碳纤维行业全面解析：技术、市场、格局及标杆案例启示

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本文从技术、市场、竞争格局和标杆研究几个角度深度、系统的分析了碳纤维产业的发展现状和趋势，具有较高的参考价值。全文超3万字，以下为节选内容。

主要内容：

碳纤维——性能优异工业材料，制造全环节技术壁垒高
性能/成本区分高低端市场，高端航空刚需、赛道长且佳
日美巨头主导国际市场，大小丝束竞争格局存在显著差异
海外巨头:技术是基因，产能促成长，政策控环境
投资建议

报告节选：

1、碳纤维——性能优异工业材料，制造全环节技术壁垒高

碳纤维是由有机纤维（主要是聚丙烯腈纤维）经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料纤维。碳纤维的含碳量在 90%以上，具有强度高、比模量高（强度为钢铁的 10 倍，质量仅有铝材的一半）、质量轻、耐腐蚀、耐疲劳、热膨胀系数小、耐高低温等优越性能，是军民用重要基础材料，应用于航空航天、体育、汽车、建筑及其结构补强等领域。相比传统金属材料，树脂基碳纤维模量高于钛合金等传统工业材料，强度通过设计可达到高强钢水平、明显高于钛合金，在性能和轻量化两方面优势都非常明显。然而碳纤维成本也相对较高，虽然目前在航空航天等高精尖领域已部分取代传统材料，但对力学性能要求相对不高的传统行业则更看重经济效益，传统材料依然为主力军。

全产业链看，制造碳纤维产品的上游原丝端与中游复合材料均是碳纤维产业链的核心环节，整个制造的全环节技术壁垒均高。作为碳纤维的前驱体，高质量的 PAN 原丝是制备高性能碳纤维的前提条件，但其中的聚合、纺丝、碳化、氧化等工艺并非朝夕能够达成，其产业化工艺以及反应装置核心技术是关键。碳纤维设备生产技术几乎被国外垄断，且严格限制对华出口，如碳化炉、石墨化炉等关键设备研发滞后。碳纤维一般不是单独使用，而是以复合材料的形式被使用，一般以树脂碳纤维居多。除 PAN 原丝外，碳纤维复合材料设计、制造、评价是碳纤维应用的基础，亦制约着碳纤维产业的发展。碳纤维复合材料中主要成分除碳纤维外，还有树脂基材。碳纤维原丝即 PAN 原丝质量固然重要，但若在中游复材环节，没有质量与性能突出、产业化规模的树脂基材，以及没有用于配套生产复材的核心设备，碳纤维仍然无法得到大规模的应用。

碳纤维技术发展至今已经历三代变迁，同时实现高的拉伸强度和弹性模量是目前碳纤维研制过程中的技术难点。近年来日美从两条不同技术路径在第三代碳纤维上取得技术突破，并有望在未来 5-10 年内实现工业化生产，对于提高战机、武器的作战能力意义重大。东丽利用传统的 PAN 溶液纺丝技术使得碳纤维强度和弹性模量都得到大幅提升，是通过精细控制碳化过程，在纳米尺度上改善碳纤维的微结构，对碳化后纤维中石墨微晶取向、微晶尺寸、缺陷等进行控制。以当前东丽较为先进的碳纤维制品 T1100G 为例，T1100G 的拉伸强度和弹性模量分别为 6.6GPa 和 324GPa，比 T800 提高 12%以及 10%，正进入产业化阶段。美国佐治亚理工学院从原丝制备工艺入手，利用创新的 PAN 基碳纤维凝胶纺丝技术，通过凝胶把聚合物联结在一起，产生强劲的链内力和微晶取向的定向性，保证在高弹性模量所需的较大微晶尺寸情况下，仍具备高强度，从而将碳纤维拉伸强度提升至 5.5～ 5.8GPa，拉伸弹性模量达 354～375GPa。

中游的碳纤维复合材料以树脂基复合材料（CFRP）为主，占全部碳纤维复合材料市场份额的 90%以上。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。各种材料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以满足各种不同的要求。复合材料根据不同物相在空间上的连续性，可以将其分为基体与增强材料。一般而言，碳纤维不单独应用于下游领域，常作为增强材料形成复合材料。

碳纤维复合材料的制备难度，一方面在于基体树脂材料的选择，另一方面在于成型技术。基体树脂材料的性能以及相对应的与碳纤维的配套体系，决定的是材料设计环节。但在该环节完成之后，无论制作试样还是量产，都离不开成型以及相关技术，虽然实际上两个环节不能完全分开。成型加工过程赋予材料一定的形态，使之体现出必要的特性，据《PAN 基碳纤维的生产与应用》P107 称，“这是 CFRP 制造中最重要的过程”。与此同时，碳纤维复合材料成型中部分技术的成功实现，是碳纤维在商业航空领域得以规模化应用的前提。据《 PAN 基碳纤维的生产与应用》，用于航空航天领域的 CFRP 构件此前大多使用预浸料工艺，但是预浸料工艺的成本较高，因预浸料的裁减和铺叠过程是人工成本和工艺时间消耗最大的环节。为改进这一局面，由飞机制造商与材料供应商共同研究开发出来的成型技术——自动铺放技术，达到了通过自动化和高速化完成对大型复合材料部件的成型、提高生产效率、降低生产成本的目的。通常使用铺放成型技术可以比其他的成型工艺减少成本至少 30%~50%。正是由于自动铺放成型技术的出现，CFRP 在商用客机上的规模化应用才能够成为现实。

全球看，对于单向增强材料的自动铺放在上世纪 70 年代后期已实现了技术和设备的商业化。目前美国的自动铺带机已经发展到第五代，商品化的先进 ATL 机床结构复杂，此类技术对于国内仍处于封锁状态。另据 2015 年中国航空报《中国新战机材料工艺达国际先进水平提高隐身性能》报道，中航复材材料有限责任公司“在国内率先将数字化下料、激光投影和自动铺带技术应用于型号产品的研制和批量生产，降低了成本，缩短了制造周期，保证了产品的质量稳定性和一致性，缩短了与发达国家的水平差距”。综合来看，国内在基体树脂材料、成型工艺技术方面仍有较大的进步空间。

2 性能/成本区分高低端市场，高端航空刚需、赛道长且佳

2.1 商业模式端，市场需求差异下高低端市场驱动力不同

2.1.1 航空航天高端领域技术为先，中低端市场拓展限制在成本

高端市场对碳纤维及其复合材料有高性能要求，尤其在军用航空航天领域，对于国内而言体现为较大程度的“刚需”。

高端航空航天领域，下游用户整体更关注产品性能，产业链供货格局稳定。据 2019 年 7 月发表的《解析航空航天领域碳纤维复合材料的实践应用》，“碳纤维的应用极大的提高了我国在航空航天领域武器装备质量……由于国外碳纤维复合材料的研究与发展远远快于我国，无论是从碳纤维复合材料的性能还是从碳纤维复合材料的环保和经济上，我国都远远落后于国外。”对高端航空航天用高端碳纤维复合材料的“刚需”亦体现在我国中航工业等集团公司对相关产业的关注上。据 2015 年 5 月新华网新闻，时任中航工业董事长林左鸣在参观中简科技时称，“中航工业对国产碳纤维产品非常支持，并且明确规定成员单位必须使用已达标的国产碳纤维产品”。此外，碳纤维复合材料真正应用于下游常需要根据客户需求进行定制化设计，结合我国国内当前高端航空航天领域对高端碳纤维的“稀缺性”，通常更关心产品的性能，共同体现为低需求弹性。以中简科技为例，中简科技生产的碳纤维及碳纤维织物主要客户为国内大型航空航天企业集团，相关碳纤维产品整体呈现低需求弹性，该公司在 2016-2018 年碳纤维价格维持平稳。

民用航天航空领域，除了技术考量外，成本亦为重要考虑因素。 一方面，民用航空由于安全性是首要考量的因素，材料厂商需要在前期进入飞机设计环节，与飞机整机设计商与制造商共同接受适航审查，无形中体现了卡位优势，也加宽了民航产业链碳纤维制造企业护城河。例如，据《PAN 基碳纤维的生产与应用》一书，日本东丽 T700 系列碳纤维的研制，是针对波音公司对民机减重的要求下，对部分承力构件进行轻量化设计的过程中所提出的要求而进行开发的。另一方面，民航制造商因航油价格高昂，达到轻量化目的的需求比其他领域更为强烈。当成本端达到制造成本低于后期节省燃油费用，民用航空领域大规模使用碳纤维复合材料才成为可能。据上文所述，航空用碳纤维预浸料自动铺叠技术的成功商业化，是民航规模化使用碳纤维复合材料的前提。后期随着碳纤维复合材料制备工艺的提升，民用航空上使用比例逐步提高。

