（报告出品方/作者：德邦证券，倪正洋、张宇虹、邵玉豪）
1.碳纤维复材是轻量化关键材料，设计及制造降本是推动应用的核心
1.1.碳纤维复材性能优异，产业链上各环节的加工具有高附加值
碳纤维复合材料性能优异，是轻量化的关键材料之一。复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观上组成具有新性能的材料。复合材料中不同材料互为基体或增强体，在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料。碳纤维复合材料（也称碳纤维增强复合材料，CarbonFiber-reinforcedPolymer，CFRP）是由碳纤维作为增强材料的一种高性能复合材料，而在基体材料选择上，以树脂基、碳基使用最多。据赛奥碳纤维统计，年全球碳纤维复合材料中，树脂基+碳基市场份额超过80%。碳纤维复合材料具有比强度高、比重小、比模量高、抗疲劳性能及耐腐蚀性能优异等特点，兼具纺织纤维的柔软可加工性，是轻量化的关键材料，率先应用于航空航天、风电、高端装备制造等领域。
预浸料铺放是最成熟的碳纤维复合材料成型工艺，随着应用下游拓宽，缠绕拉挤、预制体等工艺涌现。概括而言，复合材料成型即指将一维纤维固结成三维形状的过程，是复合材料工业的发展基础和条件，由于碳纤维复合材料结构成型与材料成型同时完成，所以碳纤维复合材料有时也直接指碳纤维复合材料部件/制品。从年全球树脂基碳纤维复合材料需求的成型工艺来看，预浸料铺放、缠绕与拉挤、混配模成型、预制体是当前最主流的工艺，按以上成型工艺生产的树脂基碳纤维复合材料的重量占比分别为28.8%、36.1%、12.3%、7.2%，合计达84%，其中：预浸料铺放是最成熟的成型工艺，是航空航天复合材料首选的成型工艺；缠绕拉挤随着碳纤维复材在风电与气瓶中应用的增长而跃升为占比第一的工艺；预制体随着光伏热场碳碳复材的应用而成为主流工艺之一。
预浸料铺放：实用性最广、应用经验最成熟的材料形态及成型工艺。以预浸料为材料、以自动铺放或手工铺贴为层合工艺、以热压罐为固结工艺的航空航天复合材料工艺是基础，其核心优势是“高纤维含量”、“均匀浸润”与“低孔隙率”。几乎所有应用均会首先采用此工艺，然后在应用过程中再摸索特点，发现更高效简化工艺，如风电梁帽的开发历史，从预浸料铺放过渡到厚重织物成型，再到拉挤板材。
缠绕拉挤：复合材料的经典成型工艺，主要优点是工艺简洁，主要缺点是只能制作回转体及型材，不能制造型面复杂的结构。随着风电与气瓶应用的增长，缠绕与拉挤工艺超越了预浸料铺放工艺，占比上升至第一。
预制体：近几年成为主要工艺之一，目前在碳碳复材中发展迅速，主要由光伏炉所需的热场碳碳复材的快速发展而推动的。
预浸料是多种成型工艺使用的重要中间材料，碳纤维产业链每一级的加工技术含量高、附加值高。从碳纤维复合材料的制造流程来看，预浸料是热压罐、模压、卷制、缠绕等多种工艺中极其重要的中间材料，它的制造方法主要是将连续整齐平行的碳纤维牵引，通过与树脂基体充分浸润收卷成卷材，相应的碳纤维整体产业链为“原丝-碳纤维-碳纤维织物-预浸料-复合材料”。据江苏恒神招股书，“同一品种原丝的售价约40元/kg，碳纤维约元/kg，预浸料约元/kg，民用复合材料约在元以下/kg，汽车复合材料约元/kg，航空复合材料约元/kg。”在碳纤维产业链中，不同阶段产品价格均有较大幅度增值，各阶段的加工制造技术是关键。
1.2.碳纤维复材的设计和制造降本空间大，是扩大应用的核心环节
碳纤维复合材料结构件的设计和制造环节具有最大的降本空间，是扩大下游应用的核心环节。年美国先进民用飞机新材料专业委员会编制的《下一代民用运输机用的新材料》中提到“材料成本实际上仅占复合材料构件总成本的8%~10%，开发下一代民用运输机工艺的一个基本准则是低成本制造的可能性。”。江苏恒神招股书中也指出，“通过对碳纤维复合材料的成本结果分析，最大的成本空间是在复合材料结构件的设计和制造工艺上”。复合材料制造工艺的低成本化，应用技术的低成本化，是碳纤维复合材料扩大应用不可或缺的重大环节。本节将重点介绍碳纤维复材设计及制造环节的关键技术及壁垒。
