网络知识 财经 碳纤维行业深度报告:长景气高成长赛道,国产替代创造绝佳投资窗口

碳纤维行业深度报告:长景气高成长赛道,国产替代创造绝佳投资窗口

(报告出品方/作者:中信建投证券,杨光)

一、碳纤维:材料性能优异,应用前景广阔

1.1 碳纤维规格多样,材料性能优异

碳纤维材料性能优异,多规格产品可广泛应用于航空航天、风电叶片等高附加值领域。碳纤维是由聚丙烯 腈、沥青基等有机纤维(原丝)在高温环境下裂解碳化形成的碳主链结构高性能纤维材料,其含碳量在 90%以 上。碳纤维具有质轻、高强度、高模量、导电、导热、耐腐蚀、耐疲劳、耐高温、膨胀系数小等优异性能,是 目前已大量生产的高性能纤维中具有最高的比强度和最高的比模量的纤维。碳纤维在航空航天、风电叶片、体 育休闲、压力容器、碳/碳复合材料、交通建设等领域广泛应用。

根据原丝种类的不同,碳纤维可分为聚丙烯腈(PAN)基碳纤维、沥青基碳纤维和粘胶基碳纤维三大类。 聚丙烯腈(PAN)基碳纤维较于其他两种碳纤维工艺难度更低,同时拥有优异的成品品质和优良的力学性能, 是目前应用领域最广,产量也最大的一种碳纤维,占据市场 90%以上的份额。

根据丝束大小的不同,碳纤维可以分为大丝束纤维和小丝束纤维,分别对应不同的应用领域。一般 48K 及 以上被称为大丝束(1K 表示一束碳纤维丝中含有 1000 根原丝),主要应用于以风电为代表的工业领域;24K 及 以下被称为小丝束,主要应用于国防军工、航空航天、体育休闲等领域。大丝束碳纤维与小丝束碳纤维相比具 有生产原料广、性价比高的优势。

1.2 PAN 基碳纤维成为市场主流,原丝成本占据半壁江山

聚丙烯腈(PAN)基碳纤维工艺简单、品质优良,在碳纤维中占比 90%以上。聚丙烯腈(PAN)基碳纤维 制造主要分为原丝和碳化两个环节。原丝生产过程主要包括聚合、脱泡、计量、喷丝、牵引、水洗、上油、烘 干收丝等工序。原丝经预氧化、低温碳化、高温碳化工艺即可制成碳纤维,再经石墨化即可制得石墨纤维,石 墨纤维是含碳量高于 99%的碳纤维。理论上,每吨碳纤维理论耗用丙烯腈 1.96 吨;从丙烯腈到原丝、再到碳纤 维,生产效率越高、损耗越少,越接近理论耗用值。

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以聚丙烯腈(PAN)基碳纤维为例分析碳纤维制造成本:从工艺步骤来看,碳纤维生产成本主要包括原丝、 预氧化、碳化、表面上浆和卷绕成本。其中,PAN 原丝成本约 11.11 美元/kg,占碳纤维生产成本的 51%,是主 要因素;其次是碳化和预氧化,成本为 5.12 美元/kg 和 3.40 美元/kg,占比分别为 23%、16%。按照 30%的毛利率计算,碳纤维均价在 28 美元/kg 左右。从成本要素平均构成来看,原材料和燃料各占碳纤维生产成本的 30%, 人工占 20%,折旧占 10%。大丝束碳纤维成本整体较低,原材料成本占比相对更高;小丝束在燃料和折旧方面 成本占比更高。

1.3 碳纤维价格上涨叠加丙烯腈降价,毛利率空间显著增厚

国内碳纤维价格连续 3 年上涨,当前维持高位运行。2022 年一季度国内碳纤维市场均价维持在 180 元/公斤 以上,其中国产 T300 级别 12K 碳纤维市场价格参考 180-200 元/千克;国产 T300 级别 24/25K 碳纤维市场价格 参考 150-155 元/千克;国产 T300 级别 48/50K 碳纤维市场价格参考 140-145 元/千克;国产 T700 级别 12K 碳纤 维市场价格参考 260-270 元/千克。

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二、需求端:风光氢持续高景气,航空航天创造长期空间

全球碳纤维市场需求稳步增长,中国碳纤维需求加速提升。根据赛奥碳纤维的数据,过去 10 年全球碳纤维 需求量 CAGR 达 10.37%;2021 年全球碳纤维需求量同比增长 10.38%至 11.80 万吨,增速显著提升 7.59 个百分 点。同期中国市场由于应用比例基数较低,CAGR 达 20.97%,但由于新兴行业需求快速释放,中国市场增速处 在持续上升的态势;截至 2021 年中国市场需求量为 6.24 万吨,同比增长 27.69%,需求量全球占比首次超过 50%, 增速及需求规模均全球领先。

从应用领域来看,全球碳纤维主要用于风电叶片、体育休闲、航空航天三大领域上。2021 年风电叶片碳纤 维需求增长 7.84%至 3.30 万吨,占全球总需求的 27.97%,依旧是碳纤维下游最大市场;体育休闲市场同比增长 20.13%至 1.85 万吨,占比 15.68%;航空航天需求增长 0.30%至 1.65 万吨,占比 13.98%。压力容器、碳碳复材 需求分别增长 25%、70%至 1.10 万吨、0.85 万吨,与体育休闲成为全球碳纤维市场增长的主力。中国 75%碳纤 维需求集中在风电叶片、体育休闲与碳碳复材,2021 年需求量达到 2.25、1.75、0.70 万吨,分别对应细分领域 全球总需求的 68%、95%、82%;2021 年受益于全球光伏行业的快速增长,中国碳碳复材需求量增加 4000 吨, 增幅高达 133%,逐渐成为国内优势领域。

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从全球碳纤维市场需求金额行业占比来看,航空航天超过风电叶片与体育休闲总和。航空航天用碳纤维丝 束小、质量要求最高,2021 年达到 72 美元/公斤的最高均价,同比增长 20%,因此具有最高的市场需求金额。 2021 年全球航空航天碳纤维需求金额 11.88 亿美元,占比高达 34.94%。风电叶片作为近年来发展起来的碳纤维 应用领域,已成为销量第一的碳纤维应用市场,但其所用碳纤维在各领域所用碳纤维中价格最低,为 17 美元/ 公斤,市场总需求金额 5.54 亿美元,占比 16.29%。体育休闲用碳纤维市场发展较为完善,需求稳步增长,所用 碳纤维价格仅次于航空航天用碳纤维,为 28 美元/公斤,2021 年市场需求金额 5.11 亿美元,占比 15.03%。

2.1 风电叶片:“双碳”政策推动风电长期发展,叶片大型化提升碳纤维需求

碳达峰、碳中和政策助推新时代能源革命,低碳绿色转型利好风电发展。得益于双碳政策,2020 年我国陆 风新增装机达到高位,2021 年海上风电资源优势明显。在我国重视并大力支持风电行业发展的背景下,我国风 电装机容量呈现出加速增长的态势,2021 年新增风电并网装机 47.57GW,其中陆风新增并网装机 30.67GW,海 风同比增长 452%至 16.9GW。截至 2021 年,我国风电累计并网装机 329.26GW,同比增长 16.8%,其中陆、海 风累计并网装机分别约为 303.37GW、25.89GW。海风资源优势更加明显,未来在海风装机增速将领先于陆风; 由于海上风电叶片尺寸及功率普遍高于陆风,叶片大型化趋势将持续加速。

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集中式和分散式陆风齐头并进,海风抢装年后新增装机逐步提升。2020 年抢装潮透支 2021 年陆上风电发 展势头,预计未来陆风发展趋势将由政策驱动的抢装模式向集中式+分散式风电的稳健模式切换。而海上风电资 源优势明显,2021 年新增装机达 16.9GW,在经历了 2021 年的海风抢装年后,预计 2022-2025 年海风新增并网 装机容量仍将从高于 2019 年的基数逐年提升,但难以超越 2021 年的高点。根据我们此前《玻纤系列报告二: 掘金双碳政策的风电纱》测算,2022 年之后中国风电新增装机将逐年持续增长,到 2024-2025 年陆风有望突破 每年 50GW 的新增并网装机,海风整个十四五期间年均新增并网装机有望超过 8GW。

