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随着 eVTOL原始设备制造商寻求推进项目认证、生产规模扩大和轻量化，未来空中交通（AAM- advanced air mobility）对复合材料市场的渗透正在向上发展。

题材介绍：

一、21世纪的材料之王

碳纤维(Carbon Fiber)是一种丝状碳素材料，由有机纤维经碳化以及石墨化处理而得到的微晶石墨材料，直径5-10微米，含碳量高达90%以上。

碳纤维力学性能优异，同时具有轻质、高强度、高弹性模量、耐高低温、耐腐蚀、耐疲劳等优异特性，广泛应用于航空航天、国防、交通、能源、体育休闲等领域。

二、产业链长，技术壁垒高

PAN 基碳纤维的制备过程一般分为原丝制备和碳丝制备两个阶段，其中原丝制备包括聚合、纺丝工段，碳丝制备包括预氧化碳化工段。碳纤维工艺复杂，生产条件要求严格，整个工艺流程中涉及技术参数控制点3000-5000个。

1、小丝束碳纤维力学性能优异、成本高

碳纤维按纤维数量不同可分为小丝束和大丝束。小丝束性能优异，但成本较高；碳纤维的开发起初应用于航空航天领域，小丝末性能更能满足航空航天、军工复材的需要，但受成本制约，难以在风用叶片等领域实现推广应用。

大丝束在保持碳纤维优良性能的前提下，通过提高单线产能，大幅降低成本，打开碳纤维广泛运用于工业和民用领域大门。

小丝束碳纤维性能优异但价格较高，大丝束碳纤维性能相对较低但成本亦较低。相比小丝束，大丝束碳纤维最大的优势就是在相同的生产条件下可大幅度提高碳纤维的单线产能，实现生产的低成本化。

而且在复合材料制备过程中的铺层效率也更高，生产成本能降低约30%以上，有助于打破碳纤维因价格较高带来的应用局限，为碳纤维复合材料进一步拓展应用市场奠定基础。

2、大丝束碳纤维生产技术难度大

根据赛奥碳纤维发布数据，2022年全球标模-大丝束碳纤维需求量67.5万吨，占比50%；大丝束碳纤维生产技术难度更大，体现在原丝、预浸料和碳化等多个环节的均匀性和毛丝控制等方面。

3、环环相扣的碳纤维产业链

三、应用领域

碳纤维应用于高端领域，发展前景广阔。碳纤维具有目前其他材料难以比拟的高比强度（强度比密度）及高比刚度（模量比密度）性能，还具有耐腐蚀、耐疲劳等特性，广泛应用于国防工业以及高性能民用领域，涉及航空航天、海洋工程、新能源装备、工程机械、交通设施等，是一种国家亟需、应用前景广阔的战略性新材料。

1、航空航天领域是新的需求热点

目前在航空航天领域，全球碳纤维需求主要集中在商用飞机、军用飞机和无人机三大领域。

根据赛奥碳纤维发布报告，随着疫情逐步消散，商用航空持续回暖，2023年加速回暖，回到2019年水平；其他航空市场如无人机、军机等受疫情影响不大，依然保持较高速稳定增长。

2022年全球航天航天领域碳纤维需求量达到2.01万吨，同比增长超20%。根据赛奥碳纤维，2025年及2030年需求量有望分别达

到2.82万吨和4.98万吨，持续保持可观的增速。

2022年我国航空航天领域碳纤维需求量为0.78万吨。随着人工智能、卫星互联网等尖端技术快速发展，碳纤维在卫星、火箭大飞机、机器人等领域有望实现需求持续增长。

用碳纤维复合材料代替钢或铝，减重效率可达到20%-40%，飞机结构材料约占起飞总重量30%左右，减轻结构材料重量可带来诸多好处。

对军机而言，减重在节省燃油的同时扩大了作战半径，提高了战场生存力和战斗力;对客机而言，减重节省了燃油、提高了航程和净载能力，具有显著的经济效益。以碳纤维复材为主应用于飞机的机头、尾翼、机翼蒙皮等，渗透率持续提升。

1)军用方面：国外军用飞机从最初将复合材料用于尾翼级的部件制造到今天用于机翼、口盖、前机身、中机身、整流罩等。

2)民用方面：早期的A310、B757和B767上，碳纤维复合材料的占比仅为5%-6%。目前，波音B787机身中复合材料占比约50%，碳纤维使用量大大提升。

3）国产大飞机为碳纤维带来确定性增量

目前的国产大型客机主要有中国商飞制造的C919与ARJ21两款机型。2014年12月，ARJ21支线客机取得型号合格证。2022年9月，C919客机成功取证，标志着我国拥有了一款可以投入航线运营的单通道干线客机。

此前中国商飞共收到来自28家客户的815架C919订单；2022年11月8日，七家租赁公司与中国商飞又签署300架C919飞机和30架ARJ21飞机确认订单；2023年9月28日，中国商飞与东航签订C919最大单笔订单100架。因此，据我们不完全统计，C919拥有1215架订单总量。

远期看，1215架C919订单全部交付对应碳纤维需求量约5882吨，对应约13.4亿元市场空间；根据商飞规划，C919采取分步走策略，碳纤维复合材料将逐步从10%-15%提升到23%-25%，若达25%则对应碳纤维需求量约12788吨和29.1亿元市场空间。

