碳纤维行业专题研究：从玻纤发展看碳纤维供需进化再演绎

碳纤维行业专题研究：从玻纤发展看碳纤维，供需进化再演绎1

需求比较：玻纤产业化程度更高，碳纤维应用初期碳纤维性能显著优于玻纤，但玻纤性价比更高碳纤维在可量产纤维材料中性能最佳，主要体现在低密度、高强度、高模量、耐高温等。碳

纤维是由聚丙烯腈（PAN）（或沥青、粘胶、酚醛基）等有机纤维在高温环境下裂解碳化形

成的含碳量高于

90%的碳主链结构无机纤维，其中全球

90%以上的碳纤维通过

PAN制造。

碳纤维具备出色的力学性能和化学稳定性，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。相比于传统的高性能纤维玻纤、玄武岩纤维等，碳纤维的主

要特点是重量轻/低密度（密度是钢的

1/5，是铝合金的

1/2）、高强度（T300

拉伸强度

3500MPa，T1000/6370MPa，T1200/9000MPa）、高模量（弹性强弱，T300/230GPa，

T800/290GPa，M40/400GPa）、耐高温（2000

摄氏度以上强度不降）、耐腐蚀（耐海水及

各种酸碱盐等介质腐蚀）、热膨胀系数小（急冷急热下尺寸稳定性高）、导热/导电性能独特

（可用于电加热及军工屏蔽防护）。玻纤相比于碳纤维性价比更高，而中国巨石超高模量玻纤在部分性能上与碳纤维差距已明

显缩小。玻璃纤维是一种综合性能优异的无机非金属材料，以叶腊石、高岭土、石灰石、石

英砂等矿物原料按一定配比混合后经高温熔制等工艺制造而成，价格一般在

5000-10000

元

/吨之间。通常作为复合材料增强基材、电绝缘材料、耐热绝热材料、光导材料、耐蚀材料

和过滤材料等，广泛用于多个产业领域，是国家重点鼓励发展的新材料之一。与碳纤维相比，

玻纤性能虽较低，但价格是碳纤维的

1/10

以下，性价比相对较高且应用更广泛。此外，中

国巨石

2020

年推出的

E9

超高模量玻纤拉伸模量超过

100GPa，拉伸强度已可达到

3500MPa，软化温度达到

970℃，在部分性能上与碳纤维的差距已明显缩小。玻纤产业化程度更高，碳纤维需求在拓展初期玻纤需求量为碳纤维

80

倍，但需求增速显著小于碳纤维需求体量看，2020

年碳纤维在全球/中国有

11/5

万吨、26/10

亿美元市场规模，预计至

21-

25

年

CAGR为

13%/25%，国产碳纤维需求预计保持

30%以上高增长。从需求端看，2020

年全

球碳纤维整体需求约

10.7

万吨/26

亿美元，同比+3%/-9%，疫情拖累高价的航空航天领域

销售降低导致市场规模下降；预计

25/30

年需求分别达到

20/40

万吨，21-25/21-30

年

CAGR分别为

13%/14%。2020

年中国碳纤维需求约

4.9

万吨，同比+29%，占到全球需求量的

46%，同比+9pct。其

中国产/进口为

1.9/3.0

万吨，同比+54%/+18%，国产碳纤维增速已连续

3

年超

30%。预计

国内碳纤维需求在

2023/2025

年总体达到

9.4/14.9

万吨，21-25

年

CAGR为

24%/25%，

其中国产

CAGR预计为

35%/35%。此外，2020

年国内总体市场规模

10

亿美元。目前国内大部分碳纤维需求依靠进口满足，2020

年国内需求自给率仅

38%（1.9/4.9

万吨），

随着国内下游需求的逐步打开，预计到

2023/2025

年碳纤维自给率可达到

48%/55%。进口碳纤维主要来自日本、美国等，2021

年前

9

月，我

国进口碳纤维产品合计为

1.9

万吨，同比+8%，其中碳纤维/碳纤维预浸料/制品

4037/1278/15397

吨，同比+60%/+90%/-4%。需求结构看，碳纤维下游需求以风电叶片、航天航空、体育休闲、汽车为主。从全球需求来

看，碳纤维下游相对分散，风电叶片（主梁、梁帽）、航空航天（飞机构件）、体育休闲（球

拍/钓具等）、汽车（轻量化构件）为主要应用领域，2020

年合计占到全球需求的

70%。而