另一方面，在中低端领域主要集中于工业，其对性价比要求高，继而该市场从开始的技术竞争最终演变为成本竞争，以成本驱动中低端市场发展。由于技术壁垒，国内市场现无法实现规模化、商业化生产大丝束碳纤维，大丝束碳纤维制造的核心技术基本上还是被美日垄断把控，但国内企业已逐渐重视大丝束碳纤维领域的产业化。相比于高端市场，中低端市场的碳纤维主要集中在 T300 和 T700 级别中。中低端领域的小丝束市场例如体育休闲技术已成熟，国内外都有生产能力，因而主要关注的是性价比。据赛奥碳纤维技术，2017 年国内碳纤维进口均价 20.319 美元/kg，而国内出口均价 28.617 美元/kg，东丽等外国龙头企业性价比优于国内，从而导致国内不得不降价获得市场份额，在体育休闲市场形成成本竞争。中低端市场需求上升和技术的成熟致产品成本及单价不断下降，体现出下游市场高需求弹性的趋势。

2.1.2 原材料与能耗构成碳纤维主要成本，发挥规模优势利于降成本

从成本结构来看，能耗是成本的决定因素，其次是原材料和设备的资本投入。

发挥规模优势是短期降成本的主要路径，寻找性价比高的前驱体（PAN 原丝）、提高转化过程中的工艺技术以及垂直整合下游则属于长期降低成本的主要思路。（ 1）据美国橡树岭国家实验室 2011 年发表的报告，通过扩大工厂规模和生产线规模可以显著降低成本；（2）寻找原材料替代品，比如以木质素(硬木或软木)作为替代 PAN 原丝的资源可降低成本；（3）在原丝转化成碳纤维的转化过程，通过使用先进的氧化碳化设备和加工工艺，优化表面处理过程可降低成本；（4）整合下游产业从而减少中间环节成本，比如 SGL 集团与德国宝马公司共同投资建设低成本碳纤维工厂，以及日本东丽集团、三菱公司也与丰田汽车公司达成合作，希望开发新一代低成本碳纤维复合材料直接运用到下游汽车产业中，减少中间无谓损失以降低最终产品的成本。

……

2.2 市场空间广，下游市场以 CFRP 为主，因需求差异致天花板有别

CFRP 应用场景广泛，应用比例提高，市场空间广阔。碳纤维复合材料是指至少有一种增强材料是碳纤维的复合材料，其中最常见的是树脂基碳纤维复合材料（CFRP）。由于 CFRP 比强度、比弹性模量等机械性能，以及耐疲劳性、稳定性等相比传统材料有明显优势，因此在很多领域内对金属材料，尤其是轻质金属材料形成竞争取代的局面。CFRP 应用场景广泛，在航空航天和体育休闲领域率先形成大规模市场，而随着 21 世纪以来碳纤维及其复合材料制造成本不断下降，在汽车制造、风力发电等领域应用比例在不断提高。

CFRP 下游市场差异化的需求和制造特征使得不同领域碳纤维的性能、成本均有所差异，各个市场的驱动力及潜在天花板也有所不同。KSI 是机械强度单位，表示单位面积上所能承受的压力。按成本效果分类，当碳纤维处在 500-750KSI，即 30-35MSI 时，称其为中性类别，此时需要在材料的成本和表现之间相权衡；当碳纤维处在 250-500KSI，即<30MSI 时，称其为高量类别，材料对成本比较敏感。中性类别碳纤维可应用于压力容器领域，例如氢气、天然气等的存储；高量类别碳纤维可用于汽车部件，通过减重降低燃料消耗；两种碳纤维还应用于风电叶片、油气管道、电力传输等领域，目前用量受成本和制造方法等多因素制约。

2.2.1 国外航空市场内资短期难进入，战略意义催生国内刚需特征

航空材料发展至今历经四代变迁，复合材料将是未来飞机首选的航空结构主要材料。航空领域从来都是先进材料技术率先应用的大舞台，从钢铁到铝合金到钛合金到碳纤维等复合材料，未来碳纤维等复合材料将是时代的主流。第一代航空材料以木、布为主，由于强度较低，很快转变为第二代的钢、铝金属结构，铝合金密度更小，有利于提高飞机的强度和安全性；第三代航空材料加入了钛合金材料，具有高耐热性和更高的强度，首先被应用于耐高温部件并向其他部件扩展；第四代和第五代航空材料始于碳纤维的成功制备，碳纤维复合材料具有高强度、高模量、轻量化的优点，不断广泛运用于飞机的各个部件并对传统金属实现替代。伴随飞机中复合材料的比重不断扩大，未来航空材料或将成为碳纤维的时代。

在航空航天领域，CFRP 的轻量高强可以实现增加有效载荷、降低燃油费用的目的，成为了商用客机、军机、导弹和火箭、卫星等飞行器中的关键材料。碳纤维在飞机领域从首次实现应用到现在已经有 30 多年的积累，在品质、成本和供给稳定性方面都取得了长足的发展。 21 世纪以来，无论是在单机上所占的比例还是总使用量，CFRP 都显露出了加速扩张的趋势。CFRP 的大范围应用通常是由军用飞机开始引导，民用客机领域则是以空客、波音为领头羊。航空航天领域的应用实例包括：直升机 V-22“鱼鹰”的发动机舱，旋翼，机身蒙皮等部位全部使用复合材料制品，约占机身总重量 50%，通过自动铺丝技术将制造成本降低了约 53%；美国“全球鹰”无人机是目前世界上最先进的无人机，除机身主结构采用铝合金外，其余构件均采用先进复合材料，占总重量 65%；日本 H-IIA 型火箭在固体燃料箱和卫星搭载舱全部实现了 CFRP 化；法国电信一号通信卫星的星体结构中卫星蒙皮等部位采用了东丽 T300 复合碳纤维材料。

军用飞机自身空重的减少，可以在很大程度上增加其有效载荷和提高飞行速度。以美国鹰式战斗机 F-15 为例，复合材料在该型号上首次实现应用时，重量占比不足 2%，但是到了 F/A-18E/F 战斗机，其比例已经达到了 19%。 F-18 的中部和尾部机身以及减速板等附属构造全部使用碳纤维/环氧树脂复合材料，减轻了机身重量，提高了强度、可靠性以及在飞行环境中的耐受性。美国大多数战斗机/歼击机机型复合材料使用比例大都在 30%以下，从一定程度上反映出复合材料若大规模应用于机翼等主结构，需要进一步提高可靠性。根据《纤维复合材料》和《合成材料老化与应用》，我国战斗机歼-7III 中复合材料用量 2%，歼-10 中 6%，歼-11B 重型战机中机翼、垂直尾翼、水平尾翼等均采用复合材料，占总重量 9%。目前中国军事装备数量仍处于较快速发展阶段，在军费稳增长、装备费占国防费比例不断提高和十三五末期军费支出加速的背景下，预计在军机 CFRP 化投入上将有较大提升。

民机上，NASA 研究表明飞机上使用 CFRP 的制造成本不会超过其节省的运行成本。民用飞机在保证乘客乘坐体验的同时，要尽可能地提高飞机的经营效率，飞机空重的减少可以提高燃油效率从而降低直接运行成本。世界领先民用飞机制造商波音和空客在碳纤维应用上引领着行业方向。波音公司 B787 客机机体构造的 50%使用了碳纤维复合材料，每架约为 35 吨。波音公司在该产品手册中表示，应用碳纤维相比同体积传统材料的飞机减重了 40000 磅，B787 也因此将燃油效率提高了 20%，减少了 20%的废气排放。紧接着空客公司对 A350 进行重新设计，将新飞机改名为 A350XWB，其主翼、机身、尾翼全部使用复合材料，占机身重量的 53%。我国民机碳纤维的使用相比于波音和空客仍处于追赶阶段，2012 年 12 月中航工业西飞公司向中国商用飞机有限责任公司交付的 C919 大型客机中央翼、襟翼及运动机构部段是国内首次在民用大型客机主承力结构上使用复合材料。但只有取得了中国民航局、欧洲航空安全局和美国联邦航空管理局的适航证，C919 才能投入国际市场运营，这个过程可能需要持续几年。

