国防军工行业专题：部分文献视角下新兴领域中碳纤维可能存在的应用

国防军工 行业专题 部分文献视角下新兴领域中碳纤维可能存在的应用 报告日期：2025-03-28 行业评级：增持 行业指数与沪深300走势比较 32% 18% 5% -9%3/246/249/2412/243/25 22% 45% - 主要观点： 新材料的投资应保持耐心 GB/T37264-2018标准中对新材料有过定义，即“新出现的具有优异性能和特殊功能的材料，及传统材料改进后性能明显提高或产生新功能的材料”。2023年《工业和信息化部国务院国资委关于印发前沿材料产业化重点发展指导目录（第一批）的通知》一文指出，“新材料产业是战略性、基础性产业，是未来高新技术产业发展的基石和先导，前沿材料代表新材料产业发展的方向与趋势，具有先导性、引领性和颠覆性，是构建新的增长引擎的重要切入点”。 国防军工沪深300 分析师：邓承佯 执业证书号：S0010523030002邮箱：dengcy@hazq.com 相关报告 我们认为可以紧跟新材料发展两类方向：其一，材料自身性能不断更迭，当性价比足以超越现有传统材料时，替换市场的投资价值便会凸显；其二，前沿科技或新兴市场兴起时，往往对原材料提出更高的要求，彼时新材料的研发便会与新兴行业的发展共振。但无论哪一类方向，我们都必须保持耐心，做“时间的朋友”，不受短期市场波动的干扰，陪伴硬科技、科学家与创业者“长跑”。 碳纤维已逐步在新兴产业领域均有所应用 2025年《政府工作报告》里面提及，“培育壮大新兴产业、未来产业。深入推进战略性新兴产业融合集群发展。开展新技术新产品新场景大规模应用示范行动，推动商业航天、低空经济、深海科技等新兴产业安全健康发展。建立未来产业投入增长机制，培育生物制造、量子科技、具身智能、6G等未来产业。” 碳纤维及其复合材料，凭借优越的性能已在航空航天、汽车、新能源开发、休闲用品等领域得到广泛的应用。随着卫星、飞行汽车、机器人、核聚变及深海科技等新质生产力行业的不断发展，我们将持续关注碳纤维复合材料的扩展应用，以期待碳纤维行业能够与之共振发展。 投资建议 基于碳纤维下游应用行业的广度，考虑到新质生产力行业的持续发展，我们预计碳纤维行业会迎来较好的发展前景。建议关注军工板块中的光威复材、中简科技、中航高科等企业。 风险提示 碳纤维领域技术较为复杂，应用场景多种多样，行业内竞争较为激烈，因此我们提示相关投资风险。 1)碳纤维行业竞争持续激烈，碳纤维企业可能会持续压低价格及毛利 率进而陷入内卷式不良竞争模式； 2)碳纤维产品技术短期内无突破，下游应用遇到阻碍； 3)碳纤维下游应用中的新质生产力行业短期内无法获取充足的市场需求，进而影响碳纤维市场增量； 4)碳纤维上游原材料若发生剧烈波动，有可能会影响相关企业的生产成本及盈利能力； 5)碳纤维传统应用行业需求若受到影响，相关企业业绩可能会因此受到影响； 6)宏观经济若发生下行，碳纤维行业盈利能力有可能受到影响； 7)碳纤维相关企业因管理层、财务或者其他违规违法事件受到处罚的风险； 8)相关企业存货和应收账款减值风险； 9)研究依据的信息更新不及时，未能充分反映公司最新状况的风险； 10)研究依据的获取范围不够宽广及理解不够深入，未能充分反映行业最新或实际状况的风险； 11)公司核心技术人员变动引发的风险； 12)国际贸易政策变化的风险； 13)相关公司管理层人员及核心技术人员因各类突发事件无法履行职责，可能对公司经营造成影响， 14)相关公司经营场所受到突发事件影响生产，可能对公司经营造成影响。 