24K神 益木一村资本研究：碳纤维行业研究报告（二）。

产业链及相关公司详解

碳纤维的产业链包括从一次能源到终端应用的完整制造过程，一般分为前驱体制备和碳丝制备两个阶段。一般公司也会根据生产工艺将生产车间分为原丝车间和碳丝车间。其中，前驱体的制备主要包括聚合和纺丝段，碳丝的制备主要包括预氧化和炭化化学段。碳纤维制成后，还可以石墨化成石墨纤维，以进一步提高弹性模量。涉及产业链中游的产品形态主要包括碳纤维、碳纤维面料、碳纤维预浸料和碳纤维复合材料产品。

碳纤维全过程涉及3000-5000个技术参数控制点。从整个产业链来看，中游是核心环节，技术、资金、设备和产品质量的门槛很高。

上游原料（1）丙烯腈

以聚丙烯腈基碳纤维为例。丙烯腈是一种丰富且易于获得的原材料，可以由石油、煤炭和天然气等化石燃料制备。

由于国内新增产能不断释放，2014年至2022年我国丙烯腈进口量逐年下降，出口量不断攀升。2022年，亚克力亚克力表观消费量达到270万吨，进口量为10.4万吨，出口量达到21.7万吨。随着山东海江、浙江石化等新增产能的相继释放，国内自给率不断提高。

从历史价格来看，丙烯腈的价格与原油价格的走势基本一致，近年来波动性明显减弱。此外，随着近年来国内丙烯腈产能的释放，国内丙烯腈的价格逐渐与进口一致，由原来的高于进口价格。

丙烯腈供应商主要是丙烯厂炼油厂，包括三桶油、恒力石化、等公司。到 2023 年底，丙烯腈总产能将达到 439.9 万吨/年

（2）普通级沥青和中间相沥青

沥青基碳纤维可分为高性能（中间相）沥青基碳纤维和通用沥青基碳纤维两大类，主要区别在于沥青调制过程中的工艺差异。我国可纺沥青的来源大多是从煤焦油中提取的，但煤焦油制备的沥青灰分大，纺丝性能差，因此近年来我国开始采用乙烯焦油等重芳烃油制备可纺沥青，其中优质中间相沥青前驱体的制备是国内研究的重点。

中间相沥青的制备工艺比通用沥青更复杂，对原料的要求更高，调制方法包括热缩聚、水力催化和溶剂分离。在沥青调制之前，需要对原料进行精炼，以去除材料中所含的固体杂质，并防止在后续的纺丝过程中，纺丝孔被堵塞或成为纤维内部断裂的来源。

目前，国内能够实现高质量中间相沥青制备的企业屈指可数，规模仍处于百吨级水平，赛道上的主要参与者是宝武碳素、山西亚太碳素、陕西天策材料、辽宁诺克碳素材料、湖南东营碳素材料和新疆先能科技创新。

（3）粘胶纤维

在粘胶基碳纤维中，主要原料是粘胶纤维。粘胶纤维包括木浆、棉浆、粘胶、氧化铝、聚丙烯腈纤维等，木浆和棉浆占据其主要生产成本。中国是棉浆生产大国，当地企业大多以棉浆为原料生产粘胶基碳纤维。原材料的优势为中国粘胶基碳纤维行业的发展奠定了良好的基础。但生产粘胶基碳纤维的工艺过程长，工艺条件苛刻，不适合大规模生产，成本高。此外，粘胶基碳纤维的整体性能指标差于PAN基碳纤维，综合性能价格比在竞争中处于劣势，因此其整体市场份额逐渐下降到1%左右。

从运营公司来看，国内参与者主要包括南京化纤、吉林化纤、恒天海龙等。

中游制造工艺和设备（1）前驱体制剂的生产工艺

原丝质量是生产高质量碳纤维的关键。碳纤维的强度在很大程度上取决于前驱体的微观形貌结构和致密性，前驱体的质量缺陷（表面孔、沉积、划痕和线间粘合等）在后续加工中难以消除。

从生产环节来看，丙烯腈制制前驱体应经过聚合和纺丝两个环节。前驱体的性能取决于聚丙烯腈分子的结构和排列，其中分子结构的控制主要取决于聚合过程，排列主要取决于纺丝过程。前驱体制备的难点主要在于工艺，而不是设备。

