（報(bào)告出品方/分析師：天風(fēng)證券李魯靖朱曄）1碳纖維-需求日益增長(zhǎng)的“黑金”1.1碳纖維高強(qiáng)輕質(zhì)，品類多元?碳纖維性能優(yōu)異，高強(qiáng)輕質(zhì)。21世紀(jì)以來(lái)，隨著風(fēng)電行業(yè)迅速發(fā)展，風(fēng)機(jī)葉片呈現(xiàn)大型化的趨勢(shì)，尋求質(zhì)量更輕的新型材料替代傳統(tǒng)的玻璃纖維材料已

（報(bào)告出品方/分析師：天風(fēng)證券 李魯靖 朱曄）

1 碳纖維-需求日益增長(zhǎng)的“黑金”

1.1 碳纖維高強(qiáng)輕質(zhì)，品類多元

? 碳纖維性能優(yōu)異，高強(qiáng)輕質(zhì)。21世紀(jì)以來(lái)，隨著風(fēng)電行業(yè)迅速發(fā)展，風(fēng)機(jī)葉片呈現(xiàn)大型化的趨勢(shì)，尋求質(zhì)量更輕的新型材料替代傳統(tǒng)的玻璃纖維材料已經(jīng)成為各企業(yè)廠商的目標(biāo)。

在此背景下，碳纖維（carbon fiber, 簡(jiǎn)稱CF）因其高強(qiáng)輕質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)受到國(guó)內(nèi)外廠商的青睞。

? 碳纖維是一種含碳量在90%以上，具有高強(qiáng)度和高模量的新型纖維材料。它是由片狀石墨微晶等有機(jī)纖維沿纖維軸方向堆砌后，經(jīng)碳化及石墨化而得到的微晶石墨材料。碳纖維同時(shí)具有柔軟輕質(zhì)和強(qiáng)度極高的特點(diǎn)；

此外，還具有高模量、耐高溫、耐腐蝕等諸多優(yōu)良性質(zhì)，使其在一眾材料之中脫穎而出，被譽(yù)為“新材料之王”。

因此，近年來(lái)碳纖維在航空航天、汽車工業(yè)、風(fēng)電行業(yè)、建筑結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域都得到了廣泛的運(yùn)用。

? 按照每束碳纖維中所含單纖維根數(shù)，可將碳纖維分為大絲束和小絲束碳纖維。大絲束碳纖維通常指纖維根數(shù)在48000根(即48k)以上的纖維束，而小絲束碳纖維通常指纖維根數(shù)小于48k的纖維束。

? 就性能和生產(chǎn)技術(shù)而言，早期小絲束碳纖維優(yōu)于大絲束碳纖維；但近年來(lái)，大絲束碳纖維在性能和生產(chǎn)技術(shù)方面奮起直追，但離小絲束仍有差距。

因此，大絲束碳纖維價(jià)格通常較低。但從性價(jià)比來(lái)看，大絲束碳纖維通常更具優(yōu)勢(shì)。

以卓爾泰克公司的產(chǎn)品為例，其大絲束產(chǎn)品PANEX33-48K每美元拉伸強(qiáng)度和拉伸模量分別高達(dá)205MPa和13GPa；而小絲束產(chǎn)品T300-12K對(duì)應(yīng)的指標(biāo)值僅有107MPa和7GPa。

? 就應(yīng)用方向來(lái)看，小絲束碳纖維通常運(yùn)用于航天軍工等高科技領(lǐng)域和高爾夫球桿、網(wǎng)球拍等體育休閑領(lǐng)域；而大絲束碳纖維則在以風(fēng)電葉片為代表的能源領(lǐng)域、交通建設(shè)、碳碳復(fù)材等領(lǐng)域得到廣泛運(yùn)用。

? 由于性能和生產(chǎn)技術(shù)的差異，小絲束碳纖維價(jià)格通常高于大絲束碳纖維價(jià)格，這也導(dǎo)致不同應(yīng)用領(lǐng)域的碳纖維價(jià)格存在差異，以中復(fù)神鷹公司的產(chǎn)品為例，由于航空航天和體育休閑領(lǐng)域使用小絲束碳纖維，相比于其他使用大絲束碳纖維的領(lǐng)域（如風(fēng)電葉片、交通建設(shè)等），其對(duì)應(yīng)的碳纖維產(chǎn)品價(jià)格更高；其中，由于航空航天領(lǐng)域?qū)π〗z束碳纖維的性能要求最嚴(yán)格，其使用的碳纖維價(jià)格也相應(yīng)最為昂貴。