正文目录 1部分新兴领域中碳纤维可能的应用5 1.1卫星领域8 1.2飞行汽车领域12 1.3机器人领域14 1.4核聚变领域17 1.5深海科技领域18 2投资建议22 风险提示：22 图表目录 图表1碳纤维按应用领域图5 图表2航空复材零部件行业上下游情况5 图表31970年至2020年50年间碳纤维需求增长6 图表4PAN基碳纤维的发展历程6 图表53代碳纤维的典型特点及代表性产品7 图表61970年以来全球碳纤维领域的主要制造商7 图表7航天器结构用碳纤维性能8 图表8部分卫星碳纤维增强复合材料使用情况8 图表9国内外高精确度卫星天线反射器发展进程9 图表10RUAGSPACE高精度超轻反射器9 图表11碳面板热辐射器10 图表12耐高温散热器10 图表13卫星数据和电源综合管理单元的复合材料外壳10 图表14碳纤维复合材料光纤陀螺仪10 图表15STSAT-3小卫星多功能结构11 图表16AL-7075与CFRP模压氢钟钟罩实物对比图12 图表17飞行汽车飞行模式示意图12 图表18上海沃兰特航空专利描述可将碳纤维应用至EVTOL飞机机身结构13 图表19陕西航空电气专利描述可将碳纤维应用至EVTOL垂直起降飞行器的一体化电推进电机13 图表20可应用于电动垂直起降飞行器(EVTOL)的碳纤维结构储能复合材料异形件13 图表21亿航216F（消防版）机身结构采用环氧基碳纤维复合材料14 图表22四足机器人仿生腿结构简图14 图表23两类材料四足机器仿生腿工况测试示意图15 图表24载荷⁃变形曲线15 图表25碳纤维机械臂15 图表26LWRⅢ机械臂及其结构16 图表27“静默作战空中侦察”结构图16 图表28“小牛”外形图17 图表29磁约束核聚变托卡马克反应装置示意图及全超导托卡马克核聚变实验装置中偏滤器示意图17 图表30中国EAST装置（左）及中国HL-2A装置（右）18 图表31碳纤维增强复合材料在核聚变装置中的应用18 图表322025年政府工作报告提及了“深海科技”19 图表33深海各部分及开发立体剖面图19 图表34《中华人民共和国深海海底区域资源勘探开发法》对深海的描述语句20 图表35复合材料筒段21 图表36碳纤维连续推油杆21 图表37CFRP系统21 1部分新兴领域中碳纤维可能的应用 碳纤维具有优良特性，在轻量化市场具备广阔的应用前景。以碳纤维为增强体，以金属或非金属等材料为基体，可制得性能优异的碳纤维复合材料，该类材料兼具优异的物理化学性能，是高端装备、汽车、海洋工程等行业的重要基础材料。 图表1碳纤维按应用领域图 资料来源：中简科技上市招股说明书，华安证券研究所 图表2航空复材零部件行业上下游情况 资料来源：佳力奇上市招股说明书，华安证券研究所 碳纤维的拓展应用，可以认为是材料性能与市场需求发生了共振。根据ZhigangXie等人的《Polyacrylonitrilenanofibreyarn;electrospinningandtheir post-drawingbehaviour》文章，全球对碳纤维的需求持续增长，特别是在航空航天、风能和汽车应用方面。性能方面，以PAN基碳纤维为例，钱鑫等人在《PAN基碳纤维的发展及国内外第3代高性能碳纤维的进展》进行了总结，他们按照产品的开发时间、产品性能和丝束规格等特征，将PAN基碳纤维产品品系划分为三代，前2代碳纤维产品中，碳纤维的强度和刚度之间存在较明显的制衡关系，第3代碳纤维是一种将高强度（抗拉强度）和高刚度（弹性模量）有效结合在一起的材料。 图表31970年至2020年50年间碳纤维需求增长 资料来源：《Polyacrylonitrilenanofibreyarn;electrospinningandtheirpost-drawingbehaviour》，华安证券研究所 图表4PAN基碳纤维的发展历程 资料来源：《PAN基碳纤维的发展及国内外第3代高性能碳纤维的进展》，华安证券研究所 图表53代碳纤维的典型特点及代表性产品 资料来源：《PAN基碳纤维的发展及国内外第3代高性能碳纤维的进展》，华安证券研究所 图表61970年以来全球碳纤维领域的主要制造商 资料来源：《PAN基碳纤维的发展及国内外第3代高性能碳纤维的进展》，华安证券研究所 1.1卫星领域 卫星在航空航天领域占有重要地位。