1）聚合：聚丙烯腈原液由丙烯腈通过化学反应制成

聚合是指丙烯腈（AN）单体通过自由基链聚合进行长链 PAN 的过程。聚合过程按工艺流程顺序大致分为原料制备、聚合反应等。

在原料制备过程中，制备 PAN 共聚物的原料包括单体、共聚单体、引发剂、链转移剂和溶剂。从溶剂方面，可用于PAN基均相溶液聚合的溶剂可分为两类：无机溶剂包括硫氰酸钠、氯化锌、硝酸等，有机溶剂包括二甲酰胺、二甲基乙酰胺和二甲基亚砜。其中，二甲基亚砜腐蚀性相对较低，链转移常数小，毒性低，无金属残留，已成为AN溶液聚合最常用的溶剂。

聚合工艺主要包括一步法和两步法。一般来说，一步法工艺质量更高，而两步法工艺生产效率更高，成本更低。一步法是指丙烯腈在 DMSO（二甲基亚砜）等溶剂中直接聚合并制成纺丝溶液;两步法是指丙烯腈在水相（聚丙烯腈不溶于水）中聚合得到聚丙烯腈粉末，然后溶于DMSO等溶剂中，制成纺丝液。一步法的优点是工序少，可控性好，纺丝液质量较高，一般用于制备高性能碳纤维。两步法的优点是水相聚合更有利于控制聚合温度，减少聚合过程中放热的影响，因此反应时间短，生产效率高，溶剂易于回收，成本低。世界上有许多工厂采用一步法进行生产，但吉林碳谷、陶氏阿尔克萨等以低成本为特点的制造商选择了两步法。

2）纺丝：由聚丙烯腈溶液经凝固成型、洗涤、干燥等工艺制得前驱体

纺丝工艺主要有湿法和干法喷雾湿法。一般来说，干喷湿法的优点更多，生产效率更高，加工质量更好。在湿法工艺中，从喷丝头挤出的纺丝浆溶液直接进入混凝剂并凝固成纤维。在干喷雾湿法中，从喷丝头挤出的纺丝原料在进入混凝剂并凝固成纤维之前会穿过一层空气。在干喷湿法中，当纺丝浆液通过空气段时，其中聚丙烯腈分子的取向会先自然正则化，然后进入混凝剂开始凝固，因此干喷湿法具有较快的凝固速度，较高的纺丝速度，以及较光滑的纤维表面，更高的密度和强度。干喷湿法和湿法工艺在表面差别不大，显然难以大规模生产出高质量的产品。目前，全球只有少数企业掌握了生产技术并形成了成熟的产品，国内绝大多数碳纤维企业仍以湿法产品为主。

（2）碳丝制备的生产工艺

预氧化碳化：成品前驱体在空气气氛中经多级氧化炉反应，得到预氧化灯丝;在氮气的保护下，预氧化的细丝在低温和高温下碳化，得到碳丝。随后，表面处理后进行上浆，最后将高强度碳纤维产品干燥。

这

影响整个碳化阶段质量和成本的因素包括前驱体的差异、碳化线的规模和细丝的速度、各种工艺参数的控制（碳化温度、加热速率、碳化时间、碳化过程中施加的牵引力、碳化气体的诱导等），对于前驱体的不同结构存在不同的更优控制参数。一般来说，炭化线规模越大，单耗越低，国内单线更大产能为3000吨（精工科技）;前驱体的质量越高，从前驱体到碳纤维的转化率就越高，中间损耗就越低。一般来说，优质前驱体与碳纤维产量的比例约为 2.2：1，而劣质前驱体与碳纤维产量的比例约为 2.5：1。

（3）碳丝制备核心设备

PAN前驱体通过各级预氧化炉、低温炭化炉、高温炭化炉、表面处理和水洗，然后进入热辊干燥、施胶、热风干燥、热辊干燥进入络筒机对丝进行缠绕，最后通过自动包装线包装成碳纤维成品。其中，预氧化炉为热风循环炉，纤维在预氧化炉内在空气气氛中发生氧化反应，形成耐热梯形结构。低温碳化炉和高温碳化炉是电加热炉，纤维在低温碳化炉和高温碳化炉的氮气气氛中反应，去除非碳元素。碳丝制备过程涉及的主要设备包括筒子架铸造、预氧化炉组、低温炭化炉、高温炭化炉、表面处理槽、施胶槽、干燥机、收卷机、废气处理系统、废气系统管道和厂内定义的设备管道。

早期，国产前驱体纺丝线、前驱体缠绕机、炭化线上恒张力重型放卷筒子架、预氧化炉、高低温炭化炉、超高温炭化炉、碳丝缠绕机大多采用进口设备。近年来，国内碳纤维生产的核心设备相继突破国外封锁，在性能、配置、工艺、交货期、价格等方面具有较强的综合竞争力和竞争优势。目前，国产设备万吨级规模生产线成本为6-7亿，2500t/a设备平均价格为1.65亿。

