研究碳纤维行业具有重要意义，一方面碳纤维在先进材料国产化领域走在前列，可以通过研究碳纤维为其他先进材料行业发展提供有益借鉴，另一方面碳纤维行业已有2家上市公司，即光威复材与中简科技，两者有不同的发展策略，可以思考先进材料国产化的路径选择。最后，同样从事碳纤维业务的中复神鹰于年6月提交了招股说明书，其中更新了关于行业的最新情况，为比较分析提供了便利条件，本文也参考了其中行业及技术分析部分。
一、碳纤维基本概念
碳纤维（CarbonFiber）是由聚丙烯腈（PAN）（或沥青、粘胶）等有机纤维在高温环境下裂解碳化形成的含碳量高于90%的碳主链结构无机纤维。碳纤维主要性能特点包括：
资料来源：《高科技纤维与应用》
二、碳纤维主要分类
碳纤维可以按照原丝种类、力学性能、丝束规格、原丝制备工艺等不同维度进行分类，不同类别的碳纤维分类标准如下：
（一）原丝种类
碳纤维根据原丝种类主要分为PAN基碳纤维、沥青基碳纤维和粘胶基碳纤维。其中，PAN基碳纤维由于生产工艺相对简单，产品力学性能优异，用途广泛，自20世纪60年代问世以来，迅速占据主流地位，占碳纤维总量的90%以上；沥青基、粘胶基的产量规模较小。因此，目前碳纤维一般指PAN基碳纤维。
（二）力学性能
碳纤维因其优异的力学性能作为增强材料而广泛应用，因此业内主要采用力学性能进行分类。业内产品分类主要参考日本东丽的牌号，并以此为基础确定自身产品的牌号及级别，日本东丽主要产品牌号的力学性能指标如下：
目前，国内主要企业产品情况如下表所列。
（三）丝束规格
按照每束碳纤维中单丝根数，碳纤维可以分为小丝束和大丝束两大类别。一般按照碳纤维中单丝根数与1,的比值命名，例如，12K指单束碳纤维中含有12,根单丝的碳纤维。早期小丝束碳纤维以1K、3K、6K为主，逐渐发展出12K和24K。小丝束碳纤维性能优异但价格较高，一般用于航天*工等高科技领域，以及体育用品中产品附加值较高的产品类别，主要下游产品包括飞机、导弹、火箭、卫星和钓鱼杆、高尔夫球杆、网球拍等。一般认为40K以上的型号为大丝束，包括48K、50K、60K等。大丝束产品性能相对较低但制备成本亦较低，因此往往运用于基础工业领域，包括土木建筑、交通运输和能源等。随着目前碳纤维制作工艺的提升及产品价格的下降，小丝束在工业领域的运用已逐步拓宽。
需要注意的是，大丝束和小丝束技术差别是控制点不同，不存在哪个难度更高，都有各自的关键控制点。目前，国内厂商生产的绝大部分为小丝束，大丝束以进口为主。
（四）原丝制备工艺
PAN基碳纤维原丝是生产高品质碳纤维的技术关键，原丝品质缺陷，如表面孔洞、沉积、刮伤以及单丝间黏结等，在后续加工中很难消除，从而造成碳纤维力学性能的下降。PAN基碳纤维原丝的生产过程为将丙烯腈单体聚合制成纺丝原液，然后纺丝成型。按照纺丝溶剂的选择，聚合工艺的连续性，纺丝采用的工艺方法等，原丝制备可以分为不同的工艺类型：按照纺丝溶剂区分，包括DMSO（二甲基亚砜）、DMAc（N,N-二甲基乙酰胺）、NaSCN（硫氰酸钠）等不同的溶剂类别；按照聚合工艺的连续性，可以分为一步法、两步法；按照纺丝工艺，可以分为湿法和干喷湿纺法。其中，纺丝工艺的选择及控制为稳定生产高性能原丝的关键因素。
干喷湿纺工艺有效结合了干法和湿法，在纺丝速度和原丝性能方面均具有明显优势。相比湿法纺丝，干喷湿纺喷丝头不直接浸入凝固浴，喷头温度可独立的精确控制，纺丝液由喷丝板喷出在进入凝固浴之前先经过一段几毫米的空气层，纺丝液在空气层中发生一定的拉伸流动，不仅提高纺丝速度，还有利于大分子链的取向。原丝结构相比直接进入凝固浴更为均匀致密，同时截面也更容易成圆形，从而提高力学性能。
由于干喷湿纺工艺技术难度较大，仅少量企业掌握该生产技术并形成成熟的碳纤维产品。
三、碳纤维应用情况
（一）全球碳纤维行业发展历程
起步阶段（-），碳纤维主要应用于钓鱼竿、飞机次承力结构领域；
