于2023年12月投产 | 0 | 0.08 | 0 | ||
高性能碳纤维项目三期 | 0.26 | 0 | 0.26 | 预计2025年投产达产 | 0 | 0.26 | |||
资料来源：观研天下整理
3、碳纤维新领域：低空经济蓄势腾飞
资本市场通常都会以推断甚至想象来评判企业或者产业的价值，尤其是在新兴产业中。当然，碳纤维作为典型的新材料行业也不例外，目前市场上最火热的低空经济与碳纤维关系明确。
eVTOL是低空经济的重要载体之一，其主流的设计方案均采用碳纤维作为主要机身结构材料。其中，约有75~80%用于结构部件和推进系统，12~14%用于横梁、座椅结构等内部应用，电池系统、航空电子设备和其他小型应用占比为8~12％。而国内头部eVTOL制造商亿航智能、小鹏汇天、峰飞航空等公司公布的设计方案来看，机身结构均采用碳纤维复材，小鹏汇天旅航者X2的旋翼桨叶和起落架也采用碳纤维复材。
我国部分eVTOL设计方案碳纤维应用
企业 | 型号 | 主要参数 | 碳纤维应用 |
亿航智能 | 亿航AAV | 机身高度：1.93m机身宽度：5.73m最大起飞重量：620kg最大航程：30km最大设计速度：130km/h | 机身结构采用环氧基碳纤维复合材料优化整体结构强度和刚度，实现轻量化与机身刚性实现完美统一，搭配航空铝合金，有效降低机身重量，保证各部位的支撑强度。 |
小鹏汇天 | 旅航者X2 | 双人乘坐最高续航达：25分钟最大时速：130km最高飞行高度1000m | 全机身碳纤维材质；旋翼桨叶采用先进碳纤维环氧树脂基复合材料，是现阶段航空业最先进的桨叶用材。起落架的材料主要为碳纤维和玻璃纤维，碳纤维保证起降所需要的强度，玻璃纤维保证减震缓冲所需要的韧性 |
峰飞航空 | 盛世龙 | 最大起飞重量：2000kg最大载荷：350kg最大航程：250km最大巡航速度：200km/h载客能力：4座+1飞行员 | 整机机身使用高强度碳纤维复合材料一体成型技术 |
资料来源：观研天下整理
而单台eVTOL对碳纤维需求在100-400kg之间，有望拉动千吨级需求。以超长续航问界Ultra锂电池作为参考，假设在电池能量100kWh、能量密度400Wh/kg情况下，2人座eVTOL电池自重约250kg（假设5人座电池能量随最大起飞重量同比例提升）；假设单台eVTOL复材重量占其机身结构重量比例为70%，碳纤维复材占全部复材比例为90%，且碳纤维：树脂比例为7:3，则单台eVTOL碳纤维需求量约在97-363kg之间，全球未来eVTOL订单约为6300架且在2030年前全部释放，则预计为碳纤维带来600-2300吨增量需求。
eVTOL对碳纤维需求示意性测算
类别 | 亿航AAV（2座） | 盛世龙（5座） | |
1.相关参数 | 最大起飞重量（kg） | 620 | 2000 |
实际业务载重量（kg）：（全座人数+行李） | 150 | 370 | |
eVTOL自重（kg） | 470 | 1630 | |
锂电池重量（kg） | 250 | 806 | |
eVTOL机身结构重量（kg） | 220 | 824 | |
2.材料需求测算 | 复合材料重量（kg）占比70% | 154 | 576 |
单台eVTOL碳纤维需求量（kg）占比90%，碳丝树脂比7:3 | 97 | 363 | |
eVTOL订单量（架）-截至23年5月 | 6300 | ||
碳纤维增量需求（吨） | 611 | 2288 | |
资料来源：观研天下整理
4、市场进一步低迷，我国碳纤维行业未来该如何发展？
纵观市场现状来看，低空经济短期内对碳纤维产业的需求拉动的时间有限，那么随着市场持续低迷，未来碳纤维行业该如何推演？
事实上，碳纤维行业增长逻辑属于典型的创新供给驱动应用场景，所以不断寻找下游应用新场景，产业规模才能扩张。例如，1995年，碳纤维进入工业领域；二十一世纪，大飞机、风力叶片、汽车、深海油田成推动碳纤维行业发展驱动力。
目前，全球领域风电叶片能够拉动碳纤维约3.5万吨的需求；2017-2020年我国风电新增装机量从1503万千瓦迅速飙升至7167万千瓦，成为国内碳纤维市场关键的增量需求。在满足刚度和强度的前提下，采用碳纤维的风轮叶片比玻璃钢叶片质量轻30%以上，虽然碳纤叶片成本上升，但其带来的传动链上相关部件以及塔筒的优化减重，使得风电机组的整体成本降低10%以上。例如，120m的碳纤维风轮叶片可以减少总体自重达38%，使得风电机组的整体成本下降14%。未来，随着风电抢装的影响逐渐消退，预计未来三年内中国风电新增装机量的增速能够保持在15%-20%，持续拉动碳纤维市场需求。
此外，航空航天工业对碳纤维行业需求巨大。飞机结构材料约占起飞总重量30%左右，减轻结构材料重量可带来诸多好处，而用碳纤维复合材料代替钢或铝，减重效率可达到20%-40%。根据相关资料可知，2022年11月8日，七家租赁公司与中国商飞又签署300架C919飞机和30架ARJ21飞机确认订单；2023年9月28日，中国商飞与东航签订C919最大单笔订单100架。因此，据不完全统计，C919拥有1215架订单总量。长远来看，1215架C919订单全部交付对应碳纤维需求量约5882吨，对应约13.4亿元市场空间。
综上所述，我国碳纤维行业需求空间大，但是头部企业仍然大幅扩产，并且选择“以量换价”策略，可见产业供给依旧是扩张态势，再加上当下需求增速不太明朗。因此，如果头部企业持续保持扩张态势，并且在市场价格低迷的背景下，或许碳纤维行业将迎来落后企业出清，市场集中度也将随之上升。（WYD）