（1）碳纤维复合材料设计之初就需要综合结构设计、材料、工艺等多项技术
碳纤维复合材料与常规金属材料最显著的不同在于它的力学性能可以通过设计进行控制改变，因此，它在力学性能方面给设计人员提供了自由度。金属材料结构设计人员可以直接使用材料部门提供的性能数据和传统的金属结构成型工艺进行设计，设计、材料和工艺三方面的技术人员可以分别完成各自领域的开发。而高性能碳纤维复合材料结构的研发必须由设计、材料、工艺三个领域的技术人员组成紧密配合的团队，相互协作共同努力才能完成。
（2）有限元等计算机数值模拟技术，在设计及制造过程中均有关键作用
有限元模拟是一种重要的数值模拟方法，能够较好地模拟仿真材料在载荷或载荷与环境联合作用下的变形、损伤与断裂过程，在碳纤维复合材料的设计及制造过程中均有重要应用。在设计过程中，采用结构有限元分析的方法，可以对复合材料制品进行力学分析计算，获得满足设计要求的结构。在加工制造过程中，以往的复合材料生产工艺参数依靠“试凑法”，要获得有用数据，需要做大量试验，从而导致大量的人力和物力浪费，增加了产品的成本。高效生产质量稳定的复合材料结构件的关键技术在于选择合适的工艺参数，制定合理的工艺方案，而数值模拟为优化工艺参数，深刻理解各种参数对成品质量的影响，提供了有效的技术手段。总的来说，计算机模拟分析在碳纤维复合材料的设计及制造中，起到了降低工艺成本、优化设计、缩短设计周期及保证产品质量服务的关键作用。
（3）低成本制造工艺的开发和应用
低成本的制造成型技术在部件连接、整体成型、连续化成型、高效率成型等方面具有很高的技术壁垒。主要包括树脂传递模塑成型（RTM）、树脂膜融化成型（RFI）、真空灌注成型（VARI）等液体成型技术、共固化液体成型（co-LCM）技术、以热隔膜成型为代表的预成型技术等。举例来看，业内正积极探索的液体成型技术，其免除了将纤维制成预浸料，再切割成层片铺叠成预型件的过程，摆脱了大投资的热压罐，工艺易于实现自动化，具有生产周期短、劳动力成本低、环境污染少、制造尺寸精确、外形光滑、可制造复杂产品等优点。
（4）产业化、大规模生产技术
碳纤维复材生产工艺线长，单条生产线控制点都在个以上，各类参数间关联度极大，生产线启动往往需要10天以上产品质量才能稳定下来。工艺过程包括温湿度、浓度、黏度、流量、压力、转速、风速、电流等几千个参数，需要高精度的自动化监控和调节，其中一个环节出现问题，就会严重影响碳纤维复材产品的性能和质量的稳定。产业化生产工艺不成熟是目前导致碳纤维复材产品质量不稳定的主要原因。保障碳纤维复材长期连续、稳定、工业化生产的技术壁垒高。
2.碳纤维复材：年全球规模约亿美元，我国约占其中五成
2.1.碳纤维中间制品：年全球规模34亿美元，我国约占其中四成
年，全球碳纤维及中间制品市场规模约34亿美元，航空航天、风电叶片、体育休闲合计占下游的66%。据赛奥碳纤维统计，8-年，全球碳纤维及中间制品（预浸料+织物）需求总重量CAGR为9.5%，年达11.8万吨，同比+10.4%。价值量方面，年，全球碳纤维及中间制品市场规模为34.0亿美元，分下游来看，航空航天、风电叶片、体育休闲占比分别为35%、16%、15%，是最主要的三个应用领域。由于上世纪70年代出现的石油危机，碳纤维从此前的军用航空航天结构向民用飞机渗透，在工业领域也因轻量化需求得到了推广应用。根据市场规模与需求重量折算，全球碳纤维及中间制品的均价为28.9美元/kg，分下游来看，航空航天领域均价最高，达到72.0美元/kg，体育休闲、压力容器、汽车等领域均价相近，在20-30美元/kg之间，风电叶片领域均价则相对较低，约16.8美元/kg。在航空航天和工业领域两种不同需求的推动下，碳纤维产生了两个不同的类型和发展方向，即以满足航空航天领域需求的高性能前提下的低成本，和以满足工业领域需求的低成本下的高性能，应用领域广泛。
