碳纤维具有优异的力学、化学、电学等性能，是国民经济与国防建设不可缺少的战略新型材料，被誉为“黑色黄金”。进入21世纪,碳纤维生产工艺技术已经成熟,未来随着碳纤维复合材料成型技术的不断发展，下游应用领域的不断开拓，尤其是航空、汽车、风电叶片的强劲增长以及其带动作用，碳纤维产业发展前景广阔。
碳纤维产业链
碳纤维产业链大致可以分为生产碳纤维材料的上游和生产碳纤维应用部件产品的下游，介于上下游之间的企业可以认为是碳纤维生产工艺中的设备提供商。
碳纤维产业链构成
数据来源：恒神股份招股书，广发证券发展研究中心
按我们的分类，碳纤维产业链上游包括从原丝到碳纤维的过程，即原丝经过氧化炉、碳化炉、石墨化炉、表面处理、上浆等工艺，将以聚丙烯腈结构为主的原丝经过碳化等工艺变为以石墨纤维结构为主的碳纤维。
碳纤维产业链上游为石油化工行业，主要通过原油炼制、裂解、氨氧化等工序获得丙烯腈；碳纤维企业通过对以丙烯腈为主的原材料进行聚合反应生成聚丙烯腈，再以其纺丝获得聚丙烯腈原丝，对原丝进行预氧化、碳化等工艺制得碳纤维，通过对碳纤维和高质量树脂的加工以获得碳纤维复合材料以满足应用需求。
碳纤维的生产流程主要包括：拉丝、牵伸、稳定、碳化、石墨化。
拉丝：这是碳纤维生产过程中的第一个步骤，这个过程是物理变化，主要是将原材料分离成纤过程，在这个过程中，纺丝液细流与凝固液之间的传质、传热、相平衡移动。导致PAN沉析形成凝胶结构的丝条。
牵伸：一般是在100-300度的温度下进行，根据结定向纤维的拉伸效应来实现的，这个过程也是实现PAN纤维的高模量、高强化、致密化和细化的关键步骤。
稳定：也就是常说的预软化。通过400℃加热氧化的方法使热塑性PAN线形大分子链转化为非塑性耐热梯形结构，使其在高温下不熔不燃、保持纤维形态，热力学处于稳定状态。
碳化：在1000-2000度范围内进行，将PAN中非碳元素驱除，最后生成含碳量90%以上具有乱层石墨结构的碳纤维。
石墨化：在2000-3000度的范围内进行，将无定型、乱层结构的碳化材料向三维石墨化结构转化，是提高碳纤维模量的主要技术措施。
由上道原丝生产工艺产出的PAN原丝，经过送丝架湿热预牵伸后，由牵伸机构依次送入预氧化炉，经过数台预氧化炉群的不同梯度温度场后制得预氧化纤维（预氧丝）；预氧丝相继进入中温碳化炉和高温碳化炉后制得碳纤维；碳纤维再经过最终的表面处理、上浆、干燥等工艺得到碳纤维成品。全过程连续走丝，精确控制，任何一道工序出现些许问题都会影响稳定生产和最终碳纤维产品的质量。碳纤维生产工艺流程长，技术关键点多，生产壁垒高，是多学科、多技术的集成。
碳纤维价格分析
从碳纤维的生产成本来看，原材料约占3成，燃料约占3成，人工约占2成，折旧约占1成，其中原料与燃料供应稳定、价格透明。
数据来源：国泰君安证券研究
总体上，中国碳纤维的平均价位在13-14.5美元（90-100元）。无论是大丝束，还是标准模量的12K、24K的小丝束，除东丽公司外，其他进入中国的厂家价格基本在12-16美元之间，中国市场“质优，上百元；劣质，下百元”已是不争的现实。
依据目前的情况来看，碳纤维产业突破的一个重大方向是碳纤维价位约10美元/公斤（甚至更低），并且能够实现盈利。
不同用途的碳纤维产品附加值差异巨大
数据来源：恒神股份招股书，广发证券发展研究中心
在碳纤维整体产业链中，不同阶段产品价格大幅增值，同一品种原丝的售价约40元/公斤，碳纤维约180元/公斤，预浸料约600元/公斤，民用复合材料约在1，000元以下/公斤，汽车复合材料约3，000元/公斤，航空复合材料约8，000元/公斤，每一级的深加工都有大幅度的增值。
碳纤维国外巨头公司分析
1、日本东丽(Toray)
公司简介：东丽是世界最大的碳纤维制造商。由于具有质轻、牢固以及坚硬等优点，东丽碳纤维在运动、休闲、一般工业应用以及航空领域都有着非常广泛的应用。
主要产品：日本东丽公司的产品有两个系列，一个是T系列，代表的是高强度，一个是M系列，代表的是高模量。T系列有T300、T400、T700、T800、T1000等；M系列碳纤维主打高模量，产品系列有M30、M46、M50、M55；
应用领域：在航空领域、建筑及基础设施的大型结构、汽车零部件、运动、休闲、等领域都有着比较广泛的应用。
2、日本东邦(Toho Tenax)
公司简介：日本东邦隶属于帝人集团，是日本三大碳纤维生产商之一，全球碳纤维第二大小丝PAN碳纤维供应商。
主要产品：总体来说，东邦碳纤维可分为高强型：HTA40、HTS40；超高强型碳纤维：UTS50；中等模量高强度型碳纤维：IMS40、IMS60；高模量碳纤维：HMA35；东邦超高模量碳纤维：UMS40、UMS45、UMS55。