风机产品功率加速迭代,叶片大型化趋势明显。为了提高风力发电效率并降低度电成本,风电机组大型化 已成为发展的必然趋势。随着风电机组功率,叶片直径,塔架高度,容量系数的提高,风机大型化一方面可减 少风机制造过程中单位功率原材料用量,另一方面推动风电场配套建设和运维成本的下降。据 CWEA 数据,2020 年,中国新增装机的风电机组平均单机容量为 2668KW,同比增长 8.7%,其中海上风电机组平均单机容量为 4885KW,同比增长 15.2%。在新增风电机组中,2.0MW(不含 2.0MW)以下的新增装机仅占 1%;2.0 MW(含 2.0MW)~2.9MW 新增装机占比达 61.1%,比 2019 年下降了 11%;3.0 MW(含 3.0MW)~3.9MW 新增装机占 比 27.8%,同比增长 10.1%。大兆瓦风机要求大尺寸叶轮,风电叶片大型化趋势也十分明显。

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根据赛奥碳纤维基础数据及以下假设,我们对 2022-2025 年中国风电领域碳纤维需求进行测算: 1) 根据中国巨石、重庆国际等玻纤企业数据,1GW 风电装机需用玻璃纤维材料 1 万吨。2020 年中国新增 风电装机容量 71.67GW,风电叶片用碳纤维的需求量为 2 万吨,平均 1GW 风电装机需要约 279 吨碳纤 维,其中陆风新增装机占比近 96%,意味着 2020 年陆上风电叶片碳纤维在整体纤维材料中渗透率为 2.8% 左右,以此为基础进行测算。 2) 海上风电面对的环境更加复杂,对风机性能的要求更高,轻量化、大型化要求更加明显,预计海上风 电碳纤维渗透率将高于陆上风电碳纤维渗透率,并且逐年快速提升。我们假设到 2025 年海上风电碳纤 维渗透率达 15%,而陆风碳纤维渗透率达 7.5%。 据预测,到 2025 年中国陆上风电碳纤维需求为 4.39 万吨,海上风电碳纤维需求为 1.50 万吨,两者合 计总需求达 5.89 万吨,复合增速达 27.2%。预计到 2025 年,中国风电领域碳纤维需求将占全球风电领域碳 纤维总需求(8.06 万吨)的 73.08%。

2.2 碳碳复材:热场材料受益于光伏行业高景气

碳/碳复合材料热场产品逐渐成为市场主流,将充分受益于光伏产业的快速发展。碳/碳复合材料是碳纤维 (或石墨纤维)为增强体,以碳(或石墨)为基体的复合材料,是具有特殊性能的新型工程材料;其中热场材 料是重要的应用场景。热场是指为了融化硅料,并使单晶生长保持在一定温度下进行的整个系统,主要应用场 景包括坩埚、导流筒、加热器、保温筒、板材和电极等。由于碳/碳复合材料热场产品具有质量轻、损伤容限高、 强度高等突出特点,正在逐渐成为主流热场材料,在上述多个热场应用中都有较高的渗透率;并且不断往大直 径、高强度、长使用寿命方向发展,以适应单晶硅往大型方向发展的需要。由于目前硅基太阳能电池占 80%以 上,因此光伏产业的急剧发展直接带动了上游关键配套碳/碳热场材料的迅猛发展。

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根据金博股份公司公告提供的基础数据及以下假设,我们以全球光伏新增装机量作为计算起点,对 2022~2025 年我国碳碳复材用碳纤维需求量进行测算: 1) 新增需求:新增单晶炉装机带来的需求。据金博股份公司公告,目前单 GW 产能所需单晶拉制炉约 75~80 台,我们假设未来单晶炉尺寸的大型化,单 GW 产能所需单晶拉制炉数量将逐年下降,至 2025 年降至 69 台/GW。 2) 更换需求:碳碳复材热场部件为消耗品,坩埚、加热器的使用寿命约 6~8 个月,导流筒的使用寿命约 为 2 年左右,保温筒的使用寿命约为 1 年半左右(每套热场系统含上、中、下 3 个保温筒)。在单晶拉 制炉不更换的情况,上述消耗件因寿命问题也需定期更换。 3) 改造需求:通过热场改造,以提升原有设备生产效率或适应硅片发展趋势。例如在硅片尺寸增大的趋 势下,为增加产能、降低成本,2020 年出现大规模热场改造需求。我们假设每年的热场改造率为 20%。 4) 热场碳纤维渗透率:根据金博股份给出的 2010~2019 年碳基材料在热场产品中的渗透率数据,我们假 设碳基复合材料渗透率将逐年提升。预计在 2025 年,碳基复合材料在坩埚/导流筒/保温筒/加热器的渗 透率分别为 100%、85%、80%、10%。

2.3 压力容器:受益于氢能产业发展,储氢气瓶市场前景可观

受益于氢能产业发展,储氢气瓶市场前景可观。2020 年十四五规划中提到在氢能与储能等前沿科技和产业 变革领域,组织实施未来产业孵化与加速计划。根据中国氢能联盟的测算,2030 年中国氢气需求量将达到 3500 万吨,到 2050 年氢能将在中国终端能源体系中占比至少达到 10%。目前氢的储存主要有气态储氢、液态储氢和 固体储氢三种方式,且高压气态储氢已得到广泛运用。高压气态储氢具有充放氢速度快、容器结构简单等优点, 是现阶段主要的储氢方式,分为高压氢瓶和高压容器两大类。其中钢质氢瓶和钢质压力容器技术最为成熟,成 本最低。20MPa 钢制氢瓶已得到了广泛的工业运用,并与 45MPa 钢质氢瓶、98MPa 钢带缠绕式压力容器组合应 用于加氢站中。碳纤维缠绕高压氢瓶的开发应用实现了高压气态储氢由固定式应用向车载储氢应用的转变。 70MPa 碳纤维缠绕Ⅳ型瓶已是国外燃料电池乘用车车载储氢的主流方式。35MPa 碳纤维缠绕Ⅲ型瓶目前仍是我 国燃料电池商用车的车载储氢方式,70MPa 碳纤维缠绕Ⅲ型瓶已少量用于我国燃料电池乘用车中。未来随着Ⅳ 型瓶技术的普及,以及燃料电池商用车的市场打开,储氢气瓶带来的碳纤维需求量有望快速增长。

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2.4 航空航天:全球市场缓慢复苏,中国市场潜力巨大

航空航天领域碳纤维应用愈加成熟,应用范围更加广泛。与常规材料相比,碳纤维复合材料可使飞机减重, 并有能力克服金属材料容易出现疲劳和被腐蚀的缺点,是大型整体化结构的理想材料。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。在航空领域,碳纤维复合材料在 20 世纪 70 年代首次被应用 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。 航空航天市场缓慢复苏,高附加值碳纤维使得该领域前景可观。2021 年全球航空航天领域中,商用飞机对 碳纤维的需求量最大,为 5800 吨,占比为 35.3%;其次是无人机,需求量 3450 吨,占比 21%;军用飞机碳纤 维需求量 2600 吨,占比 15.81%。受疫情影响,全球民用航空市场萎缩,对航空航天领域用碳纤维的需求端造 成不利影响,预计 2024 年以后将迎来明显恢复。我国航空航天市场过去基数小、增速快,随着新军机型的列装 以及国产大飞机 C919 的逐步量产和 C929 的研发推进,十四五期间较全球仍有望获得显著的超额增速。

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军用航空:“十四五”期间新型战机更新换代需求大,推动碳纤维需求增长

“十四五”期间军机列装提速,新型战机更新换代需求大。“十三五”时期提出我国在装备建设总体形态上, 要淘汰一代装备、压减二代装备、批量列装三代以上装备,基本建成以三代为主体、四代为骨干的装备体系。“十 四五”纲要正式提出要加快国防和军队现代化,贯彻落实新时代军事战略方针。我国目前军机数量相较于美俄 仍有较大差距,且产品结构偏落后,二代机占比较高。在存量方面,2020 年我国军机数量为 3260 架,占世界 军机总量的 6%,占美国军机总量的 25%,数量差距较大。其中我国战斗机总量 1571 架,虽排名第三但远低于 美国的 2717 架。受益于“十四五”强军强国政策的大力推进实施,实现“把人民军队全面建成世界一流军队”的目 标,我国军机增补空间很大。

