碳纤维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，含碳量在90%以上的纤维结构材料，直径5-10微米，具有密度低、比强度大、比模量大、耐腐蚀、耐低高温（负180°C—2000°C均可使用）等诸多优点。在同等重量下拉伸强度 在3500MPa以上，可达到钢、铝合金、钛合金的9倍以上；弹性模量在230GPa以上可以达到钢、铝合金、钛合金的4倍以上。是现代战略新材料，被誉为21世纪的“新材料之王”
这些优点使得碳纤维成为航空航天飞行器轻量化的理想选择。通过将碳纤维复合材料应用于制造飞行器的机身结构和内部零部件，可以有效减轻机身重量，降低能耗，同时增强结构强度和安全性。将碳纤维复合材料用于打造eVTOL，能够帮助机身整体重量减少30%-40%。
低空经济的飞行器主要有小型无人机、直升机、固定翼轻型飞机和eVTOL（电动垂直升降飞行器）等。由于eVTOL是由电机驱动，对轻量化的要求更高，因此碳纤维复合材料在eVTOL中的使用占比远超传统航空器，占到机身结构重量的70%以上。复合材料中90%以上使用碳纤维增强，大约10%采用玻璃纤维增强。可推算得到，碳纤维复合材料在eVTOL的材料中占到63%以上。
eVTOL使用的复合材料中，约有75%-80%将应用于结构部件和推进系统，有12%-14%在内部结构应用，如横梁、座椅结构等；剩余的8%-12%在电池系统、航空电子设备和其他小型应用。
当前，低空经济被定义为国家大力发展的新质生产力，有望在持续的政策驱动下加速产业化。我们预测，若eVTOL在政策催化下加速落地，到2030年，航空航天领域碳纤维需求中来自eVTOL的部分，占比将超过24.2%，eVTOL将成为航空航天碳纤维需求量的重要来源。
聚丙烯腈(PAN)基碳纤维为目前碳纤维主流产品。世界碳纤维产业已形成了黏胶基、沥青基和聚丙烯腈基三大原料体系，其中黏胶基和沥青基碳纤维用途较单一，产量也较为有限，而聚丙烯腈基碳纤维兼具良好的结构和功能特性，是碳纤维发展和应用的主要品种。
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。
碳纤维按纤维数量不同可分为小丝束和大丝束。大丝束成本较低，小丝束性能更优：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，小丝束性能更能满足航空航天、军工复材的需要，但受成本制约，难以在风电叶片等领域实现推广应用。
大丝束碳纤维性能相对较低但成本亦较低。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。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，生产成本能降低约30%以上，打开碳纤维广泛运用于工业和民用领域大门。
PAN基碳纤维的生产起步于20世纪60年代的美国，赫氏、氰特等是主要碳纤维企业，上世纪90年代卓尔泰克开始研发并推进低成本大丝束在工业领域的应用，形成了高性能小丝束和低成本大丝束两种技术路线，2014年，卓尔泰克被东丽收购。目前，世界碳纤维技术仍主要掌握在日本公司手中，东丽、三菱其生产的碳纤维无论质量还是数量上均处于世界领先地位，日本东丽更是世界上高性能碳纤维研究与生产“领头羊” 。
碳纤维生产流程复杂、技术壁垒高，我国碳纤维工业总体上与日本碳纤维的研发同步进行，经历了长期低水平徘徊、技术转型和快速发展3个阶段。依靠长期自主研发，打破了国外技术装备封锁，碳纤维产业化目前取得长足进步。实现了工艺的完全国产化碳纤维下游应用广阔，国产替代空间大。
2023年，碳纤维全球需求为11.5万吨，航空军工是全球需求较大的应用领域，占比19.1%，随着低空经济的发展，有望加速增长。2023年，中国碳纤维的总需求为6.9吨，国产碳纤维由4.5万吨增加至5.3万吨，同比增长17.8%，进口碳纤维由2.9万吨大幅下滑至1.6万吨，同比下滑45.4%，国产化率由60.5%提升至76.7%。国产化率不断提升，竞争力不断加强，有望取得更高的市场份额。
但随着国内碳纤维企业不断扩产， 2023年，国内产能达14.1万吨，同比增长25.7%，是当年总需求6.9万吨的近两倍 ，短期已经产能过剩。未来有望进一步加强规模效应，成本、价格的不断下降来打开许多新的下游市场，如汽车、轨道交通、深海油田、各种拉索、各类高速旋转件等。
航天航空空使用碳纤维复合材料远超其它领域，由于安全性要求高、技术壁垒深、认证周期长等特点，航空碳纤维相对独立，不太受”量升价降“的影响。我国当前航空碳纤维的应用与全球仍有巨大差距。随着低空经济eVTOL的发展，有望带动碳纤维需求增长，预计从2024年的约500吨激增至2030年的11750吨，增长幅度约22.5倍。我们预测，到2030年，航空碳纤维需求主要来自eVTOL，占比将超过24.2%。
丙烯腈: 中石油、中石化、江苏斯尔邦石化、浙江石化、山东海江化工;
碳纤维原丝：光威复材、中简科技、恒神股份、中复神鹰、浙江宝旌、吉林碳谷；
2、中游：碳纤维生产：
碳纤维：光威复材、中简科技、恒神股份、中复神鹰、吉林化纤、吉林国兴、浙江宝旌；
碳纤维织物: 光威复材、中简科技、恒神股份、江苏奥盛；
预浸料: 光威复材、恒神股份、江苏奥盛；
碳纤维复合材料：中航高科、光威复材、中复神鹰、江苏恒神、新万兴、山东江山、浙江宝旌。
3、下游：工业产品：
TPI：中材科技、时代新材、明阳凤份、中复连众、重通叶片；
压力容器: 中复科金、浙江凯博、江苏中盛、上海高压、南京宝色、山东环日；
休闲体育: 威海光威、飞鸽车业、喜德盛、李宁、上海永久。
设备厂商：
预氧化炉: 德国埃森曼、美国DESPETCH、美国LITZLER、台湾聚川、威海拓展、中复神鹰、中简科技、精功科技；
碳化炉:德国埃森受、德国音斯楚特、美国哈泊、美国LITZLER、台湾聚川、威海拓展、中复神鹰、中简科技、精功科技。
总的来说，碳纤维价格2023年一路下探，2024年初触底反弹，当前已企稳。碳纤维行业格局不断优化，头部公司的盈利有望逐渐回升。
资料来源：新材料产业圈、复材生态圈、中国复材、网络
