碳纖維在航空航天領(lǐng)域最早用于制造人造衛(wèi)星的天線和衛(wèi)星支架，主要利用其重量輕、剛性好的特征。隨后碳纖維因其耐熱耐疲勞的特性在固體火箭發(fā)動機殼體和噴管上也得到了廣泛應(yīng)用。

　　目前來看，民用客機是拉動碳纖維需求增長的主要力量。碳纖維復(fù)合材料自 20 世紀 70年代首次被應(yīng)用在飛機上的一些二級結(jié)構(gòu)，如整流罩、控制儀表盤和機艙門；近三十年來，隨著高性能碳纖維和預(yù)浸料-熱壓罐整體成型工藝的成熟，碳纖維復(fù)合材料的使用逐步進入到機翼、機身等受力大、尺寸大的主承力結(jié)構(gòu)中。例如，目前世界最大的客機空客 A380 機身重量的22%為碳纖維復(fù)合材料，并將其成功應(yīng)用于機翼與機身主體結(jié)構(gòu)連接處中央翼盒，僅此一項就比鋁合金材料減重 1.5 噸，燃油經(jīng)濟性優(yōu)于競爭機型約 13%，大大降低了運營成本；波音公司的 B787“夢想飛機”，復(fù)合材料應(yīng)用率達到 50%，是第一個同時采用高性能碳纖維復(fù)合材料機翼和機身的大型商用客機；我國國產(chǎn)大型客機中國商飛 C919 的機尾和側(cè)翼也采用了碳纖維復(fù)合材料，占整機質(zhì)量的 12%。

國外商用飛機碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用占比

數(shù)據(jù)來源：公開資料整理

2016 年航空航天領(lǐng)域商用飛機對碳纖維需求占70%

　　2016 年航空航天領(lǐng)域?qū)μ祭w維的需求量達到 1.76 萬噸，其中商用飛機的需求占 70%，是目前航空工業(yè)中對碳纖維需求最大的市場。根據(jù)波音的預(yù)測，2014-2033全球?qū)⑿略?6770架客機，其中 42%來自于已有機型的更換機型，58%來自于亞洲、北美和歐洲等地區(qū)的新增需求。2013-2020 年期間全球?qū)γ裼每蜋C需求量的年復(fù)合增長率為 3.57%。

2013-2033 全球?qū)⑿略?36770 架客機

　　根據(jù)預(yù)測，2018 年僅波音 777 和 787、空客 A380 和 A350 這四種機型對碳纖維的需求將達到 9185 噸，相比 2016 年增加 2744 噸。因此，僅考慮民用飛機需求增長的部分，全球航空航天領(lǐng)域?qū)μ祭w維的需求將由 2013 年的 1.76 萬噸增長至 2018 年的 2.03 萬噸，年復(fù)合增長率為 7.40%。

保守估計 2018 年民用客機對碳纖維需求將增加 6429 噸以上

　　2、 汽車：輕量化大背景下極具發(fā)展?jié)摿?/p>

　　隨著排放標準趨嚴及低碳生活被人們普遍接受，節(jié)能減排已成為汽車工業(yè)的重要研究課題。在能源革新有限的情況下，輕量化是解決問題的關(guān)鍵之一。研究顯示，汽車整車重量降低 10%，燃油效率可提高 6%-8%，而汽車整車質(zhì)量減少 100kg，油耗降低 0.5 L /100 km，加速性能提升 8%-10%，制動距離縮短 2-7 m。碳纖維具有比模量和比強度高、減重潛力大、安全性好等突出優(yōu)點，是汽車輕量化最佳選擇。

　　在碳纖維汽車輕量化應(yīng)用領(lǐng)域，德國寶馬公司走在世界前列。通過與西格里（SGL）成立碳纖維合資公司，聯(lián)合開發(fā)碳纖維增強復(fù)合材料，寶馬公司成功將碳纖維大量運用在其量產(chǎn)車款上。2014 年寶馬 i3 全碳纖維車身電動車量產(chǎn)，成為第一個大批量使用碳纖維作為車身材料的整車廠商。寶馬 i3 整車重量僅為 1195 公斤，相比傳統(tǒng)電動車減輕 250-350 公斤，同時具備最高性能的碰撞安全保護，電池容量僅 20kwh，續(xù)航里程達 160 公里，比傳統(tǒng)電動車續(xù)航里程提高 52%。此外，寶馬 i8 將碳纖維應(yīng)用到車身和內(nèi)飾中，使車身總重控制在 1540 公斤。2015 年 7 月 1 日，全新第六代 BMW 7 系汽車正式投產(chǎn)，這是寶馬核心產(chǎn)品中第一款實現(xiàn)將工業(yè)制造的碳纖維材料、高強度鋼材和鋁材完美組合應(yīng)用到車身的車型。在寶馬汽車中有三十多種零部件使用了碳纖維復(fù)合材料，分別有：車身、底盤、車頂、車門、頭蓋、引擎蓋、尾翼、壓尾翼、中控臺、裝飾條、儀表盤、傳動軸、特殊動力傳動系統(tǒng)、座椅、座椅套墊、前擴散器、尾擾流板、后擴散器、后視鏡外殼、懸掛臂、前唇、側(cè)裙、側(cè)格柵、車用箱包、導(dǎo)流罩、A 柱、遮陽罩、散熱器面罩、側(cè)護板、低位踏板、副保險杠等外部和車身、內(nèi)飾和外飾配件等系統(tǒng)。