在结构方面,我国军机与美国相比存在代差。美国目前已淘汰二代机,战斗机主要以 F-15、F-16 和 F-18 为代表的三代机为主,占比达 83%,部分空军和海军已经使用以 F-22 和 F-35 为代表的四代机。而我国目前以 歼-7、歼-8 代表的二代机占比 51%,以歼-10、歼-11 和歼-15 为代表的三代机占比 47.6%,歼-20 和歼-31 为代表 的四代机尚未大规模投入使用,目前歼-20 仅列装 19 架。这与我国到 2020 年基本跨入战略空军门槛,构建以四 代装备为骨干、三代装备为主体的武器装备体系不相符,军机结构亟需优化。未来我国军机更新换代需求强烈, “十四五”期间新型战机有望实现批量生产、加速列装。

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民用航空:碳纤维复合材料应用范围不断扩大,质量占比不断提升

碳纤维复合材料应用范围不断扩大,质量占比不断提升。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。碳纤维复合材料最早在 20 世纪 80 年代应用于客机的非承力构件上,早期碳纤维复合材料占比仅为 5%~6%。随着技术的不断进步,碳纤维复合材料逐渐作为次承力构件和主承力构件应用在客机上,其质量占比 也开始逐步提升。空客的 A380 中复合材料占比达到 23%,最新的 B787 和 A350,复合材料的用量接近甚至超 50%,如机头、尾翼、机翼蒙皮等部位也采用了碳纤维复合材料。

单通道喷气客机仍为主流,国产 C919 前景广阔。据中国商飞预测数据,到 2039 年中国航空市场将拥有 9641 架客机,其中单通道喷气客机 6521 架,双通道喷气客机 2174 架,喷气支线客机 946 架。2020~2039 年间,预 计将有 8725 架飞机交付中国市场,新机交付量约占全球的 21.5%,将是全球新机交付的最大市场。单通道喷气 客机交付近 6000 架,占二十年交付总量的 68.0%,其中近八成的单通道喷气客机机队为 160 座级;双通道喷气 客机 1868 架,占总交付量的 21.4%,以 250 座级喷气客机机队为主,占双通道喷气客机交付总量的 75.3%;其 余为喷气支线客机,二十年时间里将交付近千架,均为 90 座级。预计未来二十年,全球航空市场需求最大的依 旧是单通道喷气客机。到 2039 年末,预计现役机队中约 87.6%(超过 14000 架)的单通道喷气客机将被替代, 接近 3 万架的单通道喷气客机将交付市场。

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基于上述资料及假设预测,20 年间中国国产大飞机 C919、C929 机型中碳纤维总需求量将达到 28,974 吨, 年均需求增量为 1448.7 吨。其中,第一阶段(2020~2029)年均需求增量 1127 吨,第二阶段(2030~2039)年 均需求增量 1170 吨。结合军用航空航天市场,预计第一阶段年均碳纤维增量需求 2071 吨。考虑到目前国内航 空航天碳纤维需求正处在逐年爬升阶段,预计到 2025 年将在当前 2000 吨需求基础上实现 2071 吨的年均增量, 2021-2025 年复合增速达 19.44%。

2.5 新兴应用市场不断扩展,碳纤维需求多点开花

体育休闲成熟发展,碳纤维应用平稳增长。由于碳纤维的高比强度和高比模量以及诸多优良特性,使其可 用来制造轻而强和刚而坚的各种制品,在体育休闲器材上得到了广泛运用,如高尔夫球杆、自行车等。2021 年, 全球体育休闲领域碳纤维需求 1.85 万吨,其中钓鱼竿对碳纤维需求量最高,为 6500 吨,占比 35.14%,其次是 高尔夫和自行车,分别占比 22.16%和 19.46%。中国在 2016~2021 年间,体育休闲领域碳纤维需求量稳步上涨, 复合增速达 12.53%。2020 年,中国体育休闲领域碳纤维需求量首次被风电领域碳纤维需求量超过,预计未来将 维持此格局;运动健康理念的普及,以及人均消费能力的提升,将驱动体育休闲市场长期平稳增长。

城市更新与路桥改造背景下,建筑补强作用凸显。建筑补强市场除了通常意义的建筑,也包括了建筑机械、 桥梁、隧道及工业管道等领域,其中有 80-90%的碳纤维用于建筑及桥梁结构加固补强。2021 年 12 月,国内首 座千吨级碳纤维斜拉索车行桥在聊城举行挂索仪式,成为世界上最大跨度碳纤维索斜拉桥,斜拉索大桥模式的 推广将为碳纤维拓宽应用场景。2021 年中国建筑补强碳纤维需求量 2500 吨,同比增长 13.64%,过去 5 年 CAGR 达 10.76%。

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国内碳纤维需求综述:基于以上测算,并结合赛奥碳纤维对于远期规模的判断,我们预计 2025 年中国碳纤 维需求量达 15.92 万吨,2021-2025 年 CAGR 达 26.40%,占比全球总需求的 79.62%。2025 年我国风电叶片、体 育休闲、碳碳复材预计成为万吨级碳纤维市场,需求量分别达 5.89、2.75、1.64 万吨;压力容器用碳纤维需求 量有望达到 8130 吨,预计将逐步发展成第四个万吨级市场。航空航天、汽车复材、建筑补强领域碳纤维需求量 将分别达到 4071、4570、3934 吨。

拆分 2025 年应用结构,大丝束与高端小丝束需求预计分别占比 46%、30%。在风机持续降本压力下,预 计未来风电叶片将主要使用的 T300 级大丝束(48K 及以上);碳碳复材由于对碳纤维纯度等指标要求较高,干 喷湿纺工艺生产的 T700 及以上小丝束将构成主要材料供应。高端体育休闲、压力容器、航空航天、建筑补强等 领域半数以上需求预计为 T700 及以上产品,而汽车复材等工业领域预计将带动大丝束需求。基于合理假设,我 们预计国内 2025 年①T300 级大丝束、②T300 级小丝束、③T700 及以上小丝束碳纤维依次面临 7.31、3.90、4.72 万吨需求,分别占比 45.91%、24.47%、29.62%。

三、供给端:国产替代正当时,高端小丝束格局长期向好

3.1 原丝环节高技术壁垒,碳化环节高资金门槛

完整的碳纤维产业链包含从一次能源到终端应用的完整制造过程。从石油、煤炭或天然气得到丙烯,丙烯 经氨氧化后得到丙烯腈,丙烯腈合和纺丝之后得到聚丙烯腈(PAN)原丝,原丝再经过预氧化、低温和高温碳 化后得到碳纤维,流程复杂且技术水平要求高,任何一道工序技术、材料不达标都会影响碳纤维的稳定生产以 及最终的产品质量。在整个产业链中,原丝质量既决定了碳纤维的质量,又制约其生产成本。实现原丝高纯化、 高强化、致密化以及表面光洁无暇是制备高性能碳纤维的首要任务。

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1)高技术壁垒: 聚丙烯腈原丝制造主要分为聚合、制胶、纺丝三个过程,纺丝环节主要有干法、湿法、干喷湿法三条工艺 路线。1)干法:干法纺丝是将高聚物在溶剂中配成纺丝原液后,经喷丝头形成细流,溶剂被纺丝甬道中热空气 挥发带走的同时,使得高聚物浓缩和固化成初生纤维的方法。此方法操作简单,溶剂回收率大。利用干法纺丝 可以获得致密的原丝,但由于其生产能力差,未能在碳纤维原丝领域获得工业应用。2)湿法:湿法纺丝是将纺 丝原液经过滤、脱泡,通过计量泵从喷丝头挤出,在凝固浴的作用下,粘液细流内的溶剂扩散以及凝固剂像粘 液细流中渗透,经过适当的喷丝头拉伸形成初生纤维的方法。该技术较为成熟,是目前 PAN 基碳纤维原丝生产 中应用最广的纺丝工艺。3)干喷湿法:干喷湿纺法(干湿法)是指纺丝液经喷丝孔喷出后,先经过空气层,再 进入凝固浴进行双扩散、相分离和形成丝条的方法。经过空气层发生的物理变化使得分子取向开始规整,有利 于形成细特化、致密化和均质化的丝条。与纯湿纺相比,干喷湿纺法具有纺丝速度快、纤维表面缺陷少、工艺 性能优异、溶剂回收便捷等优势,可纺出较高密度且无明显皮芯结构的原丝,大幅提高了纤维的抗拉强度,可 生产细特化和均质化的高性能碳纤维。中复神鹰的干湿法纺丝可以进行高倍的喷丝头拉伸,纺丝速度是湿法的 3~4 倍,明显提高了生产效率同时降低了成本。