国内碳纤维主要应用于风电叶片和体育休闲，2020

年两者合计占比达到

71%。从附加值来

看，航空航天单价达到

60

美元/kg，产品相对高端，市场基本被海外公司所占据；风电叶片

单价最低（14

美元/kg），全球应用相对更多。但体育用品中碳纤维的发展速度相对较低，

2020

年全球体育用品碳纤维用量

1.5

万吨，同比+3%，预计

2025

年

2.0

万吨，21-25

年

CAGR达到

5%。玻纤集中应用在建筑、交通运输等传统领域，碳纤维在风电叶片、汽车轻量化等高端产品

中和玻纤有替代关系，而在建筑中也可用于桥梁补强。玻纤产业化较明显，大众产品占比较

高，相对较低的价格使玻纤主要应用于建筑建材领域（34%）、交通运输（14%）、电子电器

（20%）及工业设备（22%）等领域，例如建筑承载工程中的加固材料（混凝土梁、柱）、

建筑物内外墙体保温、防水、抗裂材料和节能建筑门窗等，汽车中的前端模块、发动机罩、

新能源汽车电池保护盒等，家电外壳、供给水管等。风电叶片：大型化及海风景气，碳纤维或加速渗透玻纤玻纤增强复合材料为风电叶片主流材料，碳纤维在风电叶片中渗透率仅

3%。玻纤增强复合

材料质轻高强、耐腐蚀性能好、可设计性强及优良的工艺性能，叠加性价比优势，使其成为

制造风电叶片的完美材料。现阶段大型风机的叶片外壳主要材料为玻纤增强复合材料、玻纤

+碳纤维增强复合材料、碳纤维增强复合材料，玻纤价格较碳纤维价格优势明显（约为

1/10

以下），玻纤增强复合材料为叶片制造主流选项。根据常州天马集团

2009

年研究估算，1GW风电机组对玻纤纱需求量约

0.96

万吨；根据

GWEC（全球风能理事会），2020

年全球风电

装机量

93GW，以上可得对应

2020

年理论风电领域玻纤用量

89

万吨。风电迎来快速发展机遇，叶片大型化尤其是海上风电的快速发展有望加速碳纤维产业化，

预计

21-25

年全球风电叶片碳纤维需求量

CAGR为

25%。双碳目标下，风电已经成为重要

的发展领域。海上风电因最小的涡轮机

额定功率为

3MW，且耐腐蚀性等要求更高，碳纤维有望成为最佳的使用材料。根据

GWEC

（全球风能理事会）预测，21

年中国海上风电抢装有望带动全球海上风电装机量同比增长

83.6%至

11.2GW，快速增长。21

年海上风电抢装后，海风新增装机量有所下滑，在风电降

本以及海风基地带动下，23

年以后风电再次恢复快速增长，2025

年全球海上风机装机量有

望达到

23.9GW，21-25

年

CAGR为

31%。风机价格下降，或助力

22

年招标量快速增长。根据北极星电力网披露，10

月开标的中国广

核（003816

CH）象山涂茨海上风电场风机采购和华润电力（0836

HK）苍南

1#海上风电项

目风机(含塔架)推出风机招标。华润苍南项目共

5

家整机商参与投标。最低报价为中国海装

（未上市），投标折合单价为

4061

元/kW，除上海电气外，其余

4

家报价均低于

5000

元/kW，

所有投标人平均单价为

4563

元/kW。中国广核（003816

CH）涂茨项目最低报价为中国海装，

投标折合单价为

3830

元/kW，所有投标人平均单价为

4352

元/kW，相较于

2020

年

6

月华

润电力海风机组报价

7264

元/kW大幅下降。21

年海上风电以存量项目抢装为主，10

月华

润苍南项目为

21年首次的风机招标项目。参考陆风案例，风机价格下降后招标量快速提升。

根据水规总院统计，2019

年底江苏等十个省规划核准海上风电总容量约

31.03GW，其中

19

年已经并网

5.93GW，尚有

25.1GW未并网。考虑到

CWEA统计

2020

年我国海上风电

装机量为

3.06GW，截至

20

年底仍有

22GW以上的项目待建设，海上风电储备项目充裕，

支撑后续海上风电发展。汽车：轻量化最佳用碳纤维，单车复材用量空间仍广阔碳纤维是汽车轻量化最佳选择，但

2020

年对车用玻纤渗透率仅

4.5%。欧洲铝协研究数据表明，若汽车整车质量降低