? 按照原材料不同，碳纖維主要可以分為聚丙烯腈基（PAN-CF）、粘膠基(Rayon-CF)、瀝青基碳纖維（Pitch-CF）等，其中瀝青基碳纖維又可以分為通用級(jí)和高性能級(jí)。

三類原材料各有其優(yōu)點(diǎn)和不足，因此有著不同的應(yīng)用方向。但由于PAN基生產(chǎn)工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，產(chǎn)品力學(xué)性能優(yōu)異，用途廣泛，占據(jù)了碳纖維產(chǎn)量九成以上。

而瀝青基、粘膠基的產(chǎn)量規(guī)模相對(duì)較小。因此，目前市面上的碳釬維一般指PAN基碳纖維。

? 按照力學(xué)性能（即拉伸強(qiáng)度和拉伸模量）可以將碳纖維分為通用型和高性能型，其中，高性能型又可以細(xì)分為高強(qiáng)型、高模量型、超高強(qiáng)型以及超高膜型。

業(yè)內(nèi)通常采用日本東麗（TORAY）公司制定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類。

1.2 工藝復(fù)雜，涉及原絲、碳絲兩大環(huán)節(jié)

? 完整的碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈包含從一次能源到終端應(yīng)用的完整制造過(guò)程。

碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈上游主要以石油化工行業(yè)為主，通過(guò)原油煉制、裂解、氨氧化等工序獲得丙烯腈:碳纖維企業(yè)通過(guò)對(duì)以丙烯腈為主的原材料進(jìn)行聚合反應(yīng)生成聚丙烯腈，再以其紡絲獲得聚丙烯腈原絲，對(duì)原絲進(jìn)行預(yù)氧化、碳化等工藝制得碳纖維。

碳纖維經(jīng)與樹(shù)脂、陶瓷等材料結(jié)合，形成碳纖維復(fù)合材料，最后由各種成型工藝得到下游應(yīng)用需要的最終產(chǎn)品。碳纖維下游應(yīng)用領(lǐng)域廣闊，需求持續(xù)增長(zhǎng)，碳纖維復(fù)合材料被廣泛應(yīng)用于航空航天、體育休閑、汽車、風(fēng)電等領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)進(jìn)口替代迫切。

? 以最常見(jiàn)的聚丙烯腈基碳纖維為例，其制備過(guò)程主要分為兩個(gè)環(huán)節(jié)：原絲環(huán)節(jié)和碳絲環(huán)節(jié)。在原絲環(huán)節(jié)中，原油經(jīng)過(guò)精煉、裂解等工藝得到丙烯，再通過(guò)氨氣氧化得到丙烯腈，丙烯腈經(jīng)過(guò)聚合、紡絲之后得到碳纖維原絲。

這一階段的技術(shù)壁壘和工藝差別主要集中在紡絲環(huán)節(jié)，即濕法紡絲和干噴濕法紡絲的工藝。

在碳絲環(huán)節(jié)中，原絲經(jīng)過(guò)預(yù)氧化、低溫和高溫碳化、表面處理得到聚丙烯腈基碳纖維，再經(jīng)收絲、包裝即可得到碳纖維成品。第二階段最關(guān)鍵的則是預(yù)氧化爐和碳化爐。

1.3 下游需求總量高速增長(zhǎng)，需求結(jié)構(gòu)多元化

? 自2016年，不論是全球市場(chǎng)還是國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，碳纖維總需求都在持續(xù)增長(zhǎng)。

雖然2020年民用航空受疫情影響遭遇重挫，對(duì)全球碳纖維市場(chǎng)造成一定沖擊，但由于其他下游市場(chǎng)強(qiáng)勁補(bǔ)充，當(dāng)年全球總需求仍有2%的增量，總量高達(dá)106.9千噸。