2)高资金门槛: 碳纤维行业属于重资产行业,尤其是碳化环节资金门槛较高,万吨产线投资额约为 20 亿元。据各碳纤维 企业投产公告测算,万吨原丝生产线投资额约为 2 亿元,万吨碳纤维生产线(原丝+碳化)投资额约为 20 亿元。根据生产线产品的不同,部分航空航天高性能碳纤维投资门槛更高。

3.2 日、美企业占据国际市场,碳纤维国产替代持续推进

从全球碳纤维市场的份额划分看,国际碳纤维市场为日、美企业所垄断。在小丝束碳纤维市场上,日本企 业东丽、东邦、三菱三家公司合计所占有的市场份额为全球产能的 49%。大丝束市场上,日本东丽旗下的卓尔 泰克为全球主要的大丝束供应商,占据了 58%的全球市场份额,其次是占比 31%的德国 SGL,和占比 9%的日 本三菱,其他企业仅占剩余的 2%。

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碳纤维应用广泛,整体可按军工、民用、工业大丝束对国内外企业进行对标分析。1)军工:国内光威复材、 中简科技可以对标美国赫氏,在军工领域优势明显。2)民用:中复神鹰产品系列可以较好地对标日本巨头东丽, 在 T700/T800 方面优势明显。3)工业大丝束:上海石化定位大丝束,目前已经试制成 48K 大丝束,未来有望 对标美国卓尔泰克。4)吉林化纤系企业:形成了碳纤维产业链的全面布局,凯美克专业生产 1K、3K 小丝束, 定位军工与民用航空航天,吉林国兴定位大丝束,吉林碳谷+吉林化纤实现了 T400 级民用市场的优势地位。

日本东丽对中国断供,叠加疫情影响海运受阻,国内碳纤维厂商迎来进口替代发展机遇。从供给结构来看, 我国碳纤维国产化率从 2016 年的 18.41%快速提升至 2021 年的 46.89%,2021 年较 2020 年提升 9 个百分点。2021 年境外进口碳纤维中有 11.31%来自于日本,中国台湾占比 11.19%,美国占比 6.70%。2020 年 12 月,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,日本经产省对该公司实施了行政 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。从 2020 年底开始,东丽暂停了对华 出口碳纤维业务。禁运叠加海运费高增加快了国产替代的步伐,2022 年碳纤维国产化率将进一步提升,逐步摆 脱进口依赖。

3.3 行业产能大幅扩张,高端小丝束格局有望长期向好

2021 年,全球碳纤维运行产能为 20.76 万吨,其中国内碳纤维产能 6.34 万吨,占全球总产能的 30.5%,首 次超过美国成为全球最大产能国。据赛奥碳纤维统计,2021 年新增产能中,吉林化纤集团扩产步伐最大,新增 产能近 16,000 吨;常州新创碳谷新入行,新建产能 6,000 吨;卓尔泰克在墨西哥新建 3,000 吨;中复神鹰在西 宁基地新增 6,000 吨,宝旌增加 2,000 吨,东邦增加 1,900 吨。

从各碳纤维企业的扩产计划来看,行业产能在近两年将迎来大幅扩张。根据赛奥碳纤维的统计,目前进行 中的扩产项目有:吉林化纤 27,000 吨(2022 年完成),宝旌 21,000 吨(2023 年完成),中复神鹰 14,000 吨(2023 年完成),上海石化 12,000 吨(2023 年完成),新创碳谷 12,000 吨(2022 年完成),光威包头 4,000 吨(2022 年 完成)。此外,还有部分企业宣布了“十四五”期间的长线扩产计划,共计 20 万吨左右。行业进入者逐渐增加 并计划扩建万吨级别的碳纤维,短期内将使得行业更为分散,但长期中有助于激发企业创新,从而实现国产替 代。

预计 2022-2023 年是当前规划产能密集落地的时点,到 2025 年国内落地的碳纤维总产能或将达到 19.38 万 吨,其中吉林化纤集团(含吉林国兴、吉林宝旌)、中复神鹰、光威复材、上海石化预计达到 6.08、2.75、1.37、 1.35 万吨。

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2022-2025 年供需格局研判

基于 3 点原因我们判断国内碳纤维不会面临严重产能过剩:1)产能实际落地少:未来实际落地产能仍集中 在目前的优势企业,并且集中在当前已开工建设的产能中;远期规划里,除了吉林化纤集团积极筹备,大多数 新进入者的“十四五”规划实际落地概率不大或将大打折扣;2)产能利用率不高:国内碳纤维产能整体产能利 用率不高,2019 年以来产能利用率中枢 64%,2021 年以来中枢 70%,2022 年以来略有下调。未来预计潜在产 量仅为整体产能的 70%。3)高端、低端供需结构分化:T700 级别以上的高端小丝束产能目前主要集中在中复 神鹰一家,光威复材、中简科技亦配备部分产能。大丝束领域,吉林化纤集团、上海石化具备技术和产能上的 优势,因此市占率较为突出。低端小丝束领域由于技术壁垒相对较低,因此出现过剩的概率更大。整体而言, 假如不依赖进口且产能利用率为 70%,预计 2022 年仍将面临 5816 吨的供给缺口,2023 年过剩 8327 吨,主要 体现在低端产品上。预计随着 2024-2025 年需求的快速提升,将逐渐供需平衡并再次出现一定的供给缺口。

干喷湿纺工艺技术门槛将长期存在,高端小丝束有望持续景气。2025 年预计碳碳复材、压力容器、航空航 天、高端体育休闲、建筑补强等领域带来的 T700 及以上级别碳纤维需求有望达到 4.72 万吨(占比 29.6%);大 丝束领域碳纤维需求有望达到 7.31 万吨(占比 45.9%)。考虑中复神鹰、光威复材、中简科技 3 家优势企业,即 便按照 100%产能利用率计算,2025 年我国仍面临 3734 吨高端小丝束碳纤维产能缺口,技术门槛将使得高端小 丝束处于长景气区间。考虑吉林化纤集团、上海石化 2 家大丝束企业,100%产能利用率下富余产能仅 1196 万 吨,在 95%产能利用率下将面临 2519 吨的缺口,长期中持续降本以深耕大丝束领域,仍有望供需平衡。

四、关注国内企业:降本提效持续突破,术业专攻各有所长

价格:中简科技、光威复材定位军工领域,产品均价高、毛利厚;中复神鹰、吉林碳谷、恒神股份深耕民 用领域,盈利能力逐年显著提升。中简科技主要供应 ZT7-3K(T700 级)军用航空航天碳纤维,产品均价中枢 在 3000 元/公斤,光威复材主要供应 T300 级小丝束碳纤维,均价 600-1000 元/公斤。中复神鹰以中高端民品为 主,航空航天持续发力,产品均价逐渐提升至 200 元/公斤左右,尚有较大提升空间。随着 2021 年丙烯腈涨价、 以及原丝需求旺盛,吉林碳谷原丝均价逐渐从 27 元/公斤提升至 40 元/公斤左右。军品供应门槛极高,毛利率长 期中枢 80%;近年来随着民品碳纤维涨价,行业逐渐扭亏为盈,2021 年优势企业实现 40%左右的毛利率。

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成本:民用碳纤维受益于景气度提升,持续降本夯实盈利空间。2018-2020 年,军民领域碳纤维成本均呈 现下降趋势,一方面受益于原材料丙烯腈降价,另一方面得益于制造端持续降本增效、降低损耗。2021 年原材 料涨价使得各家成本有所提升,2022 年以来将逐步缓解。持续降本将显著夯实民品盈利空间。

制造成本:高附加值小丝束制造费用占比明显较高,以折旧、电力、蒸汽为主。基于产品均价依次排列, 从吉林碳谷到中简科技,制造费用在成本中占比显著提升。原丝环节丙烯腈、溶剂等直接材料成本占比超过 60%, 涉及的直接人工、制造费用较少;民品原丝+碳化环节材料占比约 30%,制造费用超过 50%。对于严格认证的 高端 3K 小丝束而言,设备折旧、能源成本不具备明显规模效应,因此占比极高,光威复材成本结构中制造费 用占比超过 65%;中简科技产品强度要求更高,碳化环节电耗更多,制造费用占比 77%。以中复神鹰为例,单 公斤碳纤维成本约 98 元,折旧、电力、蒸汽成本分别为 12、14、11 元/公斤,为制造费用的主要构成。