目前，国内轨道上的主要企业分为两大类，一类是原丝、碳纤维及制品生产厂家自有生产设备，如中福申英、光威复合材料和中健科技等公司已经能够设计制造包括预氧化炉在内的部分或全部设备，低温炭化炉和高温炭化炉;另一类是精工科技为主的家居设备生产企业，主要企业有精工科技、习安福瑞达、湖南鼎力科技、上海益江机械等公司，其中精工科技具备全线碳纤维设备供货能力，国内其他企业供应设备集中在1-2个环节。

精工科技是碳纤维生产设备行业的龙头企业。自2013年以来，公司成立了碳纤维和复合材料部门，自成立以来已经完成了EB炉机械部分的设计和1000T碳纤维生产线的初步规划，经过大约10年的技术沉淀，目前的碳纤维整线设备在国内技术中处于领先地位。公司目前的炭化线年产能可达3000吨，可与国际一流水平相媲美（日本东丽单线年产能为4000吨）。公司正在开发4.2m宽的炭化线设备，如果研发进展顺利，有望进一步提高公司设备单线的年产能。

按照单条2500吨生产线投资1.65亿元（考虑到未来市场竞争激烈导致的价格下跌），根据公司现有客户结构吉林化纤事业部、精工事业部及新疆龙居扩建计划，保守估计公司在“十四五”期间可获得相应的订单产能约15万吨，而相应的合同金额估计为 99 亿元。

下游产品：（1）碳纤维面料

碳纤维织物是碳纤维作为片材的一种重要应用形式，由连续碳纤维交叉和烧结而成。根据《棉纺织纤维》规定，根据碳纤维织物中纱线的取向，纤维织物可分为单向织物、双向织物（分为平纹、斜纹和缎纹）和多轴向织物。

（2）碳纤维预浸料

预浸料是从原材料到最终复合产品的重要中间产品，其制造方法主要是将连续整齐平行的增强纤维拉出，通过与树脂基体充分润湿，充分浸渍并卷成线圈。预浸料是最基本的复合材料，过去几乎所有的复合材料都是由预浸料设计、叠层、高压釜等工艺制成的，后来拉挤成型、缠绕等新工艺的出现使得复合材料的生产可以绕过预浸料这一步。预浸料分为单向纤维预浸料（单向承重）和纤维织物预浸料（双向承重），制备方法有树脂固溶法和树脂热熔法，其中热熔法是生产预浸料的主要工艺，可进一步分为一步法和两步法，两步法将预浸料的生产分为两个步骤：涂膜和预浸料。

（3）短切碳纤维

短切碳纤维是由纤维切割机短切而成的碳纤维长丝，其基本性能主要取决于其原材料碳纤维长丝的性能。短纤维具有分散均匀、喂料方式多样、工艺简单等优点，可应用于碳纤维长丝不适用的特殊领域。

（4）碳纤维复合材料

碳纤维复合材料主要是以碳纤维为增强材料，树脂为基体制成的结构或功能材料。复合成型工艺种类繁多，包括手糊成型、喷涂成型、缠绕成型、拉挤成型、压缩成型、树脂传递成型（RTM）、HP-RTM、高压釜成型、液体成型（LCM）和其他工艺技术。

碳纤维复合材料具有强度高、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳等特点，广泛应用于航空航天、海洋工程、新能源装备、建筑机械、交通设施等领域，是一种具有广阔应用前景的战略性新材料。

最终用途应用

该报告已在上文中详细解释，在此不再赘述。

相关公司

（1）吉林碳谷：全品类碳纤维前驱体消费大户，受益于国内碳纤维的大发展

该公司是世界上为数不多的大型丝束前驱体供应商之一。全球 48K 以上大型丝束的主要供应商是日本的东丽、西格里和日本的三菱，其中西格里大型丝束前驱体是为自用而生产的，不向公众销售。目前24K神，碳纤维前驱体产品包括1K、3K、6K、12K、12KK、12S、24K、25K、35K、48K和50K，形成了工业级和民用级大丝束产品、小丝束和大丝束产品共同发展的局面。