據(jù)奧塞維碳纖維技術(shù)預(yù)測(cè)，至2030年，全球碳纖維需求將保持持續(xù)增長(zhǎng)。

? 國(guó)內(nèi)碳纖維市場(chǎng)總需求增長(zhǎng)更為強(qiáng)勁。自2016年以來(lái)，國(guó)內(nèi)碳纖維市場(chǎng)總需求迅速增長(zhǎng)，并于2020年達(dá)到48851噸，對(duì)比2019年的37840噸，同比增長(zhǎng)了29%。

據(jù)賽奧碳纖維技術(shù)預(yù)測(cè)，至2025年，國(guó)內(nèi)碳纖維總需求將繼續(xù)保持高速增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)，并于2025年達(dá)到149498噸。

?從結(jié)構(gòu)來(lái)看，碳纖維下游應(yīng)用多元，風(fēng)電行業(yè)為主要增量：

碳纖維下游應(yīng)用分散多元，包括風(fēng)電葉片、體育休閑、航空航天等領(lǐng)域，但不論從全球范圍還是單就國(guó)內(nèi)市場(chǎng)而言，風(fēng)電葉片和體育休閑都占據(jù)了主要地位。

?近年來(lái)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)功率日益增大的需求促使風(fēng)機(jī)葉片日益大型化、輕質(zhì)化發(fā)展；傳統(tǒng)葉片材料玻璃纖維無(wú)法滿足這一需求，而碳纖維因其強(qiáng)高質(zhì)輕的優(yōu)點(diǎn)逐漸取代玻璃纖維，成為風(fēng)機(jī)葉片的主要材料。

2020年，全球碳纖維市場(chǎng)中風(fēng)電葉片占比約為29%，同比增長(zhǎng)20%；而國(guó)內(nèi)市場(chǎng)份額則約為40.9%，同比增長(zhǎng)45%。

由此可見(jiàn)，風(fēng)電葉片不僅是碳纖維產(chǎn)業(yè)最主要的下游應(yīng)用，更是國(guó)內(nèi)碳纖維廠商的發(fā)展機(jī)遇所在。

2 乘“風(fēng)”而起，受益于風(fēng)機(jī)大型化

2.1 風(fēng)機(jī)葉片為國(guó)內(nèi)碳纖維需求的主要增長(zhǎng)引擎

? 風(fēng)電葉片是中國(guó)碳纖維需求快速增長(zhǎng)的主要引擎：

? 從需求情況來(lái)看，2020年，國(guó)內(nèi)風(fēng)電葉片碳纖維需求約20000噸，約占總需求的40.9%，為第一大需求板塊。

? 從國(guó)內(nèi)外對(duì)比來(lái)看，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)增長(zhǎng)明顯高于國(guó)際增長(zhǎng)。

2017-2020年中國(guó)僅風(fēng)電葉片碳纖維用量分別為0.3、0.8、1.4、2.0萬(wàn)噸，四年間的復(fù)合增長(zhǎng)率為88%。

同時(shí)，國(guó)內(nèi)風(fēng)電碳纖維需求占全球需求量比例由15%提升至65%，證明了國(guó)內(nèi)市場(chǎng)增速顯著高于國(guó)際市場(chǎng)。

? 碳纖維主要用在風(fēng)電葉片的橫梁等關(guān)鍵部位：

由于碳纖維比玻纖昂貴，百分百采用碳纖維制造葉片并不合算，目前主要是碳纖維和玻纖混合使用，碳纖維主要用在一些關(guān)鍵部位如橫梁（尤其是梁帽）、前后邊緣、葉片表面等，其中梁帽為目前碳纖維的 最主要應(yīng)用，作用為減輕重量、提升剛度。

2.2 風(fēng)機(jī)葉片中必須應(yīng)用碳纖維嗎？

? 碳纖維的應(yīng)用在風(fēng)電葉片中是否為必須？回答這個(gè)問(wèn)題繞不開(kāi)風(fēng)電的變化趨勢(shì)——風(fēng)機(jī)的大型化。

? 從主機(jī)廠金風(fēng)科技的銷售情況可以看出，原本占據(jù)絕對(duì)比例的3MW機(jī)組（圖中的2S）的份額正在明顯地下降，同時(shí)根據(jù)近期陸風(fēng)項(xiàng)目的招標(biāo)要求，單機(jī)組功率要求4MW以上趨勢(shì)逐漸明顯。