折旧、电力:碳纤维单位折旧与单位电力成本整体逐年下降。中简科技单位折旧与电力成本均 10 倍于中复 神鹰,但整体趋势均保持下降趋势。2016-2018 年,中简科技单位折旧从 268.6 元/公斤下降至 182.8 元/公斤,单 位电耗从 172.8 元/公斤下降至 132.4 元/公斤;2018-2021H1,中复神鹰单位折旧从 13.8 元/公斤下降至 12.0 元/ 公斤,单位电耗从 16.4 元/公斤下降至 14.2 元/公斤。

电耗、材料损耗:生产工艺成熟将节省损耗,带来巨大的降本空间。随着产线逐渐成熟,中复神鹰单吨电 耗从 2018 年的 2.79 万度下降至 2020 年的 2.67 万度,2021 年西宁新线投产使得电耗暂时提升,后续存明显下 降空间。中简科技原丝及碳纤维生产中废丝占比大幅下滑,其中原丝生产中废丝占比从 2016 年的 32.96%快速 下降至 2018 年的 8.16%,同期碳纤维中废丝占比从 22.47%下降至 9.14%。

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纺丝速度:纺速提升扩大单线产能,追赶国际先进企业。干喷湿纺工艺纺丝速度是湿法纺丝 3-4 倍,国内 吉林碳谷、中简科技湿法纺丝速度分别达 100、130 米/分钟。其中,吉林碳谷湿法纺丝速度从早期的 55 米/分钟 逐步提升至 2020 年的 100 米/分钟,体现了国产碳纤维原丝纺丝速度的突飞猛进。中复神鹰干喷湿纺的纺速达 到 400 米/分钟,原丝单线规模达到 5000 吨/年,西宁基地有望持续实现突破。2019 年 4 月,光威复材全资子公 司威海拓展通过干喷湿纺工艺生产 GQ4522 级(TZ700S、CCF700S)碳纤维,实现了 500 米/分钟级原丝纺丝速 度的稳定运行。国际巨头日本东丽纺丝速度达到 700 米/分钟以上,碳化单线 4000 吨/年(对应原丝 8000 吨/年)。 生产线产能=生产线锭数*纺速*计划生产时间*线密度,国内企业纺速仍有待提升,单线产能亦存较大提升空间。

4.1 中复神鹰:中建材旗下碳纤维翘楚,募资扩产助力“神鹰”腾飞

中高端民品碳纤维龙头,业绩快速释放

中复神鹰碳纤维股份有限公司(简称“中复神鹰”)专注于 T700 及以上高性能碳纤维的研发、生产和销售。 公司于 2006 年成立于江苏连云港,2007 年注资后隶属于中国建材集团,是集团三大业务中新材料板块的重要 构成,2022 年于科创板上市。公司长期自主研发碳纤维技术,2013 年在国内率先突破了千吨级碳纤维原丝干喷 湿纺工业化制造技术,建成国内首条千吨级干喷湿纺碳纤维产业化生产线。公司目前建有连云港、西宁两个生 产基地,合计产能达到 1.35 万吨;到 2023 年西宁将再落地 1.4 万吨产能,夯实民品碳纤维龙头地位。

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公司碳纤维产品下游应用均衡发展,体育休闲、碳/碳复合材料、风电叶片为前 3 大应用。2018~2021H1, 随着公司碳纤维生产技术的成熟,体育休闲、交通建设等传统领域收入占比下滑;风电叶片、航空航天、压力 容器、碳/碳复合材料(例如单晶硅炉热场材料)的应用占比快速提升。2020 年,受到碳纤维拉挤板代工由欧洲 转入国内,以及国内光伏市场的高速增长的影响,风电叶片和碳/碳纤维复合材料等应用领域的需求迅速扩张, 公司该领域销售收入分别增长 317.36%、282.10%。此外,公司着力扩张高性能碳纤维应用领域,逐渐加大对航 空航天领域的产品供给,2021 年上半年,公司在该领域年化销售收入同比增长 147.83%,占比由 8.11%提高至 13.98%。

产品价格提升+规模效应显现,公司毛利率与净利率稳步上升。近年来,由于碳纤维下游应用市场需求的火 爆,公司产品紧俏,引起产品销售单价全面上扬。2021 年公司毛利率提升至 41.62%,净利率相应提升至 23.75%。 2022Q1,毛利率进一步提升至 46%,带动净利率提升至 25.64%。公司管理+研发费用率整体平稳,销售与财务 费用率呈现下滑趋势;公司 2021 年期间费用率整体为 17.72%,其中管理+研发费用率 15.12%,销售费用率 0.34%, 财务费用率 2.26%。2022Q1,管理+研发费用率 12.93%,同比下降 10.35 pct,环比 2021 年全年下降 2.19 pct。

研发:干喷湿纺引领技术创新,降本空间持续打开

干喷湿纺工艺引领技术创新,公司构建四大核心技术体系。2013 年,公司在国内率先突破了千吨级碳纤维 原丝干喷湿纺工业化制造技术,并建成国内首条千吨级干喷湿纺碳纤维产业化生产线。与纯湿纺相比,干喷湿 纺法可纺出较高密度且无明显皮芯结构的原丝,大幅提高了纤维的抗拉强度,可生产细特化和均质化的高性能 碳纤维。中复神鹰的干湿法纺丝可以进行高倍的喷丝头拉伸,纺丝速度是湿法的 3~4 倍,明显提高了生产效率 同时降低了成本。目前公司已建立起四大核心技术体系,包括 1)大容量聚合与均质化原液制备技术、2)高强 /中模碳纤维原丝干喷湿纺关键技术、3)PAN 纤维快速均质预氧化及碳化集成技术、4)干喷湿纺千吨级高强/ 百吨级中模碳纤维产业化生产体系构建技术。

公司积极展开合作研发,努力寻求大丝束碳纤维技术的突破。2021 年 3 月,公司与北京化工大学常州先进 材料研究院、东华大学签订合作研发合同,共同突破大丝束碳纤维原丝纺丝,以及碳纤维预氧化、碳化技术。 其中北化常州院具备快速预氧化研究的基础,东华大学则具备碳纤维原丝技术;中复神鹰可以制备 36K 和 48K 碳纤维实验室样品,并且时时反馈 48K 大丝束原丝及碳纤维工程化控制实施效果。公司目标为实现 48K 大丝束 碳纤维制备,产品技术指标达到:拉伸强度≥4000MPa,拉伸模量达 230GPa,断裂伸长率≥1.5%的目标。

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产品:对标日本东丽,深耕 T700 优势赛道

公司高强度、高模量碳纤维同步发展,产品系列基本对标日本东丽。公司 SYT 系列产品主打高强度,SYM 系列产品主打高模量。公司对外销售的主要产品型号包括 SYT45、SYT45S、SYT49S、SYT55S、SYT65 和 SYM40 等,性能指标与国际碳纤维龙头日本东丽对标,逐步形成了以 T700 级、T800 级干喷湿纺产品为主,覆盖高强 型、高强中模型、高强高模型产品体系。公司在干喷湿纺碳纤维的技术成熟度方面具有一定优势;光威复材、 恒神股份过往以湿法碳纤维为主,近年来突破了干喷湿纺工艺技术;中简科技主要生产湿法碳纤维,在 T800 级及以上的同级别产品性能方面,较采用干喷湿纺工艺的同级别产品的拉伸强度方面性能较低。

深耕 T700优势赛道,受益于高端小丝束长景气周期。以公司销量占比92%、营收占比87%的SYT45(T300)、 SYT49、SYT49S 三款主流产品为例,公司 T700-12K、T700-24K、T300-3K、T300-12/24K 销量分别占比 54.16%、 19.01%、15.02%、11.61%。分领域应用来看,公司最大优势领域碳碳复材销量占比 21.32%;此外,压力容器、 航空航天、高端体育休闲、风电叶片结构件也是公司较大优势领域。预计到 2025 年国内 T700 及以上小丝束需 求超过 4 万吨,公司所处赛道前景广阔。