虽然我国航天和军机都已在较大程度上运用了复合材料，但目前 2/3 的复合材料依旧依靠进口，其中基材树脂是自主研发而碳纤维通过各种渠道选配，从而难以在商业航空领域获得适航认证。美国赫氏碳纤维复合材料多年来供应波音空客多机型，如波音 787 等。但国内相关公司起步较晚，在国际民航领域具有领先技术优势的企业较少，且鲜有全产业链覆盖（从原丝到复合材料）的公司。据杨超凡于 2019 年 11 月在《碳纤维复合材料国产化》一文，“研发 ARJ21 支线客机时，还没有意识到碳纤维复合材料的重要作用，复合材料用量仅 2%。到 2008 年 C919 项目一启动，院士、专家就提出,复合材料用量要达到机体重量的 25%。随着项目的进展，复合材料的用量一退再退。原因之一是没有合适的国产复合材料”。

国产飞机造机难审飞更难，国际碳纤维厂商产业链完整，多参与前期技术研发，先发优势下后续厂商难以进入原有供应链。为保障飞机的安全性，适航审定是重中之重。任何厂家生产的任何型号飞机唯有取得适航当局颁发的适航证，并经过运行合格审定或补充审定才能投入运营。难点一：专业设备短缺。据科技中国 2017 年 7 月刊杨洋所作《国产大型科技 C919 复合材料发展侧记》， C919 大飞机研制之前，国内各大飞机制造公司少有民用大型复合材料零件生产的自动化设备，如预浸料自动铺带机、热隔膜成型机、大型无损检测设备及标准、大型热压罐等。复合材料的铺贴一般采用人工手铺，稍微大一点的零件即需要几个班组加班加点，制造效率低，产品重复性差。国内航空制造企业必须有计划地采购国外成熟的制造设备，为大型复合材料的研制提供保障。难点二：复合材料制造的工艺标准和检验标准。由于复合材料零件由多个国内供应商进行生产，必须编制一套科学的复合材料生产工艺规范使得其具有较高的一致性和可靠性。对于中国商飞来说，仅仅型号合格证（TC）审定就有众多严格试验要去攻克，首飞之后，C919 就开始进入适航取证阶段，而 EASA 必须在 C919 拿到中国民航局的适航证之后，才能进行适航认证。考虑到这是第一架被授权在欧洲飞行的中国喷气式飞机，其适航证取得或花费较多时间。

2.2.2 风力发电建设刺激碳纤维需求，大丝束契合低成本特性

大丝束可较好满足风电叶片对性能和成本的要求。风电叶片对材料有下表所示的几种关键要求，根据《PAN 基碳纤维的生产与应用》 CFRP 与使用传统玻璃纤维增强材料相比，可以达到 20%-30%的减重效果，同时刚性和强度更加优异，通过采用气动效率更高的薄翼型和增加叶片长度，能提高风能利用率和年发电量，从而降低综合使用成本。由于大丝束性价比高的优势使得其主要运用于工业风电，降价放量成为领域的驱动力。目前风电机组正朝着大型化、轻量化的方向发展，超长的叶片对材料的强度和刚度提出了更高的要求，使得碳纤维及其复合材料在风电叶片领域使用广泛。

近年来国内主要采用大丝束碳纤维拉挤梁片工艺以降低成本，大丝束碳纤维及其复合材料价格下降，叠加需求提升引起风电叶片领域碳纤维用量的急剧增加，体现出降价放量是风电叶片领域的推动力。例如，据赛奥碳纤维技术，相比于 2015 年，2016 年国内风电叶片领域碳纤维平均价格下降 39%，同时需求量增加 233%。即叶片复合材料工艺的创新引致成本的持续降低，叠加对风电清洁能源的需求增加，使得 2016 的风电对碳纤维的需求增长较快。2015 年以前制造大丝束主要采用预浸料或织物的真空导入，部分采用小丝束碳纤维，因此平均价格高一些，近年来主要采用大丝束碳纤维拉挤梁片，从而形成了价格下降销量上升的局面。但是由于存在 VESTAS 对其挤板粘接梁帽的低成本复材技术专利保护，中国现有的预浸料铺放技术或织物灌注技术在成本上难以追赶，毛利率提升空间有限。

减排压力下世界风电装机量近五年复合年均增长率 13%，中国是风力发电最大的单一市场。

《中国能源发展报告 2018》指出中国 2018 年非化石能源占一次能源消费的比重达到 14.3%，电能占终端能源消费 25.5%。而国家电网 2019 年中工作会提出，预计到 2050 年，我国能源发展将出现“两个 50%”：在能源生产环节，非化石能源占一次能源的比重会超过 50%；在终端消费环节，电能在终端能源消费中的比重会超过 50%。2020 年全球风电用碳纤维需求达到 133 万吨，2030 年达到 279 万吨，2050 年达到 664 万吨。

……

2.2.3 汽车轻量化确实是碳纤维长期机遇，但短期发展桎梏于性价比

轻量化是赛车和乘用车发展的必然道路。CFRP 应用于汽车领域，可以实现车体大幅度的轻量化；由于材料具有良好的耐冲击性能，提高了乘员的安全性。如在赛车领域，据《PAN 基碳纤维的生产与应用》，对于一般的大奖赛赛道，车体重量每增加 20kg，会使得赛车的单圈成绩下降 0.4s，对 F-1 排位赛而言意味着落后几个身位，而对正赛而言意味着落后半圈。通过大量使用复合材料，赛车的性能得到了显著的提高。在乘用车领域，在应对全球变暖和油价提高背景下，各国对废气排放和燃油效率都提出了要求，如我国《节能减排新能源汽车产业发展规划》要求 2020 年乘用车平均燃料消耗量降低到 5L/百公里。对于最常见的小型乘用车（车身重量 1t-1.5t）， 200kg 的轻量化就可以提高燃油效率约 2.5km/L。轻量化是国内外汽车厂商应对能源环境挑战的共同选择，也是汽车产业可持续发展的必经之路。

目前由于成本较高，乘用车还未实现碳纤维的大规模应用，碳纤维性价比不敌铝合金。从各项基本力学性能指标来看，即便是通用型的碳纤维复合材料也远远优于高强度钢、铝合金、钛合金、镁合金。因此 CFRP 在以 F-1 为代表的赛车及其他高级跑车领域获得了大量的使用。但碳纤维的原料成本和制造成本过高，在过去很多年一直局限在单值较高且产量较少的领域，没有拓展到普通乘用车。据《PAN 基碳纤维的生产与应用》，在汽车领域，主要采用 T300 和 T700 级别碳纤维小丝束，分别约为 100 元/kg 和 140 元/kg，同时之后还需要将其打造成为碳纤维复合材料，附加值又继续增加，制备工艺难度大及原丝成本高，使得碳纤维的生产成本是钢铁的 20 倍。随着技术进步、低成本碳纤维和成型方法取得进展，CFRP 开始出现在底盘和车身框架等主承力部件。例如 2013 年领先上市的宝马 i3 电动汽车车身全部使用碳纤维复合材料，带来了显著的轻量化效果。大型汽车制造商纷纷与复合材料制造商缔结联盟，美国能源部下属橡树岭国家实验室也联合陶氏化学开发低成本碳纤维技术，这些合作将促进 CFRP 在汽车领域的应用。但据《After the hype: Where is the carbon car》测算，采用碳纤维或者铝合金减重，比较它们节约燃油价值和为之付出的成本，铝合金仍为更优选择。

在未来技术突破使得成本大幅降低以前，我们认为碳纤维在乘用车上难以普及。宝马 i3 在 2013 年推出后，到 2017 年该款车型仍然是市场上唯一真正意义上大规模使用碳纤维、产量在 10000 辆/年的汽车。德国汽车研究中心的研究表明，减重所带来的能源节省效应没有达到预期，除此之外较长的生产周期和较高的成本均限制了车用碳纤维的发展。由于生产周期长和产量低，碳纤维应用范围限制在高端汽车上。据《After the hype: Where is the carbon car?》，由于成本高，如奥迪 A8 的新工艺使得其碳纤维制零件价格下降至 40 欧元/千克，但仍然无法与铝合金在成本方面抗衡。原始设备制造商不会为每辆车额外花费 6000 欧元用于轻质材料，因为这将进一步蚕食利润。需要一项突破性技术才能使碳纤维真正进入具有广泛应用的批量汽车市场。到目前为止，尚不清楚这将是哪种技术以及何时将其准备用于工业应用，但是最近的一些发展值得关注：新版奥迪 A8 CFRP 在应用新的工艺后，汽车重量减少 50%，同时成本控制在高端汽车可接受水平内。