? 海風(fēng)方面，根據(jù)我們的統(tǒng)計(jì)，2022年以來(lái)已經(jīng)陸續(xù)啟動(dòng)了約4GW海風(fēng)項(xiàng)目的招標(biāo)，機(jī)組功率要求基本在8MW以上，10MW 以上的要求也屢見(jiàn)不鮮。

? 風(fēng)機(jī)功率與葉片長(zhǎng)度關(guān)系基本固定，大型化趨勢(shì)下，葉片長(zhǎng)度必然增加。

? 根據(jù)推導(dǎo)，風(fēng)機(jī)功率與葉片長(zhǎng)度的平方成正比關(guān)系，或者說(shuō)與掃風(fēng)面積呈正比關(guān)系，即P=1/2ρπr 2V3Cp（對(duì)于這一結(jié)論我們已經(jīng)根據(jù)現(xiàn)有風(fēng)機(jī)數(shù)值進(jìn)行了驗(yàn)證）。

反推過(guò)來(lái)，在假設(shè)海風(fēng)風(fēng)機(jī)額定風(fēng)速在11m/s的情況下（參考現(xiàn)有風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)），我們計(jì)算出當(dāng)風(fēng)機(jī)功率到達(dá)8MW時(shí)，葉輪直徑在180m左右，功率達(dá)到10MW時(shí)，葉輪直徑在200m左右，所以我們判斷，未來(lái)海風(fēng)主流機(jī)型葉輪直徑在180m甚至200m以上。

? 葉片長(zhǎng)度增加后對(duì)于“重量”和“剛度”提出要求，碳纖維的重要性凸顯。

? 剛度方面：對(duì)于大型葉片,剛度成為主要問(wèn)題，為了保證在極端風(fēng)載下葉尖不碰塔架,葉片必須具有足夠的剛度。風(fēng)吹到葉片做功的時(shí)候，葉片旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)彎向塔架，碳纖維復(fù)合材料的彈性模量是玻纖的2~3倍，更不容易發(fā)生形變。

? 重量方面：葉片重量對(duì)運(yùn)行、疲勞壽命、能量輸出有重要的影響。全玻璃鋼葉片重量比較大，而碳纖維復(fù)具有更低的密度，可以保證風(fēng)電葉片在增加長(zhǎng)度的同時(shí),重量降低。

? 葉片長(zhǎng)度增加后碳纖維的滲透率在明顯提升。

根據(jù)美國(guó)桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室報(bào)告，盡管隨著工藝的進(jìn)步玻纖目前仍適用于任何長(zhǎng)度的風(fēng)機(jī)葉片，但碳纖維的應(yīng)用隨著葉片長(zhǎng)度的增加明顯地提升，當(dāng)葉片長(zhǎng)度大于70m時(shí)，碳纖維的滲透率達(dá)到了55%,根據(jù)前文表述，未來(lái)海風(fēng)主流機(jī)型在8MW以上，葉片長(zhǎng)度在90m以上，這為碳纖維提供了廣闊的舞臺(tái)。

? 10MW以上機(jī)型碳纖維滲透率有望達(dá)到百分百。

桑迪亞實(shí)驗(yàn)室預(yù)計(jì)，碳纖維的主要發(fā)力機(jī)型在于3-5MW和8-10MW區(qū)間，其中10MW以上機(jī)型有望100%使用碳纖維梁帽。

同時(shí)參考國(guó)內(nèi)海風(fēng)葉片的發(fā)展情況，東方電氣、上海電氣等公司陸續(xù)推出10MW以上的海風(fēng)葉片，根據(jù)目前的情況，功率10MW且葉片90米以的風(fēng)機(jī)都使用了碳纖維，與SANDIA預(yù)計(jì)情況基本一致。

3 國(guó)產(chǎn)替代機(jī)會(huì)于各環(huán)節(jié)中孕育

3.1 需求存在缺口，國(guó)內(nèi)產(chǎn)能迎頭趕上

? 目前國(guó)內(nèi)需求存在缺口，仍在很大程度上依靠進(jìn)口滿足。2020年國(guó)內(nèi)國(guó)產(chǎn)碳纖維占比38%，進(jìn)口碳纖維占比超過(guò)60%，其中主要來(lái)源于日本（15%）、美國(guó)（9%）和中國(guó)臺(tái)灣（15%）。但國(guó)內(nèi)產(chǎn)能正在迎頭趕上，相比于2019年的31.7%，國(guó)產(chǎn)碳纖維的市場(chǎng)份額有6.3%的增長(zhǎng)。