产能:募资扩产提升供应能力,产业链同步强化

募投项目大幅提升公司供应能力,推进产品升级与产业链完善。公司 IPO 募投项目主要包括西宁年产万吨 高性能碳纤维及配套原丝项目、航空航天高性能碳纤维及原丝试验线项目、碳纤维航空应用研发及制造项目以 及补充流动资金。 1)西宁万吨碳纤维项目:总投资 20.58 亿元,一阶段建设产能 6000 吨,二阶段建设产能 4000 吨,建成后 将极大弥补公司在供给端的缺口,加速碳纤维产品的进口替代。截止至 2021 年 12 月,该项目已建成并投产 6000 吨碳纤维产能,供应能力大幅度提升。2022 年西宁二阶段 4000 吨产能逐步投入使用,届时西宁将形成 1 万吨 碳纤维及配套原丝产能,加上本部 3500 吨,总供应能力大幅提升至 1.35 万吨。 2)航空航天高性能碳纤维及原丝试验线项目:用于下一代 T1100 级碳纤维研发,进行航空航天用高性能 碳纤维的应用技术开发、产品应用认证和生产。随着中国商飞 CR929 的研发推进,对国产 T800/T1000 级碳纤 维需求量将跨越式增长;其他诸多下游领域也对超高强度和超高模碳纤维提出要求,未来 1100、M40X、M55J、 M60J 等碳纤维将面临较大需求。公司建设试验线项目进行产品开发与下游认证,有望提前锁定未来业绩。 3)碳纤维航空应用研发及制造项目:随着国产大型飞机的逐步量产,公司与中国商飞开展合作,在本部连 云港和上海设立航空航天级高性能碳纤维的研发和生产中心。当前公司已实现 SYT55S(T800 级)碳纤维的批 量化生产,募资后将建设 300 万 m2 /年的航空级预浸料生产线,进一步完善公司碳纤维产业链的布局。

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远期规划:除了募投项目,公司未来计划建设神鹰西宁年产 1.4 万吨高性能碳纤维及配套原丝项目,总投 资 28 亿元,其中 30%为自有资金,其余资金计划通过银行贷款进行筹集。该项目于 2021 年 9 月启动,预计 2023 年完工。届时公司产能规模将较 2022 年再翻一倍,产能优势将进一步扩大。西宁万吨碳纤维项目中主要使用 2 米幅宽千吨级碳化线,每千吨碳纤维产能的设备购置金额为 1.15 亿元;西宁 1.4 万吨采用全自动原丝卷绕机、4 米宽幅氧化炉,预计每千吨碳纤维产能的设备关联采购金额约 0.63 亿元。工艺技术改进以节约单吨设备采购金 额,折旧成本将有效降低。

4.2 吉林化纤集团:原丝、碳化、复材一体化布局的碳纤维产业集群

吉林化纤集团:打通碳纤维原丝、碳化、复材环节,上下游一体化布局

吉林化纤集团打造了原丝、碳化+复材两个碳纤维平台,分别以吉林碳谷碳纤维股份有限公司(简称“吉 林碳谷”)和吉林化纤股份有限公司(简称“吉林化纤”)为核心。1)持股关系:吉林化纤集团直接持有吉林化 纤 14.67%的股份,间接持有吉林碳谷 2.27%的股份,并持有吉林国兴碳纤维 100%股份。2022 年 3 月 18 日,吉 林化纤集团承诺 3 年内将吉林国兴碳纤维控股权注入上市公司,注入之前国兴碳纤维将不会投资涉足碳纤维复 合材料领域及小丝束碳纤维领域。此外,吉林化纤还设有全资子公司吉林凯美克,持有吉林宝旌 49%股权。吉 林碳谷同为吉林市国资委间接控股子公司,主要从事原丝的生产,是国内唯一市场化外销、产量最大的原丝制 造企业。吉林化纤的核心业务为黏胶长丝和短纤,有 8 万吨黏胶长丝产能和 12 万吨黏胶短纤产能,2021 年向 碳纤维领域进军。

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2)出货关系:吉林碳谷向吉林化纤(含吉林宝旌、吉林凯美克)、吉林国兴供应原丝。原丝方面,吉林碳 谷当前原丝产能 5-6 万吨,预计到十四五末期将达到年产 20 万吨原丝,将有力保障下游碳化环节扩产需求。碳 化及复材方面,2021 年初集团提出规划,十四五期间将形成 6 万吨、1 万吨复材产能。未来吉林化纤集团在大 丝束领域将具备较大产能优势。

吉林碳谷:国内唯一市场化外销、产量最大的原丝制造龙头企业

吉林碳谷是国内唯一市场化外销、产量最大的原丝制造龙头企业。吉林碳谷 2008 年成立,2016 年 3 月在 新三板挂牌,2021 年 8 月转至精选层挂牌并于 9 月成为首批北交所上市公司。吉林碳谷位于吉林市“国家碳纤 维高新技术产业化基地”,基地内有从化工源头到终端产品完备的产业链,即丙烯—丙烯腈—聚丙烯腈基碳纤维 原丝—碳纤维—碳纤维下游制品。该公司主要从事聚丙烯腈基(PAN)碳纤维原丝的研发、生产和销售产品覆盖 1K、3K、6K、l2K、24K、25K、35K、48K、50K 等聚丙烯腈基(PAN)碳纤维原丝,下游客户覆盖知名碳 纤维生产商、碳纤维复合材料生产厂商。除了对国内企业供货,2020 年俄罗斯客户 ALABUGA-FIBRELLC 采 购了 450 多吨 48K 大丝束碳纤维原丝,形成公司稳定的收入来源。

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瞄准大丝束原丝领域,力争“人无我有”。公司 2008 年设立之初,拟打破国际巨头对碳纤维行业技术的垄 断,专注于攻关小丝束碳纤维原丝,并成功实现了军工级别的 1K、3K、6K 等小丝束产品;2016-2017 年逐步 实现了 12K/S 中小丝束碳纤维原丝的产业化稳定生产,碳化后可部分达到 T700 的水平。2016 年下半年开始研 发大丝束碳纤维原丝,已于 2018 年实现了 24K、25K 产品的规模化生产,于 2019 年实现了 48K 产品的规模化 生产;2021 年,公司研发实现 35K、50K 的产业化。截至 2021 年上半年,公司 48K/50K 原丝销量占比 3.61%, 24K/25K 原丝销量占比 78.10%,形成以大丝束为核心的供货体系。未来 3-5 年公司计划将陆续推出 75K、100K、 480K 大丝束产品,在大丝束领域做到“人无我有”的领先地位。

公司盈利能力显著上行,费用率快速摊薄。公司近年来毛利率持续提升,2021 年及 2022 年一季度达到 40% 的高位;随着营收大幅释放,期间费用率迅速摊薄;截至2021年期间费用率合计11.19%,其中销售费用率0.59%、 管理+研发费用率 4.60%、财务费用率 6%。公司过去几年的研发主要集中在产线技改,因此作为固定资产投资 处理;2021 年主要侧重原丝产品研发,支出 3948.72 万元,占营收比例显著增至 3.26%。2022Q1 期间费用率进 一步摊薄至 4.77%。

吉林化纤:粘胶纤维龙头地位稳固,碳纤维大小丝束两端发力

吉林化纤过去主要从事粘胶纤维的生产和销售。产品包括粘胶长丝、粘胶短纤、腈纶纤维、化纤浆粕、纱 线和纸制品六大系列 450 多个品种,产品质量位居同行业前列。“白山”牌商标被认定为“中国驰名商标”,“白 山”牌粘胶短纤维、粘胶长丝被评为“中国名牌产品”。公司先后获得全国纺织工业先进集体、中国纺织品牌文 化创新企业等荣誉称号,人造纤维制造行业排头兵企业。 受原料价格影响,公司 2020 年归母净利润亏损,2021 年亏损幅度显著收窄。2021 年国内外市场较上一年 有所好转,尤其产品销售量的增长带来一定减亏作用,但受长丝棉浆粕、短丝浆粕等原辅材料及能源价格上涨 影响,导致产品成本大幅上升、毛利下降。2021 年全年公司实现营收 35.80 亿元,同比增长 43.22%;归母净利 润-1.29 亿元,亏损同比收窄 44.61%。2022 年一季度,公司营收同比增长 4.92%至 9.37 亿元,归母净利润-0.49 亿元。