10%，燃油效率可提高

6%-8%；

具体从绝对量来说，汽车重量每降低

100kg，每百公里可节约

0.3-0.6L燃油，二氧化碳排

放可减少约

10g/Km，新能源汽车续航可提高

6%-11%。随着复合材料技术的不断进步，如

今碳纤维复合材料在汽车车身、尾翼、汽车底盘、发动机罩、汽车内饰等各个地方。宝马

i3

大批量应用碳纤维复合材料，减重约

250-350

公斤；宝马

7

系轿车碳纤维复合材料仅占

7

系轿车车体结构的

3%，但贡献了

40kg的减重。2024

年全球汽车用碳纤维需

求量可达到

1.8

万吨，21-24

年

CAGR为

10%。18

年中国交通运输领域玻纤消费量约

53

万吨，其中

70-80%用于汽车制造使用的玻纤增强材料（假设为

75%），则理论汽车用玻纤

体量为

40

万吨，则碳纤维在汽车中使用量仅为玻纤的

4.5%，价格高昂仍为主要劣势。航空航天：玻纤多用于小部件，碳纤维单机用量可过半航空航天领域复材应用比例提升是主要逻辑，碳纤维可用于中央翼盒、整机身段等主承力

结构件，玻纤主要用于零散飞机蒙皮和内部仪器的通讯罩等。碳纤维在航空航天领域的需

求仅次于风电叶片。2

供给比较：玻纤扩产受限

vs碳纤维突进并加速整合碳纤维开工率提升并加速扩产，玻纤产能增长受限全球碳纤维产能

17

万吨，技术和应用受限导致产能利用率仅

62%，国内产能利用率已在

加速追赶国际水平。2020

年全球碳纤维运行产能约为

17.17

万吨。从区域角度来看，美国

是产能最多的国家，运行产能达

3.73

万吨，占

2020

年全球碳纤维运行产能的

22%；中国

大陆位居第二，运行产能为

3.62

万吨，占比为

21%；日本位列第三，运行产能为

2.92

万

吨，占比为

17%。2020

年全球需求量仅

10.7

万吨，占运行产能的

62%，实际产能利用率

较低。据中国化学纤维工业协会统计，2020

年度国产碳纤维总产量

1.80

万吨，产能利用率

仅

50%（同比+5pct，2018

年仅

34%），主要系涌入碳纤维行业的大多数企业在一些关键技

术上无突破，生产线运行及产品质量不稳定，导致“有产能，无产量”的现象出现，另下游

应用未完全打开和疫情亦有影响。国际上正常开车的企业，达产率通常在

65%以上，甚至

有企业已经达到

90%以上，中国跨越了低达产率的历史阶段，达产率正趋近国际水平。相对成熟的供需环境保证玻纤产能利用率较高，19

年国内生产已占到全球

66%。据卓创资

讯，截至

2021

年

10

月底，全国玻纤纱总产能

660

万吨，在产产能

595

万吨，占比

90%。

2020

年玻纤产能/产量

580/541

万吨，产能利用率在

93%。玻纤相对成熟的供需环境保证

了产能利用率的高位运行。此外，国内生产已经占到全球的主导位置。2019

年全球玻纤产

量

801

万吨，中国产量

527

万吨，占比达到

66%，较

2012

年的

54%提升

12pct。从企业

的收入来看，2020

年全国规模以上玻纤及制品企业收入

1955

亿元，同比+10%。玻纤供给压力相对碳纤维小，能耗双控下新增产能落地难度加大。据卓创资讯，截至

2021

年

10

月底玻纤在建及拟建池窑产能为

108

万吨，此外海外在建及拟建的有

27

万吨，其中

整体明确计划

22

年点火的有

60

万吨。我们认为，能耗双控政策趋严，玻纤行业虽然单位

能耗较低，但能耗总量相对较高，一定程度上抑制或延缓新增产能的投放。此外，部分玻纤

头部企业已有较为远期的扩产计划，龙头集中度有望加速提升，如中国巨石计划在“十四五”

末玻纤纱产能达到

415

万吨，较现有产能增长近

200

万吨；长海股份（300196

CH）2021

年

5

月

15

日公告拟投资

63

亿元建设

60

万吨高性能玻纤产线，分两期实施，共四条产线

每期两条，预计一/二期分别耗时

30/24

个月；山东玻纤（605006

CH）亦规划在“十四五”