? 就總產(chǎn)能而言，國(guó)內(nèi)廠商主要面臨美國(guó)和日本的競(jìng)爭(zhēng)。2020年度，美國(guó)碳纖維總產(chǎn)能最高，達(dá)37.3千噸，占全球總產(chǎn)能21.7%；其次是中國(guó)，占據(jù)全球市場(chǎng)21.1%的份額；日本總產(chǎn)能達(dá)到29.2千噸，在全球市場(chǎng)占比17.0%，排名第三。

? 在小絲束市場(chǎng)方面，中國(guó)主要競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手是日本、日本東麗在韓國(guó)工廠及韓國(guó)曉星公司，其2020年在華銷售總量約為9,900噸（盡管東麗在2020年8月份之后被暫停出口）。

在大絲束市場(chǎng)方面，國(guó)內(nèi)主要產(chǎn)能來(lái)源于藍(lán)星及碳谷+寶旌，其總產(chǎn)能約為4,000噸。而中國(guó)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手主要是東麗旗下卓爾泰克（包括其在美國(guó)、墨西哥和匈牙利的工廠）、日本三菱、德國(guó)西格里、臺(tái)塑及土耳其DowAksa，其總量大約17,000噸。

?國(guó)內(nèi)廠商積極擴(kuò)產(chǎn)，國(guó)內(nèi)產(chǎn)能迎頭趕上。

自2019年以來(lái)，國(guó)內(nèi)主要碳纖維廠商大多開(kāi)始策劃或建設(shè)大型碳纖維生產(chǎn)項(xiàng)目，擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃覆蓋大小絲束碳纖維、高性能碳纖維、原絲及碳纖維復(fù)合材料等，國(guó)內(nèi)碳纖維產(chǎn)能有望不斷提高，國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力有望持續(xù)增強(qiáng)。

3.2 原絲環(huán)節(jié)-紡絲工藝逐漸進(jìn)步

? 原絲制備環(huán)節(jié)是碳纖維制備的首要環(huán)節(jié)。碳纖維制備的主要工藝包括原絲制備、預(yù)氧化、碳化、表面上漿和卷繞，其中原絲成本在碳纖維總成本中占比高達(dá)51%。

? 碳纖維原絲的工藝主要分為聚合過(guò)程、制膠過(guò)程、紡絲過(guò)程三個(gè)過(guò)程。在聚合過(guò)程中，丙烯腈共聚單體引發(fā)體系水，經(jīng)聚合反應(yīng)、脫單、水洗和干燥后得到聚合物粉料（PAN基）；在制膠過(guò)程中，聚合物粉料（PAN基）經(jīng)溶解、脫泡后得到凝固浴紡絲；最后進(jìn)入紡絲過(guò)程，凝固浴紡絲經(jīng)水洗、上油和牽伸得到碳纖維原絲。

? 紡絲環(huán)節(jié)是整個(gè)原絲制備環(huán)節(jié)的技術(shù)壁壘和工藝差別所在，對(duì)原絲質(zhì)量有重大影響。

? 碳纖維原絲的紡絲方法主要包括干法紡絲制備和濕法紡絲制備、干濕法紡絲制備（干噴濕法紡絲）和熔融法紡絲制備等。其中干法制備和熔融法制備工藝目前尚不完善，工業(yè)運(yùn)用不多。而濕法紡絲具有穩(wěn)定性較好，易于控制反應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛使用。此外，由于同時(shí)具備濕法紡絲和干法紡絲的優(yōu)點(diǎn)，干噴濕法紡絲近年來(lái)得到推廣。

? 濕法紡絲工業(yè)運(yùn)用悠久，技術(shù)較為成熟。方法是將噴絲板浸入在溶液中，紡絲細(xì)流由于濃度差異產(chǎn)生由表及里的劇烈凝固過(guò)程。

但是由于外內(nèi)層擴(kuò)散的劇烈程度不同，開(kāi)始擴(kuò)散的時(shí)間存在差異，使纖維內(nèi)部和表層結(jié)構(gòu)差異性比較大，表皮結(jié)構(gòu)致密，芯層結(jié)構(gòu)松散，化學(xué)結(jié)構(gòu)雜亂。