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公司在粘胶纤维领域精耕细作,是粘胶长丝全球龙头。粘胶纤维是从天然木纤维素中提取并重塑纤维分子 而得到的纤维素纤维,符合人体皮肤的生理要求,具有光滑凉爽、透气、抗静电、防紫外线,色彩绚丽,染色 牢度较好等特点,广泛应用于纺织领域。粘胶长丝(人造丝)方面,全球产能约 28 万吨,国内产能 21 万吨; 吉林化纤已形成 8 万吨的年产能,全球市占率约 28.6%,产品远销海内外。粘胶短纤(人造棉)方面,公司年 产能已达 12 万吨,有效补充了公司粘胶纤维产品的缺项,与粘胶长丝配合有利于扩大总体销售。2021 年粘胶 长丝、粘胶短纤实现营收销售额约 12 亿元,营收占比 33%。

进军碳纤维领域,大小丝束齐发力。1)吉林宝旌:2019、2021 年公司分别收购吉林宝旌(吉林精功)18%、 31%股权,累计持股 49%,聚焦 25-50K 大丝束制造;当前吉林宝旌大丝束碳纤维年产能 8000 吨,计划在十四 五期间形成 1.2 万吨碳纤维产能,以满足下游工业级应用需求。2)吉林凯美克:2021 年 2 月,公司全资子公司 吉林凯美克决定引进国际国内先进设备,当前已投产 300 吨,总规划 600 吨,专注 1K、3K 高端小丝束制造。3) 吉林国兴碳纤维:2022 年 5 月,国兴碳纤维首条 35K 风电专用大丝束碳化线一次开车成功,单线产能在 2500 吨以上。产品主要应用在三一重能、上海电气、明阳电气等国内知名的风电叶片制造企业。

4.3 恒神股份:跨过黑暗是黎明,进口替代需求爆发扭亏为盈

全产业链国产碳纤维代表型企业,2021 年度公司扭亏为盈

江苏恒神股份有限公司(简称“恒神股份”)创建于 2007 年 8 月,是国内唯一一家产品组合覆盖从原丝、 碳纤维、上浆剂、织物、液体树脂、粘接剂、预浸料、碳纤维复合材料零件、航空复合材料结构件的企业。公 司目前拥有 5 条单线千吨级碳纤维生产线,可年产 5000 吨各类型碳纤维,织物及预浸料 1500 万平米,复合材 料制件 5000 吨。产品型号包括高强碳纤维如:HF20 系列(T300 级)、HF30 系列(T700 级)、HF40 系列(T800 级)、HF50 系列(T1000 级)及高强高模 HM 系列。产品规格包括:1K、3K、6K、12K、24K 和 50K 等。

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全产业链国产碳纤维代表型企业,2021 年扭亏为盈。恒神股份力争打造碳纤维全产业链,单线投入资金大、 后续研发支出多,2014-2020 年连续承担亏损压力,7 年间年均亏损额达 2.12 亿元。为拓展下游优质客户,恒神 股份向航空航天、交通运输等高附加值领域拓展。2017 年 9 月恒神股份与民用飞机生产商庞巴迪公司就碳纤维 预浸料的供应签署了战略合作协议。2018 年 1 月恒神股份与中国中车长客股份合作研制出具有完全自主知识产 权的世界首辆全碳纤维复合材料地铁车体。2018 年 9 月,恒神股份与华特时代围绕“汽车用碳纤维复合材料” 战略合作签署合作协议。2019 年 12 月,恒神股份与中国商飞签署《C919 大型客机复合材料尾翼优化项目专业 化零部件供应商培育理解备忘录》。高附加值产品加持下,公司自 2019 年起营业收入快速提升。2020 年底,日 本碳纤维巨头东丽对华断供,叠加疫情影响,本土碳纤维厂商迎来进口替代的绝佳机遇。2021 年公司实现营业 收入 9.06 亿元,同比增长 67.11%;实现归母净利润 1.50 亿元,同比大幅增长 252.27%,实现扭亏为盈。

2021 年公司盈利水平达到民品碳纤维合理水平,期间费用率明显摊薄。2020-2021 年,公司产能利用率从 70%快速提升至 98.74%,预计年产量从 3500 吨提升至 4937 吨,量价齐升的同时,固定成本和费用被显著摊薄。 2021 年公司毛利率同比提升 26.06 pct 至 39.14%,净利率提升 34.60 pct 至 16.50%,达到民品碳纤维合理盈利水 平。2021 年公司期间费用率整体下降 18.81 pct 至 25.13%,其中管理+研发费用率下降 14.79%至 19.56%。

研发投入长期积累,高附加值业务前景广阔

公司下游客户结构逐步多元化,业务前景广阔。2019 年公司前 5 大客户主要包括中国航空工业集团、中航 飞机股份有限公司等,涉足军用航空航天领域。2020 年以来,商用飞机、交通、风光氢等新能源领域碳纤维需 求爆发,公司逐步拓展了中国商飞、中国中车、隆基绿能、宁德时代、蔚来汽车等下游终端客户,业务前景广 阔。2021 年公司通过鉴定的预浸料产品在高附加值市场,如航空航天市场收入大幅增长;受益于公司在电池壳 用预浸料业务的迅速发展,公司产品在工业市场的预浸料布局实现了进一步拓展。

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4.4 光威复材:军民融合全产业链布局,多领域全面发力

碳纤维行业首家 A 股上市公司,业绩长期稳步增长

威海光威复合材料股份有限公司(简称“光威复材”)创立于 1992 年,实控人为大股东为威海光威集团的 实控人陈亮。1998 年建设了国内首条宽幅碳纤维预浸料生产线,2002 年成立威海拓展纤维子公司。光威复材 2017 年于创业板上市,是国内碳纤维行业第一家 A 股上市公司。公司形成了从原丝开始的碳纤维、织物、树脂、 高性能预浸材料、复合材料制品的完整产业链布局,是目前国内碳纤维行业生产品种最全、生产技术最先进、 产业链最完整的龙头企业之一。公司产品主要应用领域分为国防军工和民用两大板块,基本实现“军品优先, 以民养军”的战略格局。其中国防军工板块包括航空航天、电子通讯、兵器装备等领域;民用板块包括风电叶 片、轨道交通、核电装备、船舶制造、重大基础设施建设、汽车零部件、医疗器械、高端体育休闲用品等领域。

公司高度聚焦碳纤维业务,近年来业绩稳步增长。2021 年公司实现营业收入 26.07 亿元,同比增长 23.25%; 实现归母净利润 7.58 亿元,同比增长 18.18%。2021 年一季度,受定型碳纤维产品降价、停工停产、物流中断 等不利影响,公司实现营收 5.91 亿元,同比下降 5.46%;归母净利润 2.07 亿元,同比下降 5.02%。分业务来看, 2022Q1 碳纤维及织物实现营收 3.84 亿元,同比增长 6.78%,新产品贡献的增加弥补了降价的影响;风电碳梁营 收 1.41 亿元,同比增长 2.05%;预浸料营收 0.48 亿元,同比下降 55.77%,主要系风电预浸料订单阶段性结束和 增量业务贡献有限所致。

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公司以碳纤维+碳梁+预浸料为核心业务,营收占比 90%以上。公司将业务划分成碳纤维、通用新材料、能 源新材料、复合材料、精密机械等 5 大板块。1)碳纤维板块主要由全资子公司威海拓展纤维生产碳纤维及碳纤 维织物,其中 T300 级 1K/3K 产品用于军工领域,T700/T800 级产品为军民融合项目;2)通用材料主要由单向 或织物预浸料及预浸丝、预浸带构成,广泛用于风电、体育休闲、航空航天、工业制造等多个领域;3)能源新 材料主要采用拉挤工艺,由风电碳梁、建筑补强板、支撑杆等产品构成。截至 2021 年,公司碳纤维及织物、碳 梁、预浸料分别实现营收 12.75、8.08、3.59 亿元,营收占比 49%、31%、14%,合计占比 94%。4)制品及其他 主要由营收占比 3.7%的复合材料、1.85%的预浸料设备、纤维缠绕装备、自动铺丝铺带装备等精密机械构成。