2.2.4 体育产业最先实现碳纤维产业化，成本竞争或降低市场毛利

体育休闲是国内碳纤维最早规模商用、用量最大的领域，率先实现了产业化生产。2018 年体育休闲市场碳纤维需求主要来自高尔夫、钓鱼竿和自行车，三者约占体育总需求的 72%。据《PAN 基碳纤维的生产与应用》，高尔夫球杆最初由木材制成，后来发展到不锈钢和铝合金。1972 年美国莎士比亚公司和阿尔迪拉公司率先使用 CFRP 制作球杆，该材料的球杆扭曲刚性小，击球方向稳定，杆体重量减轻还增加了球的飞行距离。CFRP 球杆掀起高尔夫运动热潮，目前年产量约为 4000 万副。在钓鱼竿上，CFRP 材料的应用减轻了竿体的重量，同时提高了刚性和减振性，使得钓鱼竿的单手操作变得更加容易，减轻垂钓者的疲劳，数十年来市场需求稳定增长。碳纤维在自行车上的应用也较为广泛，碳纤维车架能使整车重量降低到 8kg，登坡骑行轻松，同时较强的刚性和冲击吸收能力可以缓解由于路面不平带来的轻微振动，使骑行过程更为舒适。

碳纤维在体育用品上的应用场景逐渐拓宽，各场景需求稳定增长。除了上述高尔夫球杆、钓鱼竿和自行车，CFRP 还应用在网球拍、曲棍球杆、滑雪杆、滑翔机、头盔、风筝等体育用品上，使体育用品轻量化、提升机械性能、改善使用体验。在消费升级和健康生活理念的背景下，应用场景的拓展和数量的提高将带来此类产品需求的进一步增加。以钓鱼竿需求为例，根据 CBNData 联合天猫户外运动发布的《2019 天猫垂钓消费趋势白皮书》，2017 年我国休闲渔业接待游客 2.2 亿人次，产值达 708 亿元，与 2010 年相比增长 235.35％，预计 2020年突破 1100 亿元。垂钓用品消费逐渐趋于专业化、高端化和品质化。消费者购买相关产品的件数和频次也在提高，天猫平台上近两年购买 8 件以上垂钓用品的消费者人数增加近 40%。

国内低端领域体育休闲市场竞争环境趋于成熟，2018 年需求量占到我国总碳纤维需求量的 43.6%，用量最大且已形成产业化生产。即使国内增长速度大于国际增长速度，但是总体来讲增长速度逐渐下降，且体育休闲领域市场份额在全球来看处于逐渐降低的态势。在休闲市场的细分市场上占比最大的是高尔夫、钓鱼竿和自行车，2018 年三者占比分别为 27.3%，22.4%和 22.4%，而其中近三年复合增速最快的是自行车和滑雪杆，分别为 19%和 59%。体育休闲市场国际竞争激烈，已然从最初的技术竞争转向了成本竞争。在体育休闲领域主要用于民用，所以对于性能要求不是很高，并且这些产品都有一定的可替代性，而国内低端碳纤维产线重复建设率高、同质化严重，主要都是集中在 T300-T700 级别碳纤维生产。据赛奥碳纤维技术发布的报告， 2017 年相比于航空航天大多都在 1000 元/kg 以上的价格，体育休闲领域的碳纤维售价仅仅在 100-140 元/kg。就算有能力生产但我们依然进口，很大的一个原因就是价格高，系产能不达标成本高于加过关税后的进口碳纤维成本。从而在高端市场，国外企业对国内进行技术封锁，而在低端市场进行成本竞争。

3 日美巨头主导国际市场，大小丝束竞争格局存在显著差异

3.1 财务指标看，外企长期技术积淀造就其产品性能与成本控制优势

国际巨头营收规模大于国内企业，话语权更强。从上游来看，主要有三方面原因强化企业对上游原料供应商的话语权。其一，碳纤维及其复合材料行业的采购材料主要是丙烯腈、电、氮气和蒸汽、油剂等。电力、蒸汽，采取地区统一定价的方式，通常企业与这类供应商的合作趋于稳定后，话语权会向碳纤维企业一方转移。其二，针对于丙烯腈和油剂等简单的原材料，供应商较多使得企业的置换成本较小从而增加了企业的选购话语权。其三，体量更大的国际巨头由于消费量更大，往往能够强化前两种话语权的转移模式，得到更多的议价优惠。从下游来看，国外巨头营收规模较大，产业链集成度高，只有少数巨头掌握高端碳纤维及碳纤维复合材料的研制能力，使得碳纤维供应商话语权加大，日本公司的应收占流动资产比重一般在 40%左右。国内碳纤维公司话语权较弱，应收占流动资产一般在 60%左右，主要由于国内处于低端领域市场且有来自国外的价格优势压力，且部分企业下游集团公司客户比重较高，相关客户回款特征差异也占用了企业一定的流动性，导致国内顾客议价能力强。

国际巨头在核心技术上领先较大，形成了产品性能和成本控制两方面优势。从产品性能来看，国际巨头高性能碳纤维产品长期领先国内，国内企业处于追赶阶段。例如国外巨头东丽在 1971 年就研发并能稳定生产 T300 型碳纤维，国内直到 2000 年以后才有中复神鹰、光威复材等企业能够生产类似性能的产品。从生产成本来看，碳纤维生产设备能否稳定高效运行是决定产线成本的关键因素。

国外巨头拥有较为成熟的制造技术，能够自行研发改进相关生产设备，较好地适配生产工艺并加快产品迭代，配合生产的规模效应，能够较大降低成本，在中低端产品领域压缩了我国碳纤维企业生存空间。相比之下，国内大部分企业没有生产设备的设计、研发能力，通过复杂管制手续，用高昂代价购买的相关设备，在性能上不如巨头自研设备，在工艺上与自身工艺匹配度较差，且难以调整优化，导致生产成本居高不下。

国际巨头处于企业发展成熟阶段，国内企业处于早期产能爬坡阶段，因此内外资总营业成本结构差异较大。外资期间费用率对净利率的影响较大，而内资则是折旧、摊销、利息、税费等对净利率影响较大。对于国外企业，直接人工和直接材料占营业成本占比较大，而国内企业营业成本构成中制造费用占比较高。比如中简科技高性能碳纤维产品成本构成中制造费用占比较高，约占各年度平均成本的 70%以上。以 2018 年为例，中简科技主营业务成本中，折旧费占制造费用比重达 42%，占营业成本达 30.51%，高于直接材料占比 11.50%近 20pct。主要原因是碳纤维的生产本身具有占地面积大、设备价值高的特点，从而各期折旧摊销较大。同时由于设备和技术工艺不及国外，产量上升不及预期，不能很好减少单位产品的折旧和摊销。此外，国内企业 EBITDA 较高的主要原因是由于营业外收入较高。

国内企业产能相对国际平均水平，呈现三多三少态势：低端产能多，高端产能少；理论产能多，实际销量少；市场需求多，国产供应少。（ 1）产能分布看，国际碳纤维产能主要集中在航空航天等高端领域，我国碳纤维产能主要集中在体育休闲等低端领域，低端产能相对饱和。（2）产能产量看，2018 年我国碳纤维实际销量和理论产能之比约 28.5%，国际平均水平为 59.8%，去除中国因素其他国家约 65.3%，我国实际碳纤维的生产销售与理论产能之间有较大差距。（3）供需关系看，国内有效产量不能满足整体需求，需要大量进口。三多三少特点并非孤立形成，产能错配、外部压力、产线技术稳定性低等是主要原因，产能销量矛盾、供应需求矛盾是结果。产能错配导致低端碳纤维市场饱和，高端产能建设不足。国外巨头在民用领域直接和国内企业竞争，形成较大外部压力。同时国内企业自身生产线水平有限，无法长期稳定运行，或是生产成本偏高，导致国内实际产量与销量偏低，国内需求依赖大量进口。