成长阶段（-），碳纤维应用领域扩大至网球拍、高尔夫球杆、飞机主承力结构的应用上，在这段时期内，碳纤维产品增加、成型技术逐渐进步；
扩张时期（-），碳纤维工业应用开始起步，碳纤维产品开始进入压力容器、工业机器、船艇、土木工程和建筑、修复和补强等领域，在这段时期内碳纤维生产成本也开始降低；
年以后，碳纤维市场进入全面扩张时期，飞机应用不断扩大，并逐渐发展到压力容器和汽车等工业领域的应用，同时碳纤维产品制造方法逐渐多样化，产品生产更注重可循环性。
（二）国内碳纤维行业发展历程
我国的碳纤维行业起步于20世纪60年代，几乎和日美等国家同时起步，但由于相关知识储备不足、知识产权归属等问题，发展缓慢。同时，日本、美国等国家对碳纤维核心技术形成垄断，我国碳纤维生产技术和装备水平整体落后于国外，在较长的一段时间内发展止步不前，无法满足国家重大装备等高端领域的需求。
2年以来，国家加大对于碳纤维领域自主创新的支持力度，将碳纤维列为重点研发项目。伴随着国家*策的大力扶持，国内碳纤维行业在技术上取得重大突破，与日美等国家的产业技术水平差距逐渐缩小，技术水平和产业化程度快速发展，应用领域不断扩大，在航空航天、风电叶片、体育休闲、压力容器、碳/碳复合材料、交通建设等领域得到广泛应用。历经了50多年发展，我国碳纤维产业从无到有，不断打破技术装备的封锁，产业化已取得初步成果。地区上目前已形成以江苏、山东和吉林等地为主的碳纤维聚集地。
年以来，随着下游风电叶片等领域的需求快速增长，以及年疫情导致国外碳纤维进口难度增加等原因，国内碳纤维市场需求快速扩张，目前国内市场呈现供不应求的局面。
（三）当前行业竞争格局
1、全球供需格局
（1）全球碳纤维需求
目前，全球碳纤维及其复合材料已在各个领域广泛应用，包括航空航天、风电叶片、体育休闲、压力容器、碳/碳复合材料、交通建设等领域。年全球碳纤维需求继年之后再次突破10万吨级，达到10.69万吨。在全球新冠疫情的影响下，年全球碳纤维需求较年增长3%，与年的全球需求同比增长率12%相比已较大幅度放缓，但仍然保持了增长的态势。
年，全球碳纤维需求的前三大应用领域依次为风电叶片、航空航天和休闲体育。
1）风电叶片
具体而言，年全球碳纤维需求量最大的领域为风电叶片，需求量为3.06万吨，较年增长20%，保持快速增长趋势，年需求量占比达29%。
风电叶片被普遍认为是碳纤维最重要的增长市场，特别是制造超大型风电机组所需叶片，必须使用质量轻、强度高、刚性好的碳纤维，保证结构强度的同时避免叶片在风载作用下发生大变形甚至撞击风车支柱。当风机变大后，全玻璃钢叶片已无法满足叶片大型化、轻量化的要求，而密度、刚性方面更出色的碳纤维材料则成为了更理想的选择。在满足刚度和强度的前提下，碳纤维比玻璃钢叶片质量轻30%以上。当前风轮直径已突破m，叶片重量达18吨。采用碳纤维的m风轮叶片可以有效减少总体自重达38%，成本下降14%。
近年来，风电市场发展迅速。根据年3月全球风能理事会发布的《全球风能报告》，年全球新增风电装机容量60.4GW，较年增长了19%，其中，陆上及海上风电新增装机容量分别为54.3GW及6.1GW；中国新增风电装机容量26.2GW，占同期全球新增装机容量近一半的比例，是全球风电增长引擎。
风电行业的快速发展带动了碳纤维需求量的不断增加。在碳纤维成本的降低和叶片复合材料工业创新的刺激下，年风电叶片碳纤维需求量激增，年全球风电叶片碳纤维需求量为2.55万吨，年需求量达到3.06万吨，同比增长20.00%；风电叶片碳纤维需求量占全球需求总量的比例由年的24.59%增长至年的28.64%。
2）航空航天
其次是航空航天，需求量为1.65万吨，较年下降30%，年需求量占比为15%。民用客机是拉动碳纤维需求增长的主要力量。受全球新冠疫情影响，年全球航空业受到不利影响，民用客机主要生产厂家对碳纤维的需求有一定幅度的下降。
