碳纤维作为21世纪“黑色黄金”，凭借其高强度、高模量、耐腐蚀等特性，正引领全球新材料革命浪潮。随着碳中和目标推进与高端制造升级，碳纤维应用场景加速突破传统航空航天领域，在风电叶片、氢能储运、新能源汽车等新能源赛道形成规模化需求，同时在建筑补强、轨道交通、体育器材等民生领域渗透率持续提升。全球碳纤维市场规模近五年保持12%复合增长率，中国产能扩张速度领跑全球，2025年预计突破25万吨大关。未来，在低成本制造技术突破、大丝束产品迭代、回收技术成熟三大趋势驱动下，碳纤维将加速替代金属材料，撬动万亿级轻量化市场。

 

 

01

 

碳纤维行业概述

 

碳纤维被誉为材料中的“黑色黄金”，是一种丝状碳素材料，由聚丙烯腈（或沥青、粘胶）等有机母体纤维采用高温分解法在1000摄氏度以上高温的惰性气体下碳化（其结果是去除碳以外绝大多数元素）制成，直径5-10微米，是一种含碳量高达90%以上的无机高分子纤维。

碳纤维力学性能优异，比重不到钢的1/4，碳纤维复合材料抗拉强度一般都在3500MPa以上，是钢的7-9倍，是目前已大量生产的高性能纤维中具有最高比强度和最高比模量的纤维，并具有低密度、耐腐蚀、耐高温、耐摩擦、抗疲劳、震动衰减性高、电及热导性高、热及湿膨胀系数低、X光穿透性高、非磁体但有电磁屏蔽效应等特点，是发展国防军工与国民经济的重要战略物资，广泛应用于军工、航空航天、体育用品、汽车工业、能源装备、医疗器械、工程机械、交通运输、建筑及其结构补强等领域。

 

碳纤维按纤维数量不同可分为小丝束和大丝束，按力学性能可以将聚丙烯腈基碳纤维分为高强型、高强中模型、高模型、高强高模型四类。小丝束碳纤维初期以1K、3K、6K为主，逐渐发展为12K和24K，主要应用于国防军工等高科技领域，以及体育休闲用品，如飞机、导弹、火箭、卫星和渔具、高尔夫球杆、网球拍等。大丝束碳纤维通常指48K以上碳纤维，包括48K、60K、80K等，主要应用于工业领域，包括纺织、医药卫生、机电、土木建筑、交通运输和能源等。

 

碳纤维按照原丝类型可分为三类：1、聚丙烯腈基碳纤维（PAN基碳纤维）：以聚丙烯腈为原料，具有成品品质优异、工艺简单、产品力学性能好等优势；2、沥青基碳纤维：以沥青为原料，提高沥青的使用价值，尺寸稳定性好，可以用作人造卫星材料或其他精密材料；3、粘胶基碳纤维：由含纤维素的粘胶纤维组成，石墨化程度低、导热系数小，适合作为隔热材料。

 

图表1：碳纤维按原丝类型分类

 

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资料来源：公开资料，汇融研究院整理

 

PAN基、沥青基、粘胶基三种碳纤维中，PAN基碳纤维因生产工艺相对简单以及优越的结构和功能特性迅速占据市场，全球产量占有率达到91%，沥青基和黏胶基碳纤维用途较单一，产量也较为有限。沥青基碳纤维全球产量占有率为8%，生产商大多为日本企业；粘胶基碳纤维基本停产，有可能完全退出碳纤维市场。

 

图表2：不同类型碳纤维产量占比

 

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资料来源：艾瑞咨询

 

 

 

02

 

需求端

 

 

（一）全球需求量及应用领域

全球碳纤维复材需求量呈持续增长趋势，2023年需求量短期下滑。2023年，全球碳纤维复材需求11.5万吨，较2022年20.77万吨下滑15%；全球碳纤维复材收入229.6亿美元，较2022年262.1亿美元减少12%。需求量下滑主要由于风电叶片和体育休闲等领域需求减少，2023年，风电叶片领域碳纤维复材需求3.08万吨，同比下降42%；体育休闲领域碳纤维复材需求2.89万吨，同比下降22%。航空航天军工领域，碳纤维复材需求复苏、价格上涨，2023年需求3.38万吨，同比增长9%。

 