期间将产能从

38

万吨扩张到百万吨。国企加速碳纤维整合，玻纤已进入第二轮冷修优化与民企自建产能扩张不同，国有资本加大收购兼并布局碳纤维，已形成陕煤集团/吉林化纤

集团/宝武集团为首的三大碳纤维主力。国有资本加大进入国产碳纤维行业的力度，成为目

前的一种趋势，双方在优势方面形成互补。2019

年

3

月陕煤集团（未上市）通过二级市场

定向收购恒神

40%股份，成为控股股东。另吉林化纤集团和宝武集团（均未上市）也在通

过兼并收购加速布局，逐步形成三大碳纤维主力。我们认为，碳纤维逐步成为传统材料大型

集团的转型突破口，如陕煤集团“以煤为基、能材并进、技融双驱、蜕变转型”战略的新尝

试且具备悠久的技术积累，宝武集团在钢铁及非金属新材料领域处于全球领先地位，吉林化

纤集团作为老牌化纤企业具有超

40

年的化纤技术沉淀，未来碳纤维布局更为宏大。3

竞争格局比较：类似的寡头垄断，历史有望再演绎海外龙头占碳纤维过半市场，国内集中度类似玻纤海外龙头占据

56%产能，技术领先且全球化扩张加速。供给格局看，卓尔泰克被东丽收购

后全球传统的七大碳纤维巨头变为六大巨头，日本东丽等全球龙头企业已经基本完成国际

产业基地布局，尤其是日本东丽，数十年时间，在日本、韩国、美国、法国、匈牙利、墨西

哥完成大小丝束的布局。巨头们无论是生产技术、成本、应用、生态，都主导着全球碳纤维

行业。其中日本东丽、西格里、三菱丽阳、日本东邦占据全球

56%的产能。全国来看碳纤维格局集中趋势未变，玻纤

CR3

集中度

10

年来保持

65%以上。我国碳纤维

格局较为集中，呈现

4

家独大的格局，类似于玻纤行业。2020

年碳纤维原丝/碳纤维产能

CR4

占

84%/78%，均为碳谷+宝旌、中复神鹰、江苏恒神、光威复材，同时产业技术进步

明显，头部企业产品规格和结构更加丰富。玻纤

CR4

格局

2009

年到

2020

年均为发生较

大的变化，玻纤行业规模以上企业收入由

2010

年的

864

亿元增至

2020

年的

1955

亿元，

行业蛋糕持续变大的过程中并未对头部格局产生明显的影响，新进入者并未撼动头部企业

的领先地位，我们认为主要是头部企业在规模和成本上形成了较全面的壁垒。强者恒强巩固寡头垄断，碳纤维有望复制玻纤发展比玻纤更高的资金/技术/成本壁垒，寡头垄断或持续类比玻纤发展历史，降本带来的产业化逻辑基本相似玻纤军转民逐步渗透

vs碳纤维民军互通，降本带来市场拓展打开规模化基础。玻璃纤维起

源于

20

世纪

30

年代的美国。1938

年，欧文斯科宁（OC）成为世界上第一家玻璃纤维企

业，其采用铂金坩埚拉制连续玻璃纤维的生产技术，实现了大规模玻璃纤维生产，为现代玻

璃纤维制造工业的发展奠定了基础。在二战期间，玻璃纤维主要用于航空工业方面，如飞机

雷达罩、副油箱等。二战后，玻璃纤维逐步向火箭发动机外壳、船舶材料等领域延伸，并且

逐步在交通、建筑、风电、电子等民用领域被大量使用。碳纤维在

1950

年前后被美国空军

用于耐高温武器材料中。1970

年日本东丽和美国联合碳化公司（未上市）进行技术合作，

实现碳纤维量产，接下来在鱼竿、高尔夫球杆等日常体育用品中开始使用。此后碳纤维被广

泛应用于飞机次承力结构及零部件，类似目前的玻纤，后在

90

年代扩大到飞机主承力结构

以及网球拍、高尔夫球杆等。通过技术进步，玻纤与碳纤维的成本不断降低，逐渐被市场接

受并应用到军用与民用的各个领域，为规模化生产奠定了基础。中国巨石万吨池窑线打破规模化阻碍，进口受阻带来碳纤维国产化机遇。2004

年，中国巨

石建设了国内第一条年产

6

万吨池窑拉丝生产线，该生产线效率提高显著、能耗降低明显，

标志着我国大型玻纤企业快速扩张和大规模生产的开始。打破规模化阻碍后，我国玻璃纤维

生产技术不断发展，2007

年我国玻纤产量达到

160

万吨，跃居世界第一；2008

年，我国

玻纤的使用量和出口量跃居世界第一。通过近

10

多年的提高与创新，我国已建立了完整的

玻璃纤维原料、制造、装备等配套体系，中国玻纤产业在池窑技术、玻璃配方与表面处理技

术、自动化与智能化设备应用、节约能源技术等方面达到国际领先的水平。2020

年以来，

日本、美国对于碳纤维出口中国的政策限制不断增加。2020

年

12

月，因日本东丽子公司

出口的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，日本经济产业省对该

公司实施了行政指导警告，要求日本东丽子公司防止再次发生此类事件。2021

年

2

月，美

国总统拜登签署了行政命令，在联邦机构间展开审查，以解决包括碳纤维在内的关键产品供

应链中的漏洞，主要目标是增强