寶馬采用碳纖維復(fù)合材料的量產(chǎn)車型

碳纖維復(fù)材在寶馬汽車零部件的應(yīng)用比

德國 SGL 是寶馬碳纖維材料的核心供應(yīng)商

　　除寶馬外，各大知名汽車廠商也紛紛將碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用于其車型上。碳纖維復(fù)合材料在汽車領(lǐng)域的滲透率正在不斷提升。

碳纖維在汽車上的應(yīng)用實例

　　碳纖維復(fù)合材料在國產(chǎn)汽車領(lǐng)域的應(yīng)用也在逐漸起步， 2014 年奇瑞公司和中國科學院合作推出了插電式混合動力車艾瑞澤 7，車身采用碳纖維復(fù)合材料，外殼重量減輕 10%，油耗降低 7%，車身總體減重達 40%-60%。2017 年北汽集團與康得復(fù)材簽訂了中國首個碳纖維部件量產(chǎn)訂單，成為中國碳纖維用于汽車輕量化實現(xiàn)量產(chǎn)的開端。北汽集團即將上市的純電動汽車 ARCFOX-1，其車體的上半部分為康得復(fù)材為北汽新能源設(shè)計開發(fā)的整體成型碳纖維復(fù)合材料上車體。

　　據(jù)統(tǒng)計，2016 年汽車領(lǐng)域?qū)μ祭w維需求量約 9000 噸，隨著對輕量化要求的不斷提高，預(yù)計到 2020 年汽車對碳纖維需求量有望達到 1.1 萬噸。

預(yù)計 2020 年汽車對碳纖維需求量將達到 1.1 萬噸

　　3 、風電：大型化是風機葉片發(fā)展的必然趨勢

　　風力作為清潔能源的代表之一，先于光伏發(fā)電受到全球各國的青睞。自 20 世紀 80 年代商業(yè)化發(fā)展以來，經(jīng)歷了全球化的高速增長。大風機每千瓦電量的總生產(chǎn)成本，普遍會隨著風機的增大而降低。而在備受矚目的海上風電市場，也要使用功率更大的風機和更長的葉片，用來降低成本、提高效率，因此全球風機大型化的趨勢日益明顯。

風機機組正朝著大型化發(fā)展，葉片越來越長

　　出于經(jīng)濟性考慮，當前主流的葉片為玻璃鋼材質(zhì)，而碳纖維風機葉片與現(xiàn)在主流的玻璃纖維葉片相比，在滿足剛度和強度要求的條件下，重量要輕上 30%以上。根據(jù)測算，當風機葉片長度超過 40 米時，考慮到材料用量、勞動力、運輸和安裝等方面成本的下降采用碳纖維制作葉片相比玻纖更為經(jīng)濟。

風機葉片長度超過 40m 后采用碳纖維更為經(jīng)濟

碳纖維在風機葉片中的主要應(yīng)用部位

　　國外主要葉片制造廠家，如 VESTAS，GEMESA-SIEMENS，NORTEX，GE 和 LX，已采用碳纖維材料制造葉片，例如丹麥 LM 公司 61.5m 長的 5MW 風機葉片中，在橫梁和翼緣等要求較高的部位使用碳纖維作為增強材料，單片葉片質(zhì)量 17.7 t；Vestas 在為 V90 型 3.0MW 風機配套的 44m 系列葉片主梁上野使用了碳纖維，葉片自重只有 6t，與 V80 型 2MW、39m葉片自重一樣。

　　根據(jù)預(yù)測，全球風電新增裝機容量將從2014年的47GW增加到2018年的64GW，假設(shè)碳纖維在風機葉片中的滲透率每年提升 1 個百分點（14 年為 12%），對應(yīng)碳纖維的需求到 2018 年將達到 2.05 萬噸，14-18 年復(fù)合增長率為 16%。