图表3：全球碳纤维需求（千吨）

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资料来源：艾瑞咨询

碳纤维复合材料主要应用于航空航天军工、风电叶片、体育休闲、压力容器等领域。2023年，全球碳纤维复材需求约17.69万吨，其中，航空航天军工领域3.38万吨，占比19%，风电叶片领域3.08万吨，占比17%，体育休闲领域2.89万吨，占比16%。航空航天军工领域，碳纤维复材性能要求高，价值量高。从市场规模看，2023年，全球碳纤维复材市场规模229.6亿美元，其中，航空航天军工领域市场规模146.2亿美元，占比64%，体育休闲领域市场规模35.9亿美元，占比16%，风电叶片领域市场规模6.2亿美元，占比3%。

图表4：2023年全球碳纤维复材需求量（万吨）

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图表5：2023年全球碳纤维复材市场规模（亿美元）图片

资料来源：公开资料，汇融研究院整理

1）航空航天

 

碳纤维复合材料在航空航天领域的应用包括用于商用飞机、无人机、军用飞机以及公务机、直升机等各类飞机。根据《2023全球碳纤维复合材料市场报告》，碳纤维复材在航空航天领域的应用中，商用飞机应用占主要份额，占比达到36%，军用飞机应用占比21%，无人机应用占比达18%。

 

图表6：航空航天领域不同机型碳纤维需求（吨）

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资料来源：公开资料，汇融研究院整理

 

商用飞机方面，复合材料已在商用飞机最主要受力部件包括机翼、机身部位得到应用，并伴随着客机的升级换代，用量逐步提升。波音787和空客A350的碳纤维复材用量超过50%。国内，大飞机C919上，碳纤维复材的结构重量占比12%，宽体客机C929碳纤维复材用量或将超过50%，达到世界先进水平。

 

军用飞机方面，上世纪七十年代中期，碳纤维复材在军机尾翼的垂直尾翼、水平尾翼等部件开始逐步使用，如F-15、F-16、Mig-29、幻影2000、F/A-18等军机。之后，开始在机翼、机身等主要受力构件上使用碳纤维复材，如AV-8B、B-2、F/A-22、F/A-18E/F、F-35、阵风、JAS-39、台风、Su-37等。我国第三代战机歼-10的鸭翼结构，歼-11B的机翼外翼段、水平尾翼和垂直尾翼及歼-20的机身、机翼、垂直尾翼、进气口以及鸭翼上均使用了碳纤维复合材料。我国歼-20战机复材用量占比27%。

 

无人机方面，碳纤维复材在各类型无人机中已有广泛应用。例如，美国先进RQ-4全球鹰无人侦察机的机翼、尾翼、发动机短舱、后机身都是由碳纤维复合材料制造；AAI公司影子无人机的机身使用碳纤维增强环氧树脂复材，尾翼使用碳纤维或芳纶纤维增强环氧树脂复材，机翼由碳纤维增强环氧树脂复材面板-蜂窝夹层结构制造。我国彩虹4无人机除主梁外都是由复合材料制成的，复合材料用量占比达80%；翼龙-1E的复合材料用量占比也达到80%以上。

 

图表7：复材在无人机机体中的应用

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资料来源：公开资料，汇融研究院整理

 

2）碳碳复材

 

碳碳复材主要有飞机刹车盘、航天零部件以及光伏热场部件三大下游市场。

 

飞机刹车盘的全球市场随着民航飞机转运量提升而稳步增长，国内市场有望随着民航飞机刹车盘国产化实现更快增速。飞机刹车盘制造商包括法国的Messier-Bugatti公司、美国的Honeywell公司、B.F.Goodrich公司、Goodyear公司和英国的Dunlop公司，国内飞机刹车盘制造商包括北摩高科、西安制动、博云新材等。

 

航天零部件市场上，碳碳复材以其耐高温性能，用于大型固体火箭喉衬、发动机的喷管、扩散段、端头帽等，以及战略导弹弹头端头、空气舵等关键热端部件。

 

光伏热场领域，碳碳复合材料用于单晶长晶、拉制中的热场部件，主要包括坩埚、导流筒、保温筒、加热器等部件。从事碳碳复合热场材料的企业包括德国的SGL公司、日本的东海碳素公司、国内的金博股份、天宜上佳、西安超码、美兰德、隆基绿能等。

 

3）体育休闲

 

体育休闲领域是碳纤维复合材料的重要市场。近年来，钓鱼竿、高尔夫球杆、自行车、球拍、曲棍球棍、滑雪板、赛艇等各类中高端体育休闲用品中碳纤维的应用呈增加态势。在体育休闲领域中，对碳纤维需求量最大的方向为钓鱼竿，其次为高尔夫球杆，两者占体育休闲领域碳纤维需求量的60%左右。2022年，全球体育休闲领域碳纤维复材需求量3.69万吨，2023年需求量受降库存影响降至2.89万吨。