3.2 性能与成本差异，致大小丝束在竞争格局存在较大差异

大丝束、小丝束碳纤维有四大相同特质：重资产、高投入、上下游协同设计，合作关系不易变更。前两点商业模式部分中已经说明，后两点则是碳纤维行业相对传统材料行业的主要区别。大丝束碳纤维和小丝束碳纤维都属于复合材料大类，复合材料的最大特征是产品可设计性强，下游组件的开发难度较高，作为复合材料基体和增强体的树脂和碳纤维需要有系统的数据支撑，因此处于上游的碳纤维生产商和处于下游的结构件生产商一般需要协同设计。同时，一旦合作关系建立，由于产品设计测试流程较长，也不会轻易更换。

小丝束和大丝束碳纤维在相同特质的基础上，在外部竞争压力与内部驱动因素上有明显的不同。小丝束碳纤维当前情况为：国内刚需、国外军用禁运、国内外技术差距大，主要驱动因素是技术。小丝束碳纤维相对大丝束碳纤维应用更加广泛，体育、建筑补强、汽车、航空航天等领域均可以使用小丝束。其中航空航天用小丝束对可靠性、稳定性要求更为严苛，但受到国外出口限制。我国的碳纤维产能主要集中于小丝束领域，但以低端产能为主。大丝束碳纤维当前情况为：直接与国际巨头竞争，综合考虑产品性能、制造成本、下游渠道。大丝束产品以风电、汽车、建筑加强等工业，国内企业需要直接与国外相关公司展开竞争。同时，由于国内过去一段时间对大丝束产品认识不到位，国内大丝束产品的工业应用相比小丝束较晚，且从技术难度上比较大丝束不亚于小丝束的研制。综合小丝束和大丝束产品，当前国内碳纤维行业的主要竞争格局可以概括为“2+2”竞争格局，即两家小丝束企业光威复材和中简科技，两家综合性企业中复神鹰和恒神股份。

3.2.1 小丝束：先发优势、产业支持、固有格局，强者恒强或延续

国内小丝束碳纤维主要聚焦填补国内高性能产品空白，产品技术性能指标是核心驱动力，头部企业容易将先发优势转换为产品卡位优势。国外巨头如日本东丽、美国赫氏已建立不同强度、不同模量的完整产品序列，产品质量成熟稳定且性能不断迭代改进。国内碳纤维产业仍然处于初级阶段，光威复材稳定量产 T300 级碳纤维，中简科技稳定量产 T700 级碳纤维。中简科技和光威复材的共同特征是较早进入小丝束领域，在进入行业初期便有先发优势。中简科技技术班底为中科院 T700 碳纤维团队，拥有 T700 技术上的先发优势；光威复材是中国第一家民营碳纤维生产企业，进入领域后深耕 T300 工程化相关技术，拥有时间上的先发优势。两家头部企业利用先发优势，成功填补相应产品的国内空白，成为对应产品的稳定供应商。如光威复材 T300 型碳纤维稳定供应超过 10 年，与下游客户建立牢固供应关系。因此，相关企业通过产品的稳定供应，当前已经形成了相应产品的卡位优势，其他企业想进入相关领域难度增加。

小丝束碳纤维重资产、高投入、国内外差距大的行业特质，使得外部支持成为影响企业长期发展的关键因素。拥有特定先发优势的相关企业，往往能够参与更多国家或地方层面的研发项目，获得更多的科研补贴，进而确定技术上更多的优势。从市场层面来看，头部的上市公司相对非上市公司拥有更多的资金优势，便于产能扩张与产业延伸，形成正向反馈，不断从资本市场获得更多支持。因此，从项目承接和资本市场层面来看，头部企业都将获得更多卡位优势，未来碳纤维领域或出现强者愈强的竞争格局。

航空航天用碳纤维材料是头部企业生存与发展的基石，未来竞争格局或将保持稳定。国外高性能高端航空航天碳纤维产品的封锁，也是国内相关公司的重大机遇。头部企业中，中航高科、中简科技、光威复材都对航空航天高端装备业务有较大的依赖。航空航天业务由于自身对可靠性、安全性的高要求，高性能碳纤维产品的应用需要碳纤维制造企业与下游厂商紧密合作，一旦下游产品批量生产，在一定时期内上游碳纤维无法轻易取代，成为企业稳发展的“压舱石”。尤其针对于军用航空航天领域，碳纤维复合材料的头部特征更为明显。据上文，碳纤维复合材料除原丝制备难度大外，与基体树脂的结合从工艺及设备上也是较大难关。中航复材作为国内航空工业集团下属单位，因需求的紧迫性长期得到诸多外部的人力资本及资金投入，护城河较为稳固，目前也已基本主导了国内高端碳纤维复合材料领域。

我国航空用碳纤维产业与国外存在显著不同：航空央企集团多有对应复合材料研发与制造子公司，上游碳纤维企业难以延伸至航空用复合材料，全产业链布局公司无法在航空航天领域获得更多竞争优势。国外巨头如东丽等，具有全产业链布局，从碳纤维上游的原丝生产、中游的碳纤维和织物、下游的航空航天用碳纤维复合材料等都有对应生产能力。但是国内企业涉及下游复合材料业务的较少，主要原因在于下游存在技术成熟、实力雄厚的航空类央企下属复合材料公司。最典型的如中航高科，其通过中航复材的资产注入，继承了中航工业集团的复合材料设计能力与过往经验积累，在航空用碳纤维预浸料、复合材料组件等方面具有强大的竞争力。因此上游碳纤维制造企业一般作为碳纤维材料供应商，难以将产业链延伸到航空用复合材料领域。引述中航高科 2018 年年报：“碳纤维等原材料上游产业主要集中在威海拓展、中简科技、江苏恒神等民营企业；下游市场基本被航空工业、中国商飞、中国航发商发等国有企业所占领。航空工业集团的复合材料处于产业链的中下游，体系完善，凭借数十年的基础研究和应用牵引，在我国复合材料技术创新领域占有重要地位，航空工业复材承担了主要军机用预浸料的生产和供应，在航空复合材料军用产品中占有主导地位。”

3.2.2 大丝束：直面国际巨头竞争，扩产能、降成本是竞争关键

大丝束碳纤维的制备难度较大，从而导致目前全球大丝束碳纤维产量低于小丝束碳纤维。据《大丝束碳纤维应用研究》，大丝束碳纤维应用的主要技术问题是在制造预浸料时，因丝束较粗不宜展开，导致单层厚度增加，不利于设计调整铺层。2014 年，全球 PAN 基碳纤维产能约为 12.8 万吨，其中小丝束碳纤维约占 72%，大丝束碳纤维约占 28%。就工业所用大丝束生产而言，国内外生产能力差距较大，我国大丝束大部分依靠进口。大丝束市场，日本企业所有的市场份额占全球产能的 24%，美日两国合计能够有全球 76%的大丝束生产能力。

相对小丝束碳纤维，大丝束产品应用领域对性能要求不高，尽管大丝束生产难度更大，但是小丝束生产工艺能够成为大丝束生产工艺有效参考，小丝束头部企业容易进入大丝束相关领域。当前大丝束产品的主要应用领域包括建筑补强、风电、汽车等领域。建筑补强，以 T300 型大丝束产品为主；风电、汽车等领域，T300、T700 均有使用。单从产品性能来看，国内小丝束碳纤维产品性能已可覆盖同类型大丝束产品，因此大丝束产品对产品性能要求不高。但大丝束产品的生产技术相对小丝束产品难度更高，但成本低。据《材料导报》2016 年 9月刊宋燕利等人所作一文《面向汽车轻量化应用的碳纤维复合材料关键技术》，大丝束碳纤维制备属于低成本生产技术，其售价只有小丝束碳纤维的 50%~60%，性价比（单位价格的强度、模量、比强度和比模量）远高于小丝束碳纤维。如德国 SGL 集团生产的 C30T050 的大丝束碳纤维，性能与 T300 相当，而成本只有其四分之一。然而由于大丝束碳纤维存在丝束较大，易于聚集，展纱效果不好等问题，造成树脂在大丝束碳纤维中的浸润性较差，单丝中易产生孔隙等制造缺陷。同时，展纱过程中易于出现乱纱和断纱，导致力学性能分散性较大，增大了大丝束碳纤维的制造难度。目前，国内外正在开发大丝束碳纤维薄层化技术减少缺陷的产生，提升产品的质量。但是，小丝束碳纤维的生产流程与大丝束碳纤维的生产流程类似，主要生产过程的反应原理、温度控制等方面有相通之处。因此，国内能够稳定供应 T300、T700 级别碳纤维的小丝束碳纤维产品供应商，更容易进入大丝束相关领域。