随着空间技术及遥感通信技术的发展，对卫星在轨运行中的运行状态及结构机体性能等提出了更高的要求。传统材料中，铝合金及其制品热膨胀系数较高、极易产生热变形;钛合金及其制品比刚度与比强度较低。高模碳纤维具备轻质高强、模量高、热膨胀系数低的特性，适合昼夜温差极大的太空环境。根据杨燕宁等人的《高模量碳纤维复合材料在卫星结构上的应用》一文显示，在发射过程中，受到运载火箭成本的制约，需要不断降低卫星质量，碳纤维有潜在应用场景。 图表7航天器结构用碳纤维性能 资料来源：《碳纤维复合材料星载氢钟钟罩的开发及其性能研究》，华安证券研究所 图表8部分卫星碳纤维增强复合材料使用情况 卫星名称 复合材料使用部位 所用主要材料 ERS-1卫星 大型可展开式天线 碳纤维/环氧 中国地球资源卫星1号 主承力构件 碳纤维/环氧 中国风云二号气象卫星 主承力构件 碳纤维/环氧 德国TV-SAT直播卫星 高精度天线塔 碳纤维/环氧 日本ETS-6同步轨道卫星 舱体、太阳能帆板、天线塔 碳纤维/环氧面板蜂窝夹层结构 国际通信卫星Ⅴ 抛物面天线、太阳电池阵基板等 碳纤维/环氧面板蜂窝夹层结构 资料来源：《碳纤维增强复合材料在航空航天领域的应用》，华安证券研究所 根据江文剑等人的《高精确度碳纤维复合材料反射器研究进展与展望》一文显示，欧洲高精确度反射器可用碳纤维蜂窝夹层结构反射器，美国高精确度反射器可用碳纤维格栅反射器结构，我国高精确度反射器可用碳纤维铝蜂窝夹层结构。 图表9国内外高精确度卫星天线反射器发展进程 资料来源：《高精确度碳纤维复合材料反射器研究进展与展望》，华安证券研究所 图表10RuagSpace高精度超轻反射器 资料来源：《高精确度碳纤维复合材料反射器研究进展与展望》，华安证券研究所 根据杨强等人发表的《高导热沥青基碳纤维复合材料在航天器中的应用现状及展望》一文，高导热碳纤维复合材料在卫星热辐射器、蓄热板等热管理结构中有所应用。 图表11碳面板热辐射器图表12耐高温散热器 资料来源：《高导热沥青基碳纤维复合材料在航天器中的应用现状资料来源：《高导热沥青基碳纤维复合材料在航天器中的应用现状 及展望》，华安证券研究所及展望》，华安证券研究所 注：(a)ETS-VIII卫星碳面板热辐射器，(b)德国HPS公司碳面板注：(a)带铌锆合金蒸发器内衬的碳／碳热管；(b)高导热碳纤维织 热辐射器物散热片 图表13卫星数据和电源综合管理单元的复合材料外壳图表14碳纤维复合材料光纤陀螺仪 资料来源：《高导热沥青基碳纤维复合材料在航天器中的应用现状资料来源：《高导热沥青基碳纤维复合材料在航天器中的应用现状 及展望》，华安证券研究所及展望》，华安证券研究所 根据杨强等人的《高导热沥青基碳纤维复合材料在航天器中的应用现状及展望》一文，Raluca等人制出的碳纤维复合材料外壳结构，相较铝制外壳，在机热性能相当情况下，复合材料外壳结构质量有所减轻，而Martins采用K13D2U高导热碳纤维环氧复合材料外壳替代电子单机的铝制外壳，实现了结构减重。 图表15STSAT-3小卫星多功能结构 资料来源：《高精确度碳纤维复合材料反射器研究进展与展望》，华安证券研究所注：（a）电子设备集成到结构板,（b）组装好的多功能结构 星载氢钟与星间链路、新信号体制被称为新一代北斗导航卫星的三项关键技术，其中星载氢钟为卫星导航系统提供精准的“时标/定位”支持。使用比强度更高、 比刚度更高的材料代替原有的传统材料是星载氢钟钟罩轻量化的一个方向。图表16Al-7075与CFRP模压氢钟钟罩实物对比图 资料来源：《碳纤维复合材料星载氢钟钟罩的开发及其性能研究》，华安证券研究所注：(a)Al-7075钟罩；(b)CFRP模压钟罩 1.2飞行汽车领域 飞行汽车是一种既可以在道路行驶，又可以在空中飞行的交通工具。 图表17飞行汽车飞行模式示意图 资料来源：《FlyingCarsandeVTOLs—Technolog