碳纤维具有质轻、高强度、耐腐蚀、抗疲劳的属性，在航空航天领域得到广泛应用。在航空航天领域，碳纤维复合材料主要应用于飞机的结构材料（占飞机重量的30%左右），碳纤维的使用能使飞机结构材料减重20%至40%，飞机整体重量减轻6%至12%，从而显著地降低飞机的燃油成本。
在航天领域，碳纤维复合材料作为结构功能一体化构件，最早被用于人造卫星天线和卫星支架的制造；又因其耐热耐疲劳的特性，碳纤维也广泛应用于固体火箭发动机壳体和喷管上。我国的神舟一号到神舟九号飞船，其飞船推进分离系统的主承力部件就是由碳纤维复合材料制造。
在航空领域，碳纤维复合材料自20世纪70年代以来首次被应用在飞机上的一些二级结构，如整流罩、控制仪表盘和机舱门等。近三十年来，随着高性能碳纤维和预浸料-热压罐整体成型工艺的成熟，碳纤维复合材料的使用逐步进入到机翼、机身等受力大、尺寸大的主承力结构中。近年来，碳纤维复合材料在*用飞机上的用量逐年增加。由于碳纤维复合材料具有低密度、高比强度、高比模量、可设计性强等优点，在飞机上采用碳纤维复合材料可以大幅度减轻机体结构质量、改善气动弹性，提高飞机的综合性能，大批量飞机零部件相继采用碳纤维复合材料，并且采用复合材料的面积、部位和重量也日趋增加。
3）体育休闲
需求量排名第三的领域为体育休闲，需求量为1.54万吨，较年增长3%，需求量占比为14%，主要使用在高尔夫球杆、自行车架、钓鱼竿、球拍、曲棍球棍等高端休闲体育市场。
（2）全球碳纤维供给
年全球碳纤维运行产能约为17.17万吨。从区域角度来看，美国是产能最多的国家，运行产能达3.73万吨，占年全球碳纤维运行产能的22%；中国大陆位居第二，运行产能为3.62万吨，占比为21%；日本位列第三，运行产能为2.92万吨，占比为17%。为满足全球市场碳纤维日益增长的需求，各大碳纤维企业扩建产能意愿明显。
2、国内碳纤维行业发展情况
（1）国内碳纤维需求
年，我国碳纤维需求达4.88万吨，较年增长达29%。年国内碳纤维需求同比增幅远高于全球碳纤维需求同比增幅，主要原因一方面是全球风电叶片对碳纤维需求大幅增长，同时国际风电叶片代工由欧洲转向国内，导致国内该领域的碳纤维需求由年的1.38万吨增长至年2.00万吨，增幅达45%；另一方面，由于国内需求结构和全球需求结构差异较大，国内民航领域的需求占比远小于全球民航领域需求占比，年占国产总需求的比例仅为3%左右，因而国内碳纤维需求受疫情负面影响相对较小。
年国内碳纤维需求中，进口碳纤维供应量为3.04万吨，占需求量的62%；国产碳纤维供应量为1.84万吨，占需求量的38%，国产占比较年的32%增长6个百分点，国产替代趋势明显。主要原因一方面是受疫情影响，碳纤维进口难度增加；另一方面为日本、美国等主要碳纤维生产国家缩紧了对国内碳纤维的供给，导致国内需求缺口增加。受此影响，年国产碳纤维供应量较年的供应量1.20万吨增长53%，国产碳纤维行业保持高速增长。目前进口碳纤维供应量仍然明显高于国产供应量，国产替代空间巨大。
①风电叶片需求维持高速增长
随着国际风电主机厂将碳纤维拉挤板代工由欧洲转向国内，风电叶片已经成为国内最大的碳纤维应用领域之一。年国内风电叶片领域碳纤维需求量为2.00万吨，占国内需求总量的41%，较年的1.38万吨增长45%。年风电领域的碳纤维应用占比预计将进一步提升。风电叶片市场需求以国外风电主机应用为主，国内主机用量相对较少。使用产品主要以国内外T级24K、48K、50K等产品为主，碳纤维用量大但对价格敏感度较高。近年来风电叶片对于碳纤维需求量的高速增长为国内碳纤维企业带来了快速发展机遇。
②体育休闲用品市场保持较高份额
全球近90%的碳纤维体育器材加工在中国大陆和中国台湾完成，年国内体育用品领域碳纤维需求量为1.46万吨，占国内需求总量的30%，较年增长4%。体用休闲领域产品类别广泛，对碳纤维的需求呈现高低端并存的局面，国内需求主要以T级、T级为主，包括少量T级和高模量产品。规格以3K、12K等小丝束为主，需求种类较多。