年，我国碳纤维及中间制品市场规模约14.7亿美元，约占全球市场的四成。8-年，我国碳纤维及中间制品需求总重量CAGR为15.5%，年达到6.2万吨。价值量方面，我们根据不同下游所需重量，以及各领域销售均价，计算得到年市场规模为14.7亿美元（注：此处与奥赛碳纤维报告中直接呈现的我国市场规模略有差异，为保持数据更好的一致性，我们使用了以上的计算方式），占全球市场的43%；分下游来看，体育休闲、风电叶片、碳碳复材、航空航天分别占33%、26%、10%、10%，合计约达八成，其中碳碳复材特别受益于我国光伏产业的快速发展，在航空航天中的应用也有望随我国大飞机战略产业的发展而更快提升。总体来看，一方面，我国内需市场大、工业门类众多，另一方面，我国大飞机、新能源汽车等高端产业正蓬勃发展，我国碳纤维产业具有相当的降本潜力和广阔的应用前景。
2.2.碳纤维复材：年全球规模约亿美元，我国约占其中五成
年，全球碳纤维复材市场规模约亿美元，不同下游复材均价梯度较原材料均价梯度更大，体现了不同领域复材设计制造附加值的差异。据赛奥碳纤维统计，年全球碳纤维复合材料中，树脂基+碳基市场份额超过80%，而且其在报告中简化了表述，统一称为树脂基碳纤维复合材料，统计了全球、我国相应需求总重、市场规模、下游行业分布等数据。在2.2节中，我们以赛奥的统计数据为唯一来源，重点梳理碳纤维复材市场空间，且若无特殊说明，以“碳纤维复材”代指“以树脂基及碳基作为基体的碳纤维复合材料”。年，全球碳纤维复材需求总重为18.2万吨，市场规模约亿美元，分下游来看，航空航天、体育休闲、碳碳复材、风电叶片价值量占比分别为46%、20%、14%、5%，销售均价分别为、、、21美元/kg，前三者分别是风电叶片销售均价的17、7、10倍，可见复杂结构的设计及制造附加值更高。
年我国碳纤维复材市场规模约亿美元，约占全球五成。据赛奥碳纤维，年，我国碳纤维复材需求总重同比+28%为9.7万吨，市场规模约为亿元，我们与全球市场统计单位保持统一，则折合约亿美元，约占全球市场五成。下游体育休闲、航空航天、碳碳复材（热场材料）、风电叶片价值量分别占37%、31%、11%、8%。从均价来看，整体而言我国碳纤维复材与全球市场均价相近，但航空航天领域产品均价约是全球该领域均价的3倍，或体现了国外在高端领域对我国一定的价格策略和技术封锁。我们认为，碳纤维在民用航空中的应用随我国大飞机产业逐渐崛起有望更快发展，且相关产品技术含量与附加值高，壁垒深厚；风电叶片受益于我国新能源产业蓬勃发展正快速获得应用；而轨道交通是我国优势产业之一，碳纤维复材有很好的轻量化作用，行业正积极探索相关应用，未来有望起量。我们将在第三章重点分析碳纤维复材在以上行业的应用和空间。
3.碳纤维预浸料：碳纤维复材产业链中的核心环节
碳纤维预浸料作为一种最常使用的中间体材料，其性能稳定优异，已逐渐成为碳纤维复材的主要工艺之一。随着上游碳纤维和树脂生产工艺和性能的优化，以及下游碳纤维复材的蓬勃发展，碳纤维预浸料行业的市场规模也在不断扩大，由年的18.04亿元增长至年的45.94亿元，CAGR为26.33%，保持了较高的市场增速。虽然碳纤维复合材料在整体性能和应用上显示出很大优势，但高性能预浸料缺乏对基础材料的研发，目前国内普遍使用的航空级预浸料仍主要依赖进口，鲜少有自主知识产权的高性能预浸料系统，而对基础材料的研究是预浸料系统研究的奠基石，其决定了对碳纤维复材制品的最终性能。如何保证碳纤维的品质和树脂基体的高性能与功能化是预浸料基础材料研究的聚焦点。
而预浸料行业的另一