公司长期净利率中枢高达30%,期间费用率逐步摊薄。公司2021年全年毛利率同比下降5.38 pct至44.42%, 处在历史低位,主要由于部分产品价格下降、原材料价格上涨,低毛利率产品占比提升所致;净利率仍维持 29% 的较高水平,主要得益于规模优势逐步显现,期间费用率长期下滑。截至 2022Q1,公司毛利率 54.85%、净利 率 34.70%,环比 2021 全年均有较大提升;期间费用率整体 14.91%,主要源于管理+研发费用率 14.51%,其中 研发费用率 11.18%。

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军用航空订单稳固护城河,增资光晟入驻航天市场

十余年稳定供货,21 亿元订单锁定 2024 年军品业绩。威复材 T300 级 1K/3K 碳纤维产品自 2005 年就开始 航空应用验证,2008 年开始稳定供货,初步实现航空用碳纤维国产化目标,至今已稳定供货十余年。军用航空 领域碳纤维一般用于直升机、战斗机、无人机的机体,以及主翼尾翼、刹车片及蒙皮等部位,并呈现出从非承 力、次承力结构向主承力结构方向发展,覆盖范围也越来越大。光威复材历年来《武器装备配套产品订货合同》 的合同金额稳步提升,且 2018、2019 年碳纤维及织物营收占合同金额的比例分别达到 81%、86%,合同实际履 约率较高;2021 年 12.75 亿元的碳纤维营收中定型纤维 9.03 亿元,占当年合同金额的 81.68%。2021 年底公司 与客户 A 签订 20.98 亿元大订单,合同履行期限为 2022 年 1 月 1 日至 2024 年 6 月 30 日,锁定未来 2 年半的军 品业绩。从年均合同金额来看,未来 2.5 年年均合同金额 8.39 亿元,较 2018-2021 年年均合同金额 9.43 亿元下 降 11%,主要系 2021 年、2022 年远期订单连续两次下调价格的影响。公司经过多年钻研,生产损耗、制造成 本均有下降,因此军品毛利率仍将维持较高水平。

增资威海光晟进驻航天市场,打造产业链协同。2021 年 12 月,公司拟通过增资方式获取威海光晟航天航 空科技有限公司(简称“威海光晟”)的 33.5%股权,增资金额为 2,680 万元。同时公司控股股东光威集团董事、 监事及公司部分董事、监事、高级管理人员共 16 名关联自然人合计出资 2,000 万元,公司关联自然人持有威海 光晟的出资占注册资本的比例为 25%。公司及公司的一致行动人合计持有威海光晟 58.5%的股权,形成控股并 纳入合并报表。增资完成后,公司将在过去 5 大业务板块布局基础上,拓展航天火箭、导弹发动机缠绕壳体板 块,形成 6 大业务布局。2022 年 4 月,公司拟现金出资 3290 万元收购北京蓝科盈晟航空科技有限公司 100%的 股权,强强联合,将业务拓展至航空航天的技术开发。

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民用高性能小丝束持续扩展,打造业绩发力点

1)非定型纤维快速放量: 2021 年公司非定型纤维(民品)实现销售 3.72 亿元,贡献全年最大业务增量。非定型碳纤维主要包括 T700 级、T800 级和高强高模 MJ 系列纤维,收入占比分别为 43.87%、28.19%、25.81%。MJ 级系列包括 M40J 级、 M55J 级,以 M55J 级为主,该产品的批量生产和交付标志着我国高强高模类碳纤维关键型号产品成功实现国产 化。T700 级系列包括 T700S 级、T700G 级,以 T700S 级为主;T800 级系列包括 T800H 级、T800S 级、T800G 级,以 T800H 级为主,该款产品是公司储备并验证多年、尚未正式批产的下一代航空装备用主力材料。 T700S/T800S 级为公司干喷湿纺工艺生产线产品,2021 年销售收入 1.75 亿元。2021 年二季度,公司 IPO 募投项目“军民融合高强度碳纤维高效制备技术产业化项目”2000 吨碳纤维(T700S/T800S 12K)产能投产, 形成了以压力容器、建筑工程、热场、工业制造等为主要市场的消费结构。其中,T700S、T800S 产品中气瓶、 建筑工程、热场收入占比分别达到 37%、29.89%、8.35%。

2)碳梁与预浸料同步发力,做大做强风电市场

公司与维斯塔斯深度合作,将稳固风电碳梁市场地位。公司于 2015 年通过了全球风电巨头维斯塔斯的认证, 2016 年与维斯塔斯合作在全球率先推出风电碳梁产品。2018 年 10 月公司与维斯塔斯签订《合作谅解备忘录》, 继续扩大碳梁产品的合作范围和规模,并合作开发风电应用领域更多的复合材料产品。公司通过绑定全球风电 龙头维斯塔斯,持续受益于风电市场高景气度,并稳固自身在风电碳梁市场的地位。2021 年公司碳梁业务营收 同比增长 12.56%至 8.08 亿元,销量同比增长 25.04%至 898.49 万米,销售均价约 89.91 元/米。预浸料:2021 年 公司预浸料营收同比增长 51.94%至 3.59 亿元,销量增长 4.88%至 753.47 万平米,均价提升 44.88%至 47.68 元/ 平米。预浸料中中风电占比 23.42%,大约贡献 0.41 亿元营收;体育休闲、航空航天、工业制造分别占比 21.62%、 19.44%、17.12%。

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4.5 中简科技:军品碳纤维龙头,产能释放为大订单落地保驾护航

专注于高性能航空航天碳纤维,盈利能力突出

中简科技股份有限公司(简称“中简科技”)于 2008 年在江苏常州成立,2019 年 5 月于创业板上市。公司 专注高性能碳纤维领域,是军品碳纤维龙头,2020 年入选工信部第二批专精特新“小巨人”名单。公司产品主 要应用于航空航天领域,ZT7 系列在 2011-2012 年通过航空领域试验验证,对标日本东丽 T700S 型号,且拉伸 强度、压缩强度、弯曲强度、短梁剪切强度等指标均更优。公司发展成为国产 ZT7 系列高性能碳纤维稳定批量 供应商,产品在航空航天八大型号定型应用,为在其他型号推广应用奠定了良好基础。同时公司具备高强型 ZT8 系列、ZT9 系列碳纤维和高模型 ZM40J 产业化能力,已达到同类产品国际先进水平。

2017-2021 年,公司毛利率中枢维持在 80%左右,使得净利率高达 50-60%。高毛利率空间也保障了公司能 够长期持续投入大量资金进行研发,巩固产品竞争力。公司实控人杨永岗、温月芳均为毕业于山西煤化所的博 士研究生,是碳纤维行业领军人物。公司按照“探索一代、预研一代、研制一代、批产一代”的思路,不断研 发高性能碳纤维产品提供给客户进行新产品验证工作。截至 2021 年,公司研发投入同比增长 45%至 4448.79 万 元,占营收比例达到 10.80%;管理+研发费用率长期维持在 25-30%,为期间费用率的主要构成。

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超大订单彰显资质与实力,产能释放助力业绩腾飞

司自 2014 年以来,合同金额逐步上台阶,驱动公司营收快速提升。2014-2015 年,公司每年与客户 A 产 品订货合同金额仅 6000 多万元,2016-2017 年提升至 1.7 亿元,2019 年达到 3.3 亿元,实现了快速飞跃。从实 际履约情况来看,公司大多年份均接近甚至超过客户 A 当年订单;2019 年受制于产能瓶颈,总订货合同履行 65.15%,剩余 1.2 亿元于 2021 年继续履行。2021 年与客户 A 签订 6.36 亿元合同,分 2 年履行;其中 2021 年履 行 3.56 亿元,占比 56%,剩余 2.81 亿元合同将在 2022 年继续履行。2022 年 3 月,公司再次与客户 A 签订《产 品订货合同》,合同金额 21.69 亿元,约为 2021 年收入的 5.27 倍,2022-2023 年履行。至此,公司 2022-2023 年来自客户 A 的平均待履约合同金额高达 12.25 亿元,彰显了公司军品碳纤维领域的资质与绝对实力。

盈利能力一骑绝尘,利润空间更加亮眼。由于公司主要做军品碳纤维,因此综合盈利能力远高于民品碳纤 维企业,并且高于军民融合的光威复材。2021 年中简科技综合毛利率 77.08%,高于行业平均水平(56.70%)约 12.55 pct;销售净利率 48.88%,高于行业平均水平(37.60%)约 14.87 pct。随着公司供货合同逐步履行,营收 有望大幅增长,高盈利空间将使得公司利润大幅放量。

(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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