? 干濕法有效改善了濕法紡絲中的一些缺陷。

在干濕法紡絲過(guò)程中，紡絲液經(jīng)噴絲孔噴出后，先經(jīng)過(guò)空氣層（即“干噴段），再進(jìn)入凝固浴進(jìn)行雙擴(kuò)散、相分離和形成絲條。此方法紡出的纖維體密度較高，表面平滑無(wú)溝槽，且可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)速紡絲，用于生產(chǎn)高性能、高質(zhì)量的碳纖維原絲。

? 干濕法生產(chǎn)出的碳纖維原絲性能更強(qiáng)。

國(guó)內(nèi)目前采用干濕法紡絲的廠商主要包括中復(fù)神鷹、光威復(fù)材和恒神股份。中復(fù)神鷹在國(guó)內(nèi)率先突破 T700 級(jí)、T800 級(jí)、T1000 級(jí)干噴濕紡核心技術(shù)，在干噴濕紡碳纖維的技術(shù)成熟度方面具有一定優(yōu)勢(shì)；

光威復(fù)材、恒神股份過(guò)往以濕法碳纖維為主，近年來(lái)逐漸突破了干噴濕紡工藝技術(shù)，開(kāi)發(fā)了 T700、T800 級(jí)及 T1000 級(jí)干 噴濕紡產(chǎn)品，目前已形成批量化的干噴濕紡產(chǎn)品市場(chǎng)銷售；

而中簡(jiǎn)科技則主要生產(chǎn)濕法碳纖維，在 T800 級(jí)及以上的同級(jí)別產(chǎn)品性能方面，較采用干噴濕紡工藝的同級(jí)別產(chǎn)品，在拉伸強(qiáng)度方面性能較低。

3.3 碳絲環(huán)節(jié)-設(shè)備國(guó)產(chǎn)替代趨勢(shì)明顯

? 預(yù)氧化工藝在整個(gè)制備過(guò)程中所占用的時(shí)間超過(guò)其他工藝的時(shí)間，是整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的重中之重。預(yù)氧化爐的作用是使熱塑性的PAN線形大分子鏈轉(zhuǎn)化為具有非塑性耐熱梯形結(jié)構(gòu)的預(yù)氧絲，其在碳化高溫下不熔不燃，熱力學(xué)處于穩(wěn)定狀態(tài)。

? 目前使用的熱空氣預(yù)氧化設(shè)備，按熱空氣與絲面運(yùn)行方向的夾角不同分為3種吹風(fēng)方式：

一是熱風(fēng)從絲條運(yùn)行的垂直方向吹入，稱為垂直吹風(fēng)方式，其主要特點(diǎn)是在爐腔外面增加端氣封，端氣封吹出一定溫度的熱空氣，起到將外界冷空氣隔離的作用；

二 是熱風(fēng)從絲條的側(cè)面吹入，稱為側(cè)吹風(fēng)方式，主要采用將送風(fēng)管道的熱空氣引到端氣封，企圖用熱空氣對(duì)吹的方式來(lái)阻擋爐內(nèi)熱空氣的溢出和爐外冷空氣的進(jìn)入；

三是熱風(fēng)從氧化爐中間位置平行于絲條的運(yùn)行方向吹向兩端，稱為中間向兩端送風(fēng)方式，采用氧化爐下半部分作為新鮮空氣的進(jìn)風(fēng)口，而上半部分作為廢氣的排放口。不同吹風(fēng)方式在工業(yè)化生產(chǎn)中都有應(yīng)用。

? 碳化爐是碳纖維生產(chǎn)過(guò)程中的另一關(guān)鍵設(shè)備。碳化爐的主要作用是使預(yù)氧絲的梯型結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為碳纖維的亂層石墨結(jié)構(gòu)。

? 碳化爐可以分為高溫碳化爐和低溫碳化爐。國(guó)內(nèi)外碳纖維高溫碳化生產(chǎn)線主要采用開(kāi)式爐膛，多溫區(qū)加熱，工況溫度在 1000℃以上，采用石墨板為爐體，石黑發(fā)熱體為熱源，高純惰性氣體(如氨氣)為密封與冷卻氣，結(jié)構(gòu)如右圖所示。