大丝束产品要求直面国外竞争，在性能达标的情况下，主要是成本驱动，区位优势成为需要考量的主要影响因素。碳纤维的重工业行业属性，导致土地、能源、原材料、运输等生产要素对成本影响较大。小丝束碳纤维主要用于军事用途，对成本不敏感，因此厂区位置不是重要考量因素。但是大丝束碳纤维对成本敏感，厂区位置、当地支持能够极大影响生产成本，因此区位优势成为主要竞争力。

大丝束碳纤维领域看好下游扩展，下游竞争格局与小丝束不同。 目前，阻碍碳纤维材料大规模应用的主要问题在于上游高性能碳纤维产能的不足、下游相关企业复合材料设计、应用技术储备不够等。同时，全产业链布局企业有碳纤维预浸料、碳纤维制品的加工经验，方便承接相关业务，能够进一步加强与下游加工制造企业的深度合作。如光威复材与维塔斯的合作，光威复材直接向维塔斯提供碳纤维进一步深加工后的风电碳梁产品，二者的合作促进了光威复材近年民用碳纤维业务营收的快速增长。

4 海外巨头：技术是基因，产能促成长，政策控环境

4.1 日本东丽&美国 HEXCEL 全面领先

日本东丽（TORAY）株式会社是目前碳纤维产量的全球领导者。 东丽株式会社成立于 1926 年，是世界著名的以有机合成、高分子化学、生物化学为核心技术的高科技跨国企业，在全球 19 个国家和地区拥有 200 家附属和相关企业。1971 年，东丽开始生产并销售 TORAYCA 碳纤维。目前，公司碳纤维业务已获得波音、空中客车、SpaceX 等航空航天领域大客户订单，并仍在逐步扩大产能布局。据 2018 财年数据，公司营收达 215.48 亿美元，纤维与纺织品占 40.78%，高性能化学品 36.37%，环境与工程 10.79%，碳纤维复合材料占 9.38%。其中，碳纤维复合材料业务包含碳纤维、预浸料、碳纤维织物、聚丙烯腈基碳纤维复合材料，以及树脂基碳纤维复合材料（CFRP）的全产业链产品生产。据中简科技招股书及《2017 全球碳纤维复合材料市场报告》，东丽在全球小丝束市场占 26%，2017 年碳纤维产能达 42 千吨（含 Zoltek），产销均为全球领先。

碳纤维复合材料起始于赫氏的 HexTow® 碳纤维，是世界上航空航天和工业应用的优质碳纤维。赫氏（HEXCEL）公司于 1946 年成立，1980 年在纽约证券交易所上市，是碳纤维的领先生产商，在航天项目中拥有超过 45 年的经验，认证最广泛，是第一家开发金属胶粘剂、规模化生产蜂窝并将其商业化、帮助研发了第一批用于风力叶片的预浸料的行业领先公司。2008 年，赫氏赢得了其历史上最大的合同，为空客 A350 XWB 提供主结构预浸料-碳纤维和配方树脂的结合。 2018 年，公司销售额增长超过 10%达 21.89 亿美元。其中商用航空增长 8%，航天国防增长 7%达 3.7 亿美元，工业领域受风电需求刺激增长近 30%达 2.94 亿美元。

国际巨头产销量均领先，产能利用率充足。目前全球碳纤维市场被日本东丽、东邦、三菱丽阳及美国赫氏几个主要公司垄断。据 2019 年中简科技招股说明书，小丝束市场东丽市场份额达 49%，大丝束市场美国赫氏占 58%，处于明显主导地位。东丽和赫氏都有预浸料、织物、短切纤维、夹层材料等中间成型物，产业链完整，生产线全面覆盖，可直接为客户提供量身定制的复合材料解决方案和产品。同时具备相关设备生产能力，生产质量稳定，易于解决碳纤维产品与树脂匹配性问题。因此，国际巨头产能利用率较高，既有产能又有产量。

4.1.1 正确判断、合理选择市场，绑定客户、并购扩渠道

除了要准确把握碳纤维市场发展机遇外，东丽、赫氏在企业不同成长阶段根据自身特点合理布局市场。东丽与赫氏在进入碳纤维业务之初都面对较大的航空航天市场空间，但由于缺乏欧美军工合作伙伴，东丽选择从体育领域进军，而赫氏依靠美国军工集团支持顺利进入军用航空航天领域。在后期发展中，二者也根据自己的技术优势和客户渠道选择了不同市场路径：东丽全面覆盖航空航天、体育、一般工业领域，进行多层次市场竞争；而赫氏由军工业务进入行业，着重发展民航、航天国防高毛利领域，锁定大客户。

（1）把握市场、加强大客户合作：善于把握市场机会，绑定大客户是东丽成长的关键手段。20 世纪 60 年代，碳纤维兴起初期，英国皇家航空研究所在日本近藤昭男技术基础上进行改进，并授权给考陶尔兹、摩根坩埚、罗尔斯-罗伊斯三家公司。之后，罗罗公司飞机发动机因撞鸟事故失去洛克希德公司订单，摩根坩埚并未进一步开展碳纤维业务，由考陶尔兹等欧美公司主导美国军工碳纤维市场，日本等国企业很难进入。因此，东丽转而由无人问津的体育用品碳纤维市场做起，并与美国联合碳化物公司达成合作，打开了东丽在美国的市场。积累了一定的技术和口碑之后，陆续与波音、空客等大客户达成合作，进入民航市场。自 2010 年起，汽车市场为降低成本、满足环保标准开始使用碳纤维复合材料，公司相继与戴姆勒、丰田合作共同开发碳纤维结构件。其中，与丰田的合作是全球首次将 CFRTP（碳纤维增强热塑性塑料）用于汽车结构件，公司又一次率先进入新领域。

类似的，美国赫氏（Hexcel）作为美国碳纤维领先供应商，同样得益于稳定的客户源——美国军方、波音&空客。从全球碳纤维产业的现状看，航空航天和国防工业是碳纤维最重要的应用领域之一。据赛奥碳纤维技术公司发布的《2018 年全球碳纤维复合材料市场报告》，航空航天领域碳纤维需求量 2018 年达 21 千吨，占全行业需求总量的23%，但价值量达 12.60 亿美元，占全行业的 49%。赫氏的发展主要得益于军民用航空航天碳纤维复合材料的需求增长。美国军机 F22 机身碳纤维复材几乎由赫氏产品全覆盖，且波音和空客等民航订单逐年增加（赫氏是波音 787 复合材料主要供应商）。赫氏商业航空与国防领域复合材料营业收入从 2001 年的 4.78 亿美元，增加至 2018 年的 14.76 亿美元，两大领域在该期间内累计贡献营收占公司总营收的比重达 59.89%。由此可见，在某些领域绑定大客户不仅能够打开市场，还能进一步锁定市场份额。

（2）垂直整合完善产业链，横向拓展分销渠道，吸收产业链新技术，实现高效布局，是国际巨头全面推进国际市场的重要方法。东丽与赫氏的并购逻辑不完全相同，但都由并购及拓展战略从技术、产业链、渠道、产能等多方面受益。东丽民用事业覆盖较广，主要进行产能布局、绑定大客户：先后收购 ACE、PCC、CIT 等各国制造和分销商，同时，通过建立专门的汽车中心（AMC），建立自有的碳纤维原料（前驱体）工厂等，或收购处于产业链某环节的领先制造商（如 TCAC 预浸料制造商等），实现碳纤维全产业链生产和供应。而主要从事航空航天用复材的赫氏主要以产能扩张、拓宽下游为主导整合相关资产：如赫氏曾在 2011、2012、2015 年间多次进行产能扩张，并于 1972 年收购世界第二大纺织厂Pierre Genin&Cie，将焦点转到复合材料（碳纤维）和电子元器件等新兴领域；2009 年新收购的工厂在科罗拉多温莎动工，主要面向美国风电行业生产碳纤维预浸料和其他复合材料。