应用领域：汽车、航空航天、风力发电、化工设备、医疗设备、体育用品等领域。
3、日本三菱丽阳(Mitsubishi Rayon)
公司简介：三菱人造丝也叫三菱丽阳，隶属于三菱化学集团。三菱丽阳是一家日本纺织公司，该公司主要生产化学品，塑料和纤维。三菱丽阳是日本最大的腈纶纤维生产商。
主要产品：三菱丽阳集团同时拥有PAN基碳纤维和沥青基碳纤维,以及以碳纤维为基本原材料生产的中间材料和成型加工品。产品分为三大系列：高强度、中模高强、高模量。其中高强度系列有TR30、TR50、TR50D、TRH50、TRH60、TEW40；中模高强碳纤维为MR60H；高模量碳纤维有MS40，HR40、HS40。
应用领域：汽车、航天航空领域、风力发电、体育用品等领域。
4、美国赫氏
公司简介：美国赫氏公司拥有40年的碳纤维制造经验，有大量的航空航天数据资料，并在美国和欧洲拥有多个制造厂。赫氏公司是一个中模量碳纤维技术（小丝束）的领导者，能够自主生产供应聚丙烯腈（PAN），并专注于原丝和碳纤维的研发。
主要产品：美国赫氏碳纤维主要也分为三个系列，高强型，高模量，中模高强。高强型系列有AS4、AS7。IM为中模高强型碳纤维，IM2、IM6、IM7、IM8、IM9；高模量碳纤维HM63。
应用领域：可应用于世界先进产品和领域，其中包括：空客A350XWB、JSF、F18 E/F、A380、欧洲台风战斗机、环球快车、A400M、V22鱼鹰、波音787、GEnx发动机等。美国航空军用碳纤维主要使用HEXCEL公司的IM系列产品，以IM7（12K）为主。
5、德国西格里(SGL)
公司简介：德国西格里集团（SGL Group - The Carbon Company）总部位于德国Wiesbaden，是全球领先的碳素石墨材料以及相关产品的制造商之一，拥有从碳石墨产品到碳纤维及复合材料在内的完整业务链，是目前全球前5的碳纤维供应商。
主要产品：SGL的碳纤维产品主要包括PANOX®氧化纤维、SIGRAFIL®连续碳纤维、SIGRAFIL®短切碳纤维以及RECAFIL®再生碳纤维。其连续碳纤维产品为丙烯腈基（PAN）24K+碳纤维产品，典型性能如下表。
应用领域：为交通动力和能源的大趋势发展量身定制可持续发展的解决方案，涵盖了从原材料到成品的整个价值链，产品主要应用于汽车，风能和航空航天业。
6、比利时索尔维集团
公司及产品简介：索尔维集团（Solvay S.A.，原译“苏威集团”）是一家总部位于比利时首都布鲁塞尔的跨国性化工集团，1863年由比利时化学家欧内斯特·索尔维创立。
这家比利时化工巨头在2015年收购了美国碳纤维公司CYTEC，以美国为基地着力进军碳纤维市场。2016年8月24日，索尔维公司在美国南卡罗来纳州建立的碳纤维新生产线正式开始运营，该生产线将使得公司碳纤维产能倍增，主要供应航空航天领域的轻量化复合材料应用。这次的生产线扩充包括从丙烯腈类单体转换聚合成标准模量碳纤维的全套设备设施。这种类型的纤维主要用于制造商用或军用飞机零部件的复合材料预浸料。新的生产线已经获得了波音公司的二级结构件生产资格，比如发动机舱、翼动瓣和内饰件等。
7、韩国晓星全州公司
公司简介：韩国晓星集团2010年独立自主开发的碳纤维材料引起业界强烈关注。2011年在韩国全州建立半商业碳纤维商业化生产线，碳纤维产能500吨/年。后续晓星集团斥资14亿余元人民币建造年产量达到2000吨以上的全州碳纤维工厂，该工厂于2013年4月正式投产，同时还计划投资70亿余元在全州地区建立尖端环保材料的科技园区，预计2020年底建成并投入使用。
主要产品：产品只有高强型一类两个型号，其中H2550碳纤维拉伸强度为4900 MPa，模量为240GPa，相当于T700碳纤维。H3055碳纤维拉伸强度为5500 MPa，模量为290GPa，相当于东丽T800。
应用领域：满足世界碳纤维需求70%的核心等级产品，被使用于各种产业领域、体育休闲、航空等多种用途。
8、阿克萨(Aksa Akrilik Kimyasanayii)
公司简介：土耳其Aksa公司成立于1968年，是世界上最大的丙烯腈纤维生产商，2012年Aksa与美国陶氏成立了合资公司DowAksa，形成一个由土耳其基地和美国基地组成的大规模、提供全方位服务的碳纤维供应商。
主要产品：产品只有4个型号，均为高强度碳纤维。是A38、A42、A45、A49。
应用领域：主要用于国防和商业航空航天领域，除此之外还针对基础设施，船舶，风能发电和运输部门。