碳化爐的設(shè)計(jì)最基本要求是碳化爐溫度場(chǎng)溫度分布均勻，可量。但高溫碳化要求的絕對(duì)無(wú)氧條件限制了溫度的測(cè)控及溫度分布均勻性。

高溫碳化的情況下，即使少量的空氣也足以持續(xù)去除石墨分子層進(jìn)而造成嚴(yán)重腐蝕，導(dǎo)致過(guò)早失效，因此，高溫爐兩端需要?dú)鈮好芊獠⒕_控制。

低溫碳化爐系統(tǒng)則包括六大組成部分：

低溫碳化爐和主體結(jié)構(gòu)和分區(qū)加熱裝置、兩端的非接觸式迷宮密封裝置、廢氣排出口位置及廢氣處理裝置、高純氮?dú)獾臍夥庾饔煤偷獨(dú)獾妮d氣作用裝置、碳化爐兩端的牽伸機(jī)組和電器控制系統(tǒng)。其中，廢氣的及時(shí)排放并且不滯留在爐膛內(nèi)是低溫碳化爐技術(shù)的核心。

?目前碳纖維廠商使用的預(yù)氧化爐和碳化爐在一定程度上依靠進(jìn)口，例如江蘇恒神股份所使用的預(yù)氧化爐和碳化爐都使用德國(guó)埃森曼公司的產(chǎn)品，而藍(lán)星集團(tuán)生產(chǎn)線的預(yù)氧化爐依賴美國(guó)進(jìn)口，碳化爐則依賴德國(guó)進(jìn)口。目前國(guó)外生產(chǎn)預(yù)氧化爐的主要廠商包括德國(guó)埃森曼、美國(guó)DESPATCH、美國(guó)利茲勒等；生產(chǎn)碳化爐的國(guó)外主要廠商包括美國(guó)哈泊、德國(guó)埃森曼、美國(guó)利茲勒等。

?但國(guó)內(nèi)也有不少企業(yè)開(kāi)始自行建造預(yù)氧化爐和碳化爐。中復(fù)神鷹、光威復(fù)材和中簡(jiǎn)科技在依賴進(jìn)口設(shè)備的同時(shí)具有一定自行建造能力，頂立科技和精功科技則是國(guó)內(nèi)碳纖維設(shè)備的主要生產(chǎn)廠商，其中頂立科技主要生產(chǎn)臥式真空碳化爐、立式真空碳化爐、連續(xù)式碳化爐、連續(xù)式預(yù)氧化爐，而精功科技則具備全套碳纖維生產(chǎn)線生產(chǎn)能力。

? 目前國(guó)內(nèi)廠商已經(jīng)具備生產(chǎn)碳纖維成套生產(chǎn)線能力。

以精功科技為例，其碳纖維成套生產(chǎn)線由放紗架、氧化爐組、低溫碳化爐、高溫碳化爐、表面處理浴池、上漿浴池、干燥機(jī)、卷繞機(jī)等組成，可實(shí)現(xiàn)對(duì)PAN基碳纖維原絲連續(xù)多道熱處理和后續(xù)處理，其所生產(chǎn)的產(chǎn)品可廣泛應(yīng)用于汽車交通、航空航天、風(fēng)力發(fā)電、醫(yī)療器材以及建筑等領(lǐng)域。

? 截止2021年末，精功科技碳纖維生產(chǎn)線已形成批量化生產(chǎn)，在該生產(chǎn)線上生產(chǎn)的碳纖維已廣泛應(yīng)用于汽車交通、航空航天等領(lǐng)域。

2021年，精功科技碳纖維生產(chǎn)線整線交付周期大大縮短，共累計(jì)完成6條生產(chǎn)線的交付工作。

? 我們測(cè)算，十四五期間碳化線設(shè)備的合計(jì)新增市場(chǎng)空間為134億元左右，關(guān)鍵假設(shè)如下：

? 根據(jù)精功科技公告，其向吉林化纖1.2萬(wàn)噸碳纖維復(fù)材項(xiàng)目提供4條碳纖維生產(chǎn)線的訂單價(jià)格為6.8億元，推算每萬(wàn)噸碳化線設(shè)備投資額為5.67億元。