4.1.2 产能高效布局降成本，产销反馈机制促发展

总体战略上，东丽将研发布局国内，锁定技术优势；产能布局低成本地区或靠近市场，降低成本；与客户密切互动，形成产销反馈机制。在东丽公布的“AP-G 2019 中期管理计划”中，明确提出，公司的战略是依靠境内公司发展技术、创造高附加值产品，同时向海外扩张规模、绑定客户，在全球市场所获利润将重新用于支持本部研发，进行产品升级、降低成本，从而进一步实现扩张。公司将生产线向中国、东南亚等生产成本相对较低的地区布局，同时，也在欧洲等主要客户市场前建立了完整的供应链。这种战略导致东丽母公司的管理费用较高，但也与日本制造业的“母工厂”思维相契合。结合 IFRS 国际会计准则对于 G&A（general and administrative expense）的规定，包括租金、保险费或归属于公司管理层的薪酬和福利以及任何法律人员也被归类为一般和管理费用。据中国社会科学院工业经济研究所研究员杨超所作《日本制造业如何全球布局》一文，日本制造业在战后发展时期，通过在本土保留承载核心竞争能力的产业、培育和发展“母工厂”。在产业布局上，本土生产磨合型产品，日本企业通过对该类产品的控制，保持高端制造业技术竞争力，留在国内进行一体化封装生产并实行技术封锁；在生产要素布局上，保留高附加值环节，转移低附加值环节；在研发中心布局上，集中在欧美投资，获取东道国逆向技术溢出，弥补基础研发的薄弱环节。

产能投入高、布局全面，多年领先国内公司水平；生产线靠近市场，有效降低成本。2018 年前，东丽的资产投资占营收的比例多年领先国内主要公司，注重产能投入是其优势之一，国内公司或需要进一步提高产能投入。同时，东丽产量在 1981 年已达千吨。2018 年，通过扩大匈牙利工厂的运营，子公司卓尔泰克（Zoltek）将把该工厂的生产能力提高 50％，达到每年生产 15000 吨，这将使 Zoltek 的 PX35 碳纤维的全球生产能力提高到每年生产 25000 吨，并于 2020 年开始生产。而 2018 年，我国仍有相关公司产能不足千吨，且国内没有万吨级的生产线，此外国内还存在“有产能没产量”等问题。而相比之下，东丽在各个国家和地区的产能建设投入与相应营收占比及趋势非常接近，可以看出，生产线布局靠近市场是创收的关键手段之一。同时，产线与市场接近可以降低运输、汇率波动、关税等成本。

4.1.3 重视各环节技术研发，产品持续领先升级

（1）抢先建立技术壁垒：东丽、赫氏碳纤维业务迅速发展，得益于较早进入碳纤维技术链，并持续推动行业技术发展，确立行业标准。1961 年日本 PAN 基碳纤维研制成功，东丽在 1971 年便开始制造并销售 T300 高强度碳纤维，根据官网数据，当时产能为 12 吨/年，为当时世界上最大产能。东丽在碳纤维技术发展历程中常常先行一步，虽然我国已于 2011 年颁布了《聚丙烯腈（PAN）基碳纤维国家标准（GB/T26752-2011）》，但日本东丽在全球碳纤维行业具有绝对领先优势，国内一般采用日本东丽标准进行分类。碳纤维复合材料起始于赫氏的 HexTow® 碳纤维，是世界上航空航天和工业应用的首选碳纤维。

（2）长期关注研发，持续产品升级，是巨头保持长期市场竞争力的卓越成长基因。东丽碳纤维业务的成长始于对技术的钻研，在拓展市场后，社长日觉昭广仍然强调坚持实业技术路线的升级。①注重研发人员培养：据东丽 2018 年报，目前东丽研发人员约有 4000 名，其中日本占七成，海外占三成。而东丽母公司只有 7585 名员工，国内关联公司员工 10563 名，由此，粗略估算其国内研发人员占比约 15.4%，光威复材 2018 年研发人员占比 17.50%，中简科技 11.86%。 ②研发投入稳定：为了确保研发投入，研究和开发费用不受经济波动影响，一直呈现稳步增长态势。2017 年到 2019 年的 3 年内，东丽将计划投入共 2200 亿日元以上的研发经费，每年大概投入 3%的销售收入到研发中。据东丽官网，从 2014 年度起 3 年间公司投入 1800 亿日元研发费用，其中 50%分配给绿色创新相关业务，作为绿色创新相关业务（含用于飞机、汽车、风力、压力容器等的碳纤维业务及锂电子电池分离器）的主项，碳纤维复合材料相关业务直接受益。③东丽坚持推进横向整合研究：东丽内部有纤维研究所、薄膜研究所、复合材料研究所等并在其之上成立单独的技术中心，进行横向整合研究，从而形成强大研发合力。

碳纤维及碳纤维复合材料相关技术水平全球领先，产业链完整，有效降低成本。（1）技术领先且全面：伴随着领域的扩展和技术的革新，东丽的 T 系列、M 系列、MX 系列产品已经几乎可以覆盖碳纤维的全部现有领域，并且性能优越。（2）先进技术降成本：根据东丽官网，2018 年东丽成功开发用于 CFRP 的新型高压釜（高温高压炉）技术——据零件的形状和尺寸，使用传统的高压釜和烤箱等为飞机制造大型 CFRP 零件大约需要 9 个小时，而新技术有望将制造时间减少到大约 4 个小时；与传统的制造方法相比，由于不需要压力和加热介质（如加热的空气），该技术可节省约 50％的能源；由于改进的制造尺寸精度，还有望在组装过程中节省使用垫片的时间。同样在 2018 年，东丽宣布已开发同时实现更高的拉伸强度和拉伸模量的 TORAYCA® MX 系列，该系列使用的 NANAOLLOY®纳米合金技术是 Toray 专有的创新微结构控制技术，与传统材料相比，它可以通过在纳米级上精细分散多种聚合物来实现显着的性能增强；这项技术生产的聚合物材料具有高性能和功能性，而在常规微米级别（相当于百万分之一米的尺寸）的合金中是无法实现的，基本专利以及主要制造和应用专利仅由 Toray 拥有。（3）上游自研匹配客户需求：赫氏 HexTow® 碳纤维是通过对聚丙烯腈（PAN)前体进行一系列连续的精确控制加工工序而成。暴露在极高温度下，前体发生变化，通过氧化和碳化获得高强度重量比和高刚度重量比；接下来的表面处理和后处理工艺改进了纤维的粘合及操作工艺。这样的碳纤维比钢强度高，比铝轻却与钛的刚度相同。针对客户不同需求，赫氏采用自主研发的处理剂如 G, GP 和 GS 对碳纤维进行后处理。HexTow® 碳纤维使用两步专有工艺生产，使产出的碳纤维具有很高的强度和模量。

产品更新换代快，性价比高，不断提升在各领域的竞争力。目前，东丽已开发出 T1100G 高强度、高模量产品，应用于高端体育、航空航天等高利润行业。同时，除了性能普通、价格偏低的大丝束产品及性能较好、价格昂贵的常规丝束产品之外，2019 年，东丽上市的 Z600-24K 是 TORAY®GT 系列全新碳纤维，该系列同时具有实惠的价格和出众的纤维品质，或将冲击中端市场。

4.1.4 赫氏发展得益于碳纤维本土化政策，历次重组聚焦复材经营

碳纤维行业重资产运营、竞争领域多维、行业标准严苛，公司在成长初期，必须依靠政策优惠和规范获得资金支持，维持竞争环境暂时稳定。（1）东丽：日本环保相关政策，推动碳纤维行业发展。日本政府高度重视高性能 PAN 基碳纤维及能源和环境友好相关技术开发，在包括“能源基本计划”、“经济成长战略大纲”、“京都议定书”等多项基本政策中，均将此作为战略项目，并给予人力、经费上的支持；日本经济产业省提出了“节省能源技术研究开发方案”。（ 2）美国：赫氏发展得益于美国国防部制定的碳纤维本土化政策。美国从 20 世纪 70 年代先后赞助执行了飞行能效（Aircraft Energy Efficiency,ACEE）计划、先进复合材料技术（Advanced Composite Technology,ACT）计划和低成本复合材料计划等，最终目的在于提供在制造成本上有竞争力的复合材料机翼和机身的制造技术。公司发展前期主要围绕国防军工领域，后因军费削减进行整改，退出不盈利的项目，逐步进军商用。上世纪八十年代，美国的几个碳纤维公司均采用外部治理模式，但由于碳纤维作为国家特殊的战略物资材料，受日本东丽等公司的制约，美国碳纤维企业均濒临倒闭。美国国防部适时推出碳纤维等关键材料本土化的国家战略。1988 年，美国国会通过法令：军用碳纤维所用聚丙烯腈原丝要逐步实现自给，国防工业所需的重要材料都必须立足于本国生产，波音可以使用日本东丽的碳纤维，国防工业则必须采用赫氏或美国氰特的碳纤维，同时对高端碳纤维产品和技术装备出口进行严格管控。由此扶持了赫氏、美国氰特等本土碳纤维企业的发展，最终摆脱了对日本碳纤维的依赖。