公司的扩张计划稳步推进，前驱体的地位越来越稳定。该公司 2023 年手头的订单将达到 100,000 吨。在公司4万吨/年碳纤维原丝产能的基础上，截至2023年6月底，年产15万吨的碳纤维原丝项目已60%以上投产，公司总产能达到约13万吨/年;此外，公司新增 30000 吨高性能碳纤维原丝项目一期预计将于 2024 年年中投产，以 T700、T800 及以上中小丝束碳纤维原丝为主，实现大丝束和中小型丝束全覆盖。

（2）中福申英：民用小丝束碳纤维水龙头，碳纤维规模国内领先

公司建成了国内首条具有自主知识产权的1000吨干喷湿法碳纤维产业化生产线，使公司的小丝束碳纤维具有兼具高性能和低成本的特点。该系统掌握了碳纤维T300级、T700级、T800级、M30级、M35级千吨级和M40级、T1000级100吨技术，在国内率先实现了干喷湿法碳纤维的关键技术突破，基本实现了日本东丽主要碳纤维型号的对标化。目前，中福神鹰在压力容器、光伏热场和风电叶片等领域定制了适用于各个领域的碳纤维产品，其中压力容器和碳/碳热场国内市场占有率超过50%;全球市场份额超过 15%。

公司的碳纤维生产能力在国内处于领先地位。根据公司年报，2023年公司产能为28500吨/年，其中连云港基地3500吨/年，西宁基地25000吨/年（新建1.4万吨生产线将于2023年5月正式投产），产能和产量均处于国内碳纤维生产企业前列。公司在连云港基地新建3万吨级项目，项目26年全面投产后总产能将达到5.85万吨，继续巩固领先地位。

（3）光威复合材料：整个碳纤维行业的领跑者，打造综合优势

光威复合材料业务涵盖碳纤维原丝、碳纤维、复合材料等全产业链。公司是国内碳纤维行业首家A股上市公司，形成了从原丝开始的碳纤维、织物、树脂、高性能预浸料、复合材料的完整产业链布局。同时，公司拥有碳纤维生产线及关键设备、预浸料生产线和复合成型设备等自主设计制造能力，主要产品包括碳纤维及织物、预浸料、碳钢梁等。公司的T300系列小丝束碳纤维多年来一直稳定供货，T800H级碳纤维通过了安装评审，逐步进入量产阶段。

截至 2022 年底，公司碳纤维产能为 3655 吨，在建产能为 4030 吨，内蒙古包头一期项目预计将于 2023 年投产。内蒙古光威碳纤维项目将推动公司中长期可持续发展，在战略规划上由大丝束产品向小丝束产品转变，提高市场竞争力。蒙古内部光威项目计划每年生产 10,000 吨碳纤维，蒙古内部较低的能源消耗成本将降低公司的碳纤维生产成本，进一步提高毛利率。

（四）吉林化纤：集团核心上市平台，搭建碳纤维产业桥头堡

公司是吉林化纤集团唯一的主板上市平台。近年来，碳纤维产能稳步提升，全资子公司吉林科美克年产600吨小丝束碳纤维生产线建成投产;公司持股49%的吉林宝晶，拥有8000吨大丝束碳纤维的生产能力（到2025年底年产12000吨碳纤维生产能力），以及年产12000吨碳纤维复合拉挤板项目，炭化线已于2023年2月底完工，复合材料生产线正在安装认证过程中，截至 2023 年底已部分达产。

（5）恒申股份：新三板碳纤维全能选手，差异化竞争明显

恒申公司的产品组合涵盖原丝、碳纤维、施胶剂、织物、液体树脂、胶粘剂、预浸料、碳纤维复合材料件和航空复合结构件等，主营业务领域为航空航天、新能源市场、轨道交通、建筑加固、运动休闲等。2021年，恒申的24K碳纤维、织物和碳板产品获得了国际权威认证机构DNV认证，成为国内之一家也是唯一一家获得该认证的碳纤维单位。

目前公司拥有5条1000吨碳纤维生产线，具备年产5000吨碳纤维的生产能力，年产1500万平方米织物及预浸料的生产能力，年产1200吨高性能树脂的生产能力，年产5000吨复合材料件的生产能力，实现了从 HF10 到 HF40 各种规格纤维的稳定性、量产和应用。

（6）上海石化：建设首套万吨级48K大丝束碳纤维国产化生产线

公司是一家高度整合的石油化工企业，利用上游资源优势和自身的技术积累，进军碳纤维领域。公司6000吨碳纤维2.4万吨/年、12000吨/年48K大丝束碳纤维项目一期已投产，正处于工艺优化阶段，预计2024年完成1.2万吨项目建设。