 

4）压力容器

 

碳纤维复合材料压力容器以轻量化、耐疲劳、耐腐蚀、强度高等优点，大量应用在储气、储能装置领域。与传统的全金属压力容器相比，碳纤维复合材料压力容器可设计性强的同时，质量更轻、承载力更强，能够使用自动化纤维缠绕设备实现批量生产。目前，航天航空领域中，航天飞船及其系统的各种复合材料压力容器已成为火箭发动机的液体储存装置和空间站宇航员的生命保证气体供应系统。民用领域中，上世纪90年代以来，复合材料压力容器已逐步成为民用压力容器的主流产品，在加氢站已广泛利用复合材料压力容器进行高压储氢。预计到2025年压力容器领域碳纤维需求量将突破2万吨，到2030年全球压力容器领域碳纤维需求将超过8万吨，增长趋势强劲。

 

5）风电叶片

 

风力机叶片是风能发电机的核心部件，在工作中要承受多种外部环境的影响，因此要求叶片材质具有良好的强度、刚度和韧性以及抗风沙、抗冲击、耐腐蚀等性能。目前，纤维增强复合材料在风力机叶片上得到了广泛的应用，包括玻璃纤维增强热固性树脂复合材料和碳纤维增强复合材料。

 

碳纤维在风电叶片中的主要应用部位为主梁。与玻璃纤维相比，碳纤维密度小、强度高、模量高出3-8倍，在风力发电机叶片中的应用，能够提高叶片刚度、降低重量；提高抗疲劳性能；使风机的输出功率更平滑更均衡，风能利用效率提高；可制造低风速叶片和自适应叶片。在满足刚度和强度要求下，相比玻璃纤维复合材料，碳纤维复合材料在可减轻30%左右。但是，碳纤维复材价格昂贵，是是玻璃纤维的10倍，限制了其在风力发电上的应用范围。

 

随着叶片长度增长，碳纤维主梁的渗透率提升。当叶片长度大于70m时，碳纤维的渗透率达到55%。随着叶片向大型化发展，碳纤维的市场渗透率有望进一步提高。

 

（二）国内需求量及应用领域

2023年，中国碳纤维复合材料总需求量10.63万吨，较2022年的11.45万吨下降7.2%，全国碳纤维复合材料产值875亿元。从需求量看，体育休闲和风电叶片为国内碳纤维复材需求量最大的两个领域，合计需求占比超过50%，航空航天领域碳纤维复材需求量占比11%，达到1.23万吨。从市场规模看，航空航天是碳纤维复材最大的市场，2023年市场规模418亿元，体育休闲领域碳纤维复材市场规模234亿元。

与全球市场结构相比，国内碳纤维复材市场结构中，航空航天领域占比相对小。从需求量看，2023年全球航空航天军工领域碳纤维复材需求占比19%，而国内航空航天领域碳纤维复材需求占比11%。从市场规模看，2023年全球航空航天军工领域碳纤维复材市场规模占比64%，而国内航空航天领域碳纤维复材市场规模占比48%。

 

图表8：2023年中国碳纤维复材需求量（万吨）

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图表9：2023年中国碳纤维复材市场规模（亿元）

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资料来源：公开资料，汇融研究院整理

 

军用武器装备复合材料用量持续提升，带动碳纤维复材需求增长。碳纤维复材用量已成为衡量军用装备先进性的重要标志。在航空航天领域，降低装备重量、改善武器装备的机动性能、提高战斗力、以及降低成本，是使用复合材料最直接的目的。在飞机上，碳纤维复合材料的应用从非承力部件，过渡到垂直尾翼、水平尾翼及方向舵等一些非主要承力部件，到目前可以应用于主要承力部件。航天领域，导弹提高复合材料用量可以实现轻量化，从而可以提高有效载荷或增加导弹射程，战术导弹每减轻1kg，可使射程提升15km。国内四代机歼-20的复合材料用量已经达到27%，无人机彩虹4和翼龙-1E的复合材料比重达到80%左右。装备中复合材料用量有望持续提升，国内先进武器装备量产有望推动碳纤维复材市场需求较快增长。

 

商用飞机是航空航天军工领域碳纤维复材主要的需求方向，国内航空航天碳纤维复材需求有望随国产商用大飞机量产及其对国产碳纤维复材的采购、应用实现快速增长。国产大飞机C919机体复合材料结构重量占比达12%。根据光威复材，国产大飞机应用的碳纤维主要是T300级和T800级。根据《碳纤维增强复合材料在航空航天领域的应用》，C919客机是我国首款使用T800高强碳纤维增强复合材料的民用飞机，在后机身和平垂尾等使用了T800碳纤维增强复合材料。国产宽体客机C929复合材料使用比例或将超过50%，有望达到世界先进水平。2023年1月，中国商用飞机有限责任公司党委常委、副总经理张玉金接受采访时介绍，预计C919在5年内年产能规划将达到150架。