赫氏历次重组后聚焦航空复合材料主业，整体盈利能力逐步增强，为 2009 年后期民航市场大发展带动公司业绩提升奠定扎实基础。 2009 年至今，是赫氏自 1980s 上市后保持较快速且稳定发展的最佳时期，2009-2018 年 10 年间赫氏 EPS（基本）从 0.58 美元增至 3.15 美元，此期间主要受益于军航稳增长、民航大发展的市场需求。但在此前，赫氏曾进行多次业务重组，如 1994 年出售或退出非核心资产、 2002 年裁员超 30%、2007 年剥离欧美以建筑业务和美国电子等，以集中企业资本于碳纤维、复合材料及蜂窝材料等，尤其以航空用为主。债务的改善，资产效率的提升，叠加复合材料本身具有的高经营杠杆特性等（固定资产折旧摊销等固定成本占比高，EBIT 变化相比于营业收入等订单变化更为敏感），在 2009 年以来民航市场逐步向好与军航稳支撑下，赫氏公司的净利润相比其营业收入实现了更大幅度的增长，2018 全年营业收入、净利润较 2009 年度增长 97.52%、378.15%。

高航空复材业务占比下，赫氏复材业务营业利润率波动性小于东丽。长时间维度看，东丽整体毛利率在 2004 年之前（除 1997 财年外），均高于赫氏。而赫氏在经历多次重组调整经营重心后，毛利率稳中有升，在 2004 年后逐渐优于东丽。此外，由于赫氏航空占比大，相比于体育、风电等民品，航空配套关系的稳固、飞机型号放量周期长等原因，赫氏的复材业务毛利率在 2007 年后超过东丽并稳中有升。同时，航空复材业务相比于其他消费级产品波动性较小，不易受到全球金融危机等广泛性事件影响即抗周期性较为突出（其中军用更为明显）。

4.2 复盘启示：中短期依托政策聚焦航空，长期完善产业链技术升级

4.2.1 国内龙头依托政策优势，中短期聚焦国内航空航天

碳纤维行业是重资产运营、高研发投入行业，需要强有力的资金、政策支持。东丽作为行业龙头，碳纤维部门的折旧占总折旧达 20%以上，而营收占比却低于 20%。然而，东丽起身于纤维及纺织品，深耕材料行业，碳纤维业务占比不大，多依靠传统纤维及纺织品、高性能化学品等高营收业务资金支撑。而我国碳纤维材料企业业务结构比较简单，营收规模不足，必须依靠外部资金支持；同时，高端技术及设备受到国际禁运，参照美国“本土化”政策对赫氏的扶持，行业政策需要适当向保护国内企业竞争环境倾斜。由此，东丽、赫氏已进入研发投入稳定阶段，维持研发费用率在 2-3%，然而国内企业研发费用率可达 10%以上，若能较长时间维持足够研发费用，或有望逐步在技术上获得突破。

技术封锁、大客户绑定等多项壁垒将在中短期内限制国内企业发展国际民航事业，中低端市场成本竞争激烈，绑定国内航空航天大客户打开市场是关键。根据《2018 全球碳纤维复合材料市场报告》，碳纤维材料在航空航天业务的需求仍在不断扩大。然而由于航空航天对碳纤维材料有定制化需求，需要企业从设计开始与客户一起研发，并且对碳纤维和树脂等基材的复合质量有很高的要求。国内企业已错失绑定波音、空客等国际民航大客户已有型号的机会，同时由于国际中低端市场已经开始成本竞争，国内技术无法迅速降成本，因此需要瞄准国内民航大客户。虽然民用飞机在国际市场中竞争激烈，但中国民航大学航空运输经济研究所所长李晓津认为，“来自波音、空客的压力固然不容小觑，但 C919 的出现为降低中国民航业对波音、空客等飞机制造巨头的依赖性提供了更多可能”。中航复材第三代高韧性双马树脂复合材料，已突破了一系列的关键技术，在先进飞机上得到了广泛应用;高韧性环氧预浸料已在 ARJ21、C919、蛟龙 600 等民机上开展相关技术研究和材料试航取证工作。

4.2.2 国内复材尚有拓展空间，联合客户进行系统化开发

近几年我国碳纤维技术有了一定发展，但与之配套的碳纤维复合材料技术仍有待提高，国内缺乏能够自主生产与碳纤维配套的基材树脂的企业。首先，树脂基碳纤维复材开始主要用于高档体育器材和军品，特别是用于军品的材料和技术，西方对我国严格封锁。其次，我国碳纤维企业与碳纤维复材企业更多是分别发展。目前我国国内鲜有能够研发、生产与自己碳纤维相匹配的基材树脂的企业，缺乏研发与碳纤维匹配基材树脂和浆料的团队，且核心复材制造设备仍受到技术限制。但在复材技术和设备方面，国内部分企业如中航复材在自动化铺放工艺的工程化应用方面取得了较大进展；完成了国产预浸带制备、铺带工艺等系列研究与相关工程化应用验证，已将自动铺带用于新型飞机的机翼复合材料壁板；针对民机尾翼、机翼等课题需求，完成了尾翼平尾蒙皮、机翼蒙皮的系列研究与验证试验。说明我国这方面短板有望较快弥补，拓展复材市场已有一定的技术基础。

国内碳纤维复材短期内技术难赶超，成本竞争优势弱，但其可设计性决定了潜在客户仍有发掘空间。我国碳纤维技术比国际水平落后多年，同时，面对国际产品竞争比较充分的中低端市场，国内企业短期内难以在已有客户和市场中取得技术和成本优势，必须主动将国内的行业“蛋糕”做大。传统材料在出厂后性能比较固定，客户可以不参与前期设计，而碳纤维复材的可设计性决定了客户必须在产品研发期进入，并且客户设计需求不同或将决定生产的投入和布局。此外，碳纤维复材应用领域仍有拓宽的空间，并且国内许多客户可能尚未意识到自身产品有用碳纤维替代的可行性，这就需要碳纤维企业主动与客户合作，从零开始绑定客户、开发产品，在实现某个工业领域复合材料产品批量化生产的同时实现国产碳纤维产业化，使得获得稳定的长期盈利。例如，东丽为了与戴姆勒共同开发 CFRP 汽车零件成立了欧洲先进碳纤维复合材料有限公司（EACC）；国内的恒神股份与长春轨道客车股份有限公司共同研发的国际上首个 19m 长全碳纤维复合材料地铁车厢，为国内轨道交通复材结构的产业化提供了基础。

4.2.3 产能及产业链整合、市场战略选择是行业长期发展目标

我国目前企业主要产品在产业链位置上比较割裂，此类模式不利于降低成本以及提高碳纤维复材综合质量，长期来看，产业链合作、整合是全行业发展的关键。国际巨头几乎都拥有从原材料到复合材料全产业链生产能力，并且充分利用自身产能降低成本、匹配产品，如赫氏的 PAN 前驱体 100%内部销售，赫氏、东丽的碳纤维材料完全利用自产。而国内光威复材等企业，产业链比较完整，但原材料等部分仍需外购，且主要销售产品是预浸料等中游产品。类似的，中航复材碳纤维主要从光威、中简等购买，自身主要进行复材生产。碳纤维原丝占成本的 51%，中下游利润并不高。此外国内企业大客户多为军工或民航企业，定制化需求及行业标准高，对产业进行整合促使上下游合作，才能提高产品适配性。

中短期国内企业应聚焦国内航空航天，但体育、风力、汽车等市场仍有长足发展空间，长期来看，市场战略布局会影响可持续发展。 碳纤维产线的定制化、重资产性决定了碳纤维企业受下游景气度影响明显：如东丽在 2016-2018 年持续受到原材料价格和下游产业需求、价格竞争影响，营业利润持续下降；东丽、赫氏多年间民航业务受空客、波音订单影响明显；东丽体育产品销售额比例收缩至 8%左右，转向寻求更高附加值的产品；赫氏民航订单增加，工业部分受到挤压至 10%左右。因此，国内企业在市场选择时要与自身产能、技术结构相匹配，同时密切关注行业景气度影响因素。