風電新增裝機容量仍將平穩(wěn)增長

14-18 年風電碳纖維需求復(fù)合增速達到 16%

　　4、 體育休閑：增長較為平穩(wěn)

　　碳纖維復(fù)合材料在高爾夫球桿、球拍、雪橇、滑雪板、曲棍球棒、釣魚竿和自行車等體育休閑產(chǎn)品中廣泛應(yīng)用。據(jù)估計，全球每年的高爾夫球棒的產(chǎn)量約為 3400 萬付，消耗碳纖維 2000 噸左右，主要產(chǎn)自美國、中國、日本和中國臺灣?。蝗蛱祭w維釣魚竿的產(chǎn)量約為每年 2000 萬付，消耗碳纖維 2000 噸左右；網(wǎng)球拍框架的市場容量約為每年 600 萬付，需要碳纖維 700 噸左右。碳纖維在其他體育項目的應(yīng)用還包括冰球棍、劃船、賽艇、沖浪器械等?？傮w而言，體育休閑業(yè)對碳纖維有著穩(wěn)定的需求，我們預(yù)測未來將維持 3%的年均增長率。

碳纖維高爾夫球桿

碳纖維自行車備受專業(yè)車手的喜愛

　　5 、一般工業(yè)領(lǐng)域

　　碳纖維在一般工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用十分廣泛，包括建筑物補強；沿海油氣田、深海油田的鉆井平臺以及壓力容器等等。由于碳纖維在一般工業(yè)領(lǐng)域下游比較分散，我們粗略假設(shè)碳纖維在一般工業(yè)領(lǐng)域的復(fù)合增長率為 5%，則到 2018 年一般工業(yè)領(lǐng)域?qū)μ祭w維需求將達到18500 噸（2014 年為 14500 噸）。

碳纖維用于建筑物補強

單個壓縮氣罐碳纖維用量為 10-20KG

　　6、碳纖維價格趨勢性下降將加快其在成本敏感性行業(yè)的應(yīng)用

　　碳纖維成本的下降對于擴大其下游應(yīng)用而言十分重要，以碳纖維在汽車上的應(yīng)用為例。

　　影響碳纖維在汽車上大規(guī)模應(yīng)用的主要障礙還是成本過高。對碳纖維在汽車上應(yīng)用的經(jīng)濟性進行簡單測算（僅考慮原材料端的成本，不考慮加工、設(shè)備等費用）：假設(shè)每輛汽車采用 100Kg 的碳纖維來代替鋁合金（150Kg），每輛汽車每年行駛里程 2 萬公里，按 7 元/kg（97#汽油）價格計算，如果碳纖維的價格能下降至 9 美元/kg（行業(yè)龍頭 Toray 的 T700級別碳纖維價格約 22 美元/Kg），其經(jīng)濟性將與鋁合金不相上下。

采用碳纖維制作風機葉片可以有效降低葉片自重

　　目前行業(yè)內(nèi)公司和研究機構(gòu)都在試圖降低碳纖維的成本，方法主要依靠 3 條路徑：規(guī)模效應(yīng)、原絲材料、整合產(chǎn)業(yè)鏈。

　　規(guī)模效應(yīng)：碳纖維生產(chǎn)線需要長周期連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)運行，生產(chǎn)過程中能耗和設(shè)備折舊等固定成本高，因此單條產(chǎn)線產(chǎn)能越高，攤銷成本越低。同等效率下，單線年產(chǎn) 1000t 的生產(chǎn)線與年產(chǎn) 100t 的生產(chǎn)線產(chǎn)品單位成本相比，每噸降低約 3 成。但這種規(guī)模效應(yīng)也存在邊際遞減效應(yīng)。產(chǎn)能規(guī)模超過 1000t 以后，生產(chǎn)成本仍能下降，但作用已然不大。

　　原絲材料 ：80%以上碳纖維原材料采用腈綸纖維制造，但由于腈綸纖維價格較高導(dǎo)致碳纖維成本居高不下。相比 PAN 基，用瀝青基制作的碳纖維成本可以下降 30-40%，目前市場上主要是日本的 MRC 采用瀝青基碳纖維。

瀝青基碳纖維生產(chǎn)成本更低

　　整合產(chǎn)業(yè)鏈 ：觀察海外的碳纖維龍頭企業(yè)我們發(fā)現(xiàn)，垂直整合產(chǎn)業(yè)鏈是十分普遍的做法。我們認為，產(chǎn)業(yè)鏈一體化的優(yōu)勢不僅在于保障原材料供應(yīng)、提高產(chǎn)品一致性；更重要的意義是提高運轉(zhuǎn)效率，降低整個過程的生產(chǎn)成本。

德國 SGL 已經(jīng)建立起完整的碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