? 參考新疆隆炬年產(chǎn)5萬(wàn)噸高性能碳纖維項(xiàng)目的投資請(qǐng)款（每萬(wàn)噸綜合投資12億元），再考慮到國(guó)內(nèi)設(shè)備性能逐步提升，有望對(duì)齊國(guó)外設(shè)備。我們認(rèn)為價(jià)格具有提升趨勢(shì)，因此假設(shè)每萬(wàn)噸碳纖維設(shè)備價(jià)值每年提升15%。

? 國(guó)內(nèi)生產(chǎn)線目前整體產(chǎn)能較低，2020年“運(yùn)行產(chǎn)能”為36,150噸，銷量是18,450噸，銷量/產(chǎn)能比為51%；

? 根據(jù)賽奧纖維預(yù)計(jì)，2025年國(guó)內(nèi)碳纖維需求15萬(wàn)噸，2020年需求為4.89萬(wàn)噸，年均新增需求2萬(wàn)噸左右。

風(fēng)險(xiǎn)提示

? 政策變動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)。碳纖維制造行業(yè)屬于新材料領(lǐng)域，對(duì)國(guó)家相關(guān)戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要支撐作用。近年來(lái)，國(guó)家不斷出臺(tái)產(chǎn)業(yè)政策、技術(shù)扶持政策，對(duì)該行業(yè)的發(fā)展起到了積極的引導(dǎo)作用。但不排除未來(lái)國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策發(fā)生重大不利變化，而對(duì)碳纖維行業(yè)的市場(chǎng)空間及發(fā)展前景帶來(lái)嚴(yán)重影響的風(fēng)險(xiǎn)。此外，碳纖維生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)會(huì)帶來(lái)大量廢棄物，包括廢氣和廢渣。不排除國(guó)家可能采用更嚴(yán)格的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)，從而導(dǎo)致碳纖維生產(chǎn)企業(yè)在環(huán)境方面產(chǎn)生額外支出的風(fēng)險(xiǎn)。

? 原材料和能源價(jià)格大幅波動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)。碳纖維生產(chǎn)的主要原材料和能源包括丙烯腈、天然氣、電力、蒸汽等。丙烯腈為石油化工產(chǎn)品，市場(chǎng)價(jià)格受國(guó)際石油價(jià)格波動(dòng)影響較大。因此不排除原材料和能源價(jià)格大幅上述，從而導(dǎo)致碳纖維行業(yè)成本增加的風(fēng)險(xiǎn)。以中復(fù)神鷹公司為例，該公司2018-2021年間丙烯腈采購(gòu)單價(jià)大幅波動(dòng)，分別為1.37萬(wàn)元/噸、1.06萬(wàn)元/噸、0.77萬(wàn)元/噸、1.28萬(wàn)元/噸，對(duì)其主營(yíng)業(yè)務(wù)利潤(rùn)產(chǎn)生重大影響。

? 關(guān)鍵原材料及設(shè)備進(jìn)口受限風(fēng)險(xiǎn)。目前國(guó)內(nèi)企業(yè)的原材料（原油等）和主要設(shè)備（預(yù)氧化爐、碳化爐等）的供應(yīng)仍在一定程度上依靠進(jìn)口。一方面，在當(dāng)下新冠疫情和國(guó)際關(guān)系日益嚴(yán)峻的背景下，不能排除一些重大突發(fā)事件可能造成的原材料和主要設(shè)備供應(yīng)的中斷，從而對(duì)國(guó)內(nèi)碳纖維行業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)的重大風(fēng)險(xiǎn)。另一方面，一般而言，國(guó)內(nèi)企業(yè)收入以人民幣計(jì)價(jià)，而采購(gòu)國(guó)外原材料及設(shè)備則以外幣計(jì)價(jià)。不排除未來(lái)人民幣可能貶值而來(lái)帶的成本增加風(fēng)險(xiǎn)。

? 下游需求項(xiàng)目進(jìn)展不及預(yù)期風(fēng)險(xiǎn)。國(guó)內(nèi)碳纖維行業(yè)下游應(yīng)用主要包括風(fēng)電葉片、航天航空和體育休閑。在疫情背景下，航空領(lǐng)域難免遭受沖擊，帶來(lái)碳纖維需求下降風(fēng)險(xiǎn)。

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