 

图表10：C919全机材料使用示意图

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资料来源：中邮证券

 

低空领域有望成为碳纤维复材需求增长点。eVTOL几乎无一例外选用碳纤维复合材料作为主要机体结构。eVTOL的复材用量占比达70%以上，用于包括机身、电池盒、桨叶、座椅等结构件。其中，超90%的复材为碳纤维复材，约10%的复材以保护膜的形式使用玻璃纤维增强。小鹏汇天X2整机重560千克，机身部分由100多个碳纤维零件制成，重量仅为85千克。

 

图表11：eVTOL对于复材结构件的应用

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资料来源：国海证券

 

03

 

供给端

 

（一）碳纤维产业链

碳纤维的产业链包含从一次能源到终端应用的完整制造过程，包含预氧化、炭化、预浸料等多个过程。碳纤维产业链上游为原材料供应，主要包括聚丙烯腈、沥青和粘胶纤维等；中游为产品的生产制造过程，包括原丝加工、碳纤维生产、碳纤维制品以及碳纤维复合材料的生产加工；下游应用市场包括风电设备、航空航天、汽车制造、建筑交通、体育器材等多个领域。

图表12：碳纤维产业链

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资料来源：艾瑞咨询

 

国内碳纤维生产企业可以划分为三类：航空航天军工应用企业、高性能工业应用企业、大丝束工业应用企业。

 

航空航天军工应用企业，主要针对航空航天兵器海工及核工军品市场，以及商用航空航天、通用航空等市场，供应商包括光威复材、中简科技、太钢钢科等，此外，也包括中复神鹰及恒神股份的部分产能、煤化所扬州基地、西安康本、河南永煤、中油吉化、吉研高科和吉林神舟等。

 

高性能工业应用企业，主要针对高端体育器材、飞行汽车、高性能热场材料、先进电子、先进高压容器等先进工业领域，以中复神鹰、江苏恒神、长盛科技为代表。

 

低成本工业应用企业，主要针对是风电叶片、新能源汽车、轨道交通、常规体育器材、常规热场材料、新型功能材料等，以吉林化纤、宝旌、上海石化、蓝星为代表，也包括新创碳谷、新疆隆矩等。

 

（二）国内产能

 

2023年，中国碳纤维的运行产能为14.08万吨，相比2022年的11.21万吨增长了26%，国产纤维供应量为5.30万吨，占总需求的77%，同比增长18%。中复神鹰是国内产量最大的碳纤维厂商，截至2023年末总产能达2.85万吨，2023年碳纤维产量1.98万吨；光威复材和中简科技的碳纤维产品主要用于航空航天领域，毛利率较高，2023年光威复材和中简科技碳纤维及织物的毛利率分别为61.85%和67.70%。

图表13：国内主要碳纤维厂商

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资料来源：公开资料，汇融研究院整理

 

04

 

发展趋势

 

（一）产能扩张加速

 

全球范围内，碳纤维产能扩张态势明显。一方面，国际巨头积极布局，如日本东丽、美国赫氏等，不断扩大生产规模。另一方面，国内企业也在大力跟进，像吉林化纤、江苏恒神等纷纷投资建设新生产线。预计到2025年，全球碳纤维产能将进一步提升，中国在其中占据重要份额，包揽大部分新增项目，满足不断增长的市场需求。

（二）技术突破持续

 

技术层面，低成本制造技术和高性能产品研发是两大关键方向。低成本方面，大丝束原丝技术和连续碳化工艺逐渐成熟，降低生产成本，提升产品性价比。高性能领域，高模量、高强度的碳纤维产品研发取得进展，满足航空航天、高端装备制造等领域对材料性能的严苛要求。此外，碳纤维回收利用技术也成为行业热点，提高资源利用率，降低环境污染。

（三）应用领域拓展

 

碳纤维应用场景不断拓展，除了传统的航空航天、风电领域，在新能源汽车、轨道交通、体育器材等领域的应用也日益广泛。在新能源汽车中，用于电池壳体、车身结构件，实现轻量化，提升续航能力；轨道交通方面，应用于车辆部件，减轻车身重量，提高运行效率。随着低空经济等新兴产业的崛起，碳纤维在无人机、eVTOL（电动垂直起降飞行器）等领域的需求也将快速增长。