③碳/碳复合材料需求高速增长
年，我国碳/碳复合材料碳纤维需求量为0.30万吨，占比为6%，较年增长%，增长幅度较大。碳/碳复合材料主要使用在刹车盘、航天部件、热场部件等领域，由于年国内光伏市场高速增长，单晶硅炉的市场需求量迅速增长，单晶硅炉内主要有碳毡功能材料和坩埚、保温桶、护盘等碳/碳复合材料，因而年国内碳/碳复合材料领域的碳纤维需求量增长迅速。
④产品需求结构存在进一步升级的空间
与全球碳纤维使用占比结构相比较，国内在航空航天、汽车等高附加值领域的结构占比要远低于全球水平。未来我国在航空航天、汽车等行业碳纤维需求市场存在进一步增长的空间。
（2）国内碳纤维供给情况
年国产碳纤维供给量为1.84万吨，占国内需求的比重仅为38%。由于较多国产碳纤维企业尚未实现关键技术的突破，生产线运行及产品质量不稳定，国产碳纤维行业长期存在“有产能，无产量”的现象。国产碳纤维理论产能较大，但实际产量却较少，目前碳纤维市场仍处于供不应求的状态。
（3）我国碳纤维制造业发展趋势
①年以来国内市场加速进口替代，国产碳纤维供不应求
长期以来，国内碳纤维市场中进口碳纤维的供给量远超国产碳纤维。年以来受全球新冠疫情的影响，全球贸易整体受到较大冲击，国外碳纤维出口国内的难度加大，国内碳纤维市场整体呈现供不应求的局面。年下半年以来，日本、美国加强了对碳纤维出口中国的*策管控，导致国内碳纤维境外供应难度进一步较大。年12月22日，因日本东丽子公司出口碳纤维流入了未获日本《外汇及外国贸易法》许可的中国企业，日本经济产业省对该公司实施了行*指导警告，要求东丽子公司防止再次发生此类事件，并彻底做好出口管理。年2月24日，美国总统拜登签署了行*命令，在联邦机构间展开为期天的审查，以解决四个关键产品供应链中的漏洞，其中包括碳纤维，主要目标是增强供应链的弹性，以保护美国免于未来面临关键产品短缺。
面对上述新形势，国产碳纤维正处于加速进口替代的机遇期。但另一方面，受制于国内碳纤维整体技术水平与日本、美国的差距，以及有效产能不足的问题，国内重点领域的碳纤维需求存在供应不足的风险。
②国内碳纤维增长迅速，优势企业将在竞争中取得优势
与国外碳纤维市场相比，国产碳纤维长期围绕体育休闲等低附加值领域，面临较大的价格竞争压力。随着年以来风电叶片领域碳纤维需求的快速增长，国产碳纤维需求量大幅上升，国内碳纤维企业的盈利空间不断提升。未来，国产碳纤维在航空航天、压力容器、碳/碳复合材料等高附加值领域的应用前景广阔，拥有自主知识产权和持续创新能力的企业将在未来竞争中占得先机。
四、国内碳纤维主要企业财务分析
（一）营业收入分析
单位：亿元
从营业收入规模来看，国内碳纤维行业三巨头中光威复材占据绝对优势地位，光威复材一家收入规模即超过中复神鹰与中简科技收入之和，同时两者之间差距呈扩大趋势。
三家公司差异原因在于经营发展战略的不同，光威复材采取*品+民品两条腿走路模式，中复神鹰主要从事民品，而中简科技主要精力在*品，这一点从三家公司客户构成上可以看得出来。
光威复材近三年前五大客户情况：
单位：元
近三年，光威复材客户结构呈现高度集中特点，前五大客户贡献收入占比分别为84%、84.55%和82.98%，且主要客户非常稳定，*品主要客户始终为“客户甲”，民品主要客户始终为“维斯塔斯+迪皮埃”组合。主要从事民品业务的中复神鹰在客户集中度和客户稳定性方面，则相对变化较大，且前五大客户贡献收入比例相对较低，近3年，中复神鹰前五大客户贡献收入占比分别为28.62%、29.12%和31.21%，即使年有提升，但集中度仍然偏低。一方面说明公司的大客户集中风险较低但也同时说明公司尚未找到相对固定的应用场景并锁定客户，存在收入波动风险。另外需要