成本降低途径分析

碳纤维成本分析

碳纤维生产成本 - 主要是前驱体成本、能耗成本和设备折旧。

按生产过程各环节的分离情况分：前驱体、预氧化和碳化处理的成本较高，其中前驱体主要包括丙烯腈等原材料的成本和前驱体的制造成本，占成本的50%以上，而预氧化和碳化处理需要高温、高能耗，所以成本也很高。

按成本构成类型划分，能源、原材料和设备的成本相对较高，分别占 34.0%、19.2% 和 18.2% 左右。根据吉林碳谷的年度报告，每吨前驱体大约需要 0.95-1.0 吨丙烯腈。

从头部企业的毛利率来看，从碳纤维、预浸料到碳纤维制品，产品的毛利率逐渐提高。

降本路径：规模效应 + 前驱体成本优化 + 设备国产化 + 技术升级

（1）规模效应：显著降低固定成本和流动成本

规模效应和成本降低：随着生产规模的扩大，前驱体和碳丝的单位生产成本不断下降。

碳纤维的规模效应是明显的，主要体现在固定资产的稀释和人员成本的稀释上：碳纤维设备的高价值导致前期对固定资产的大量投入，在碳纤维生产和准备的过程中，即使前期生产线的规模处于小状态，其辅助工程、生产设备甚至生产人员都需要一次性配备齐全，规模的扩大有利于固定资产和人员成本的稀释;

（2）前驱体成本：丙烯腈+大规模+前驱体制备技术

前驱体端成本降低：丙烯腈价格的稳步下降、前驱体的大规模化和制备工艺的改进有望促进前驱体成本的降低。

丙烯腈产能释放带动丙烯腈价格走低：国内丙烯腈供应商以中石化和中石油为主，2018年9月创下19300元/吨的历史新高。2019年，随着江苏思尔邦等新产能相继投产，丙烯腈价格波动性有所下降。据中国石油和化学工业联合会预测，2022-2023年我国预计投产丙烯腈装置138万吨/年，在供过于求的情况下，丙烯腈价格仍有进一步下跌的空间。

规模化前驱体生产+工艺进步降低每吨丙烯腈消耗量有望促进前驱体成本的降低：前驱体生产也受益于规模化效应带来的成本节约，规模化生产有利于稀释固定资产的折旧和人员成本;工艺进展降低了丙烯腈的单位消耗量。工艺进度降低丙烯腈单耗：2018-2020 年，吉林碳谷丙烯腈单耗通过工艺优化逐年优化。在其他成本不变的情况下，如果每吨前驱体成本降低5000元，则转化后的碳丝将减少10000元/吨。

（3）能耗：低电价地区+新能源配套，降低用电成本

电力在碳丝制造成本中占比更高，其中电力成本占比更高，约占总成本的 15-19%，其次是折旧成本，约占总成本的 12-14%。

企业可以在选址优势明显的地区建立新的生产基地：中孚申鹰和光威复合材料分别在青海西宁和内蒙古包头扩产，当地电价较低，与东部工业电价高地区相比，成本优势明显;2022年，单吨碳纤维的用电量约为30400度，当电价从连云港的0.59元/度下降到西宁的0.36元/度时，电费可降低约7000元/吨;

支持新能源基础设施，提高可再生能源比重：逐步用光伏、风电等绿色清洁能源替代传统能源也是降低能源成本的途径之一。

（4）设备：国产替代降低设备折旧成本

设备成本降低：国产设备具有价格优势，有利于减少初期投资和后续折旧。

近年来，随着国产设备的突破，整体设备价格持续下降，未来，随着整套生产线技术的不断提高，购置国产设备有望进一步降低生产成本。

（5）技术迭代升级：提高单线产能，降低成本

工艺成本降低：提高单线生产能力，减少吨折旧、吨能耗、吨人工。

这

碳纤维生产线单线的年生产能力与纺纱速度、生产线宽度和良率有关，具体计算公式为：单线产量（t）=生产线上的锭数×纺纱速度×线密度×年运行时间×良率。

提高幅宽和纺纱速度可以提高单线的年产量，降低单位能耗成本：生产线的纺纱速度与产品类别和生产工艺有关，精功科技年产1500吨生产线的幅宽跨度在0.5-3m之间，且纺丝速度为6-12m/min，中福神鹰实现了单线年产3000吨高性能炭化生产线的设计运行，单线产能居国内首位。增加幅宽和纺纱速度会影响纤维质量和产量，以及能耗，因此如何协调炉宽、运行线速度、产量等方面，以实现生产线的稳定运行是设备调试的核心障碍。