假设：

1）现有1215架C919订单按期交付；

2）碳纤维机身重量占比11.5%，单架飞机碳纤维用量4.8吨；

3）所需碳纤维价格按照22.8万元/吨计。

2、卫星、火箭有望打开应用新格局

我国在航天领域对碳纤维复合材料(CFRP)结构的研究始于上世纪70年代，自从1984年我国东方红1号卫星上首次使用碳纤维/环氧复合材料以后CFRP在我国卫星的结构件、大型运载火箭以及空间相机上获得了广泛的应用。

在卫星方面，目前我国自行研制的卫星结构中，大量采用CFRP结构。因为卫星结构纯属有效载荷，减重的经济效益很大，又因其空间环境恶劣要求卫星结构的尺寸和性能稳定、变形一致；

所以在卫星的主体骨架结构、外壳结构、太阳能电池板组件、架结构、天线结构、仪器安装板和支架结构等都在不断扩大使用CFRP。

根据李威等《碳纤维复合材料在航天领域的应用》一文研究，运载火箭上所采用的CFRP件在质量上比铝合金构件节省约10%-25%。

在运载火箭方面，由于CFRP具有耐高温、比强度和比模量高等力学特性，常被应用在火箭的排气锥体、发动机盖、壳体、燃烧室、发动机喷管、喉衬、扩散段及整流罩等部位。

3、机器人有望打开碳纤维新的增量市场

碳纤维高性能复材有望逐步代替传统金属材料制作机器人零部件。

相较于传统机械臂的铝、钢等金属材料，碳纤维复合材料的密度更低，在机器人关节、机械手臂、手臂连杆等机器人零部件上帮助机器人显著减重，降低惯量，提高操作速度，降低挠度。

此外，碳纤维在强度、比模量、导电性、热膨胀系数、抗振吸能性、耐蚀性等各方面特性的优势都更为突出。

人形机器人有望带来大市场。工信部印发《人形机器人创新发展指导意见》指出，人形机器人有望成为继计算机、智能手机、新能源汽车后的颠覆性产品。

到2025年，人形机器人创新体系初步建立，“大脑、小脑、肢体”等一批关键技术取得突破，整机产品达到国际先进水平，并实现批量生产；到2027年，人形机器人技术创新能力显著提升，构建具有国际竞争力的产业生态，综合实力达到世界先进水平。

4、新能源领域应用有望进一步提升

1）风机大型化推动碳纤维渗透率提升

风机大型化推动碳纤维在叶片中渗透率不断提高，降低机组的综合成本。风机大型化是未来的发展趋势，叶片重量随着长度增加呈几何级数增长，使得风机载荷增大、风机部件成本增加。

在满足刚度和强度的前提下，采用碳纤维的风轮叶片比玻璃钢叶片质量轻30%以上，虽然碳纤叶片成本上升，但其带来的传动链上相关部件以及塔筒的优化减重，使得风电机组的整体成本降低10%以上。

例如120m的碳纤维风轮叶片可以减少总体自重达38%，使得风电机组的整体成本下降14%。

2）碳碳复材在光伏热场领域的应用

①碳碳复材相比传统石墨材料具有显著的优势。

采用碳碳复合材料相比传统石墨材料具有更优异的保温性、强度、韧性，且不易破碎，可有效降低生产能耗、提升设备使用寿命，从而降低整个生产成本。

碳碳复材热场部件主要包括坩埚、导流筒、保温筒、加热器等，是单晶拉制炉热场系统的关键部件，在性价比方面相比传统石墨材质展现出了非常大的优势。

②碳碳复材呈现消耗品属性。

碳碳复材热场部件为消耗品，每年存在新增需求、替换需求和改造需求。坩埚的替换周期为2个/年，加热器的替换周期为2-3个/年，其他部件的替换周期为2个/3年。

硅料技术路线差异对热场无实质性影响，拉晶路线迭代将加大热场部件的损耗。在单晶硅棒生产上，目前以直拉法为主，直拉法分为连续拉晶(CCZ)和重复拉晶(RCZ)。

行业内主流方法为RCZ，目前正处于由RCZ向CCZ过渡阶段。CCZ路线中，双层石英坩埚引入了更多的氧，会加大对热场部件的损耗。

5、预计2025年全球汽车领域碳纤维需求达1.44万吨

碳纤维复合材料应用于汽车领域具有质量轻、强度高、抗冲击性好、减震隔音性能高的优势，同时提高汽车集成度，减少零部件，有助于降低汽车生产线投资规模。

前期由于成本高企，碳纤维主要应用于F1赛车、豪华车等高端车，目前逐步扩大应用的趋势。2020 年推出的雪佛兰C8车架部分采用了弧形拉控的碳纤维复合材料。

2021年3月，廊坊的飞泽复材为蔚来ES6(中国第一款批量采用碳纤维的车款》生产的5万套碳纤维复材后地板开始下线。汽车轻量化是大势所趋，同时新能源车对减重需求更高，将带动对碳纤维的需求逐渐放量。

根据赛奥碳纤维，预计2025年全球汽车领域碳纤维需求达1.44万吨，2021-2025年CAGR为11%左右。

6、预计2025年全球体育休闲碳纤维需求达3.19万吨

体育休闲领域应用是碳纤维应用基本盘之一，体育领域碳纤维主要用于球杆球拍、滑雪杆、自行车及钓鱼竿等。碳纤维在体育休闲领域的应用预计总体保持平稳增长。

2020年受疫情影响，群体运动器材大幅下滑，个人运动休闲器材有所上升，整体增速有所回落，2021年，部分国家开始放开群体运动，体育器材需求回升。

近三年，中国碳纤维应用主引警风电需求疲软，而整个市场需求依然保持高速增长，主要源于体育器材这一碳纤维需求的“压舱石”。