碳纤维是人形机器人轻量化的核心材料
机器人轻量化核心材料，碳纤维应用于机械手等部位
技术进步+巨头入局+政策支持，人形机器人产业趋势明确。未来5年人形机器人市场有望持续高增。根据Stratistics Market Research Consulting数据，2027年全球人形机器人市场规模预计为141亿美元，2020-2027年CAGR达58.5%。
机器人前期受限于灵活性差、工作效率低等因素影响，在部分领域无法大规模推广，而机器人本体轻量化技术是解决以上问题的主要途径之一。碳纤维应用于机器人轻量化结构材料，主要优势体现在：①自重轻、能耗低，生产效率高，机碳纤维复合材料密度仅为钢材的1/3，较铝合金轻30%。②强度大、承载多，功能多样化，碳纤维复合材料的比强度、比模量均比钢高，其抗拉强度一般在3500MPa以上，是钢的7-9倍。③蠕变小、精度高，碳纤维复合材料热膨胀系数极低、蠕变小，能够适应温差较大的工作环境。④碳纤维复合材料具有良好的耐疲劳性，维护/更新频率低。
参考已发布的机器人机械臂，利用碳纤维材料可帮助机械臂达到轻量化效果。目前碳纤维应用场景包括机械手、部分关节部位、感知鞋等。
弹性测算：2027年有望拉动5000吨以上碳纤维销量
我们预计单个人形机器人碳纤维用量约7-8kg，据此测算2027年全球人形机器人行业拉动碳纤维增量约为5287.5万吨。2022年全球碳纤维需求为13.5万吨，新增需求占比约3.9%，有望成为碳纤维下一个重要增长极。
碳纤维扩产/降价/降本大周期已开启，开拓新领域可期
近2年国内碳纤维扩产幅度较大，2021-2022年国内碳纤维新增产能分别为2.67、4.93万吨，年末在产产能同比增速分别为74%、79%。扩产后降价/降本大周期开启，碳纤维作为复合材料，在轻量化、材料强度、模量等方面较传统金属合金及其他复合材料具备明显优势，前期市场空间相对受限，主因系碳纤维单价高，我们看好降价/降本大周期下碳纤维拓宽应用领域。复盘碳纤维在碳碳复材、风电叶片、压力容器等领域发展过程，通常会经历：某一下游需求迫切需要碳纤维提高其产品性能，以应用于其高端领域——>高端领域率先渗透——>碳纤维性价比奋起直追——>对传统材料实现大规模替代。
投资建议：碳纤维满足轻量化需求，比强度、比模量远高于传统金属合金，是机器人轻量化核心材料，可应用于机械手等部位。我们测算，2027年全球人形机器人行业有望拉动碳纤维增量5287.5万吨，有望成为碳纤维下一个重要增长极。碳纤维扩产/降价/降本大周期已开启，开拓新领域可期，建议关注【中复神鹰】【光大同创】。
风险提示：新应用领域拓展不及预期；行业新增产能投放的风险；原材料价格大幅波动。
报告正文
#1
碳纤维是人型机器人轻量化的核心材料
1.1
技术进步+巨头入局+政策支持，人形机器人产业趋势明确
技术进步+巨头入局+政策支持，人形机器人产业趋势明确：
根据中国计算机学会专家的定义，具身智能是指，基于物理身体进行感知和行动的人工智能系统，其通过智能体与环境的交互获取信息、理解问题、做出决策并实现行动，从而产生智能行为和适应性。人形机器人有望成为实现具身智能的最佳形态之一，而今年以来AI大模型快速发展，推动人形机器人技术发展进步；
2021年8月，特斯拉公布研发人形机器人计划。经过2年快速迭代，目前人形机器人Optimus已可以自主对物品分类，具有视觉自标定、颜色分拣任务、单脚保持平衡等能力，在感知、大脑、运动与控制方面具备多项亮点。巨头入局，带动国内外众多玩家投资人形机器人行业；
政策重磅支持，2023年11月2日工信部印发《人形机器人创新发展指导意见》，规划到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，确保核心部组件安全有效供给。到2027年，人形机器人技术创新能力显著提升，形成安全可靠的产业链供应链体系，综合实力达到世界先进水平。
未来5年人形机器人市场有望持续高增。根据Stratistics Market Research Consulting数据，2027年全球人形机器人市场规模预计为141亿美元，2020-2027年CAGR达58.5%。其中，2027年我国人形机器人市场规模预计为23亿美元，占全球市场的16.3%，2020-2027年CAGR达56.4%。
1.2
碳纤维是机器人轻量化核心材料，用于机械手等部位
机器人前期受限于灵活性差、工作效率低，无法规模推广。而机器人本体轻量化技术是解决以上问题的主要途径之一，本体轻量化后的机器人可大幅提高运动机动性+工作效率，改善操作速度+动作准确度，同时减轻运动惯性，提高机器人安全性。
机器人轻量化结构材料需满足：①强度高，②较大的弹性模量和弹性极限，③较大的震动阻尼，④轻量化等性能。传统工业机器人制造最常见材料是各种合金钢等，当前机器人常用轻量化材料包括镁合金、铝合金、碳纤维复合材料、工程塑料等。
碳纤维应用于机器人轻量化结构材料，主要优势体现在：
自重轻、能耗低，生产效率高。机械臂自重越轻，其运动惯量越小。碳纤维复合材料密度仅为钢材的1/3，较铝合金轻30%，轻自重意味着机械臂运转过程中需消耗的能量更少，运行更轻便快捷。
强度大、承载多，功能多样化。机械臂在实现轻自重同时，要保证具备足够负载能力。机械手臂承受的基本重量包括手臂本身重量+其手爪抓取工件的最大重量，碳纤维复合材料的比强度、比模量均比钢高，其抗拉强度一般在3500MPa以上，是钢的7-9倍。
蠕变小、精度高，适应能力强。碳纤维复合材料热膨胀系数极低、蠕变小，能够适应温差较大的工作环境。例如一款专为电力巡检机器人配备的矩形可伸缩式机械臂管，其在严寒、高温等恶劣气候环境下工作性能稳定，可精确快速地完成指令，因此在许多特定工作环境下，机器人设计优先选择碳纤维复合材料。
耐疲劳、寿命长，使用成本低。碳纤维复合材料具有良好的耐疲劳性，维护/更新频率低。碳纤维复合材料机械臂的实际耐疲劳性一般受制于复合材料铺层方向与载荷方向的角度设计，需针对机械臂所承受载荷与实际工况设计专门制作方案。
参考目前已发布的机器人机械臂，利用碳纤维材料可帮助机械臂达到轻量化效果。
碳纤维应用场景包括机械手、部分关节部位、感知鞋等：
（1）机械手。根据《碳纤维复合材料在机械手臂中的应用》（作者：张国良等，张国良为中复神鹰董事长），制造碳纤维机械手臂的生产流程主要为裁布、卷布、设计、整体成型、打磨、涂装、包装等，其中：①横走部分采用大型碳纤维结构框架，②引拨部分采用双梁机构、主体采用优质碳纤维型材梁，③主臂部分采用双截倍速结构，主体采用优质碳纤维型材。碳纤维机械手臂采用三轴AC伺服马达驱动。
（2）滑块矩形管、固定槽钢等部分关节部位。根据《T轴碳纤维高速桁架机器人的设计》数据，桁架机器人用于轮胎制造环节，为满足不同工况对高速桁架机器人强度、寿命、质量的要求，T轴滑块矩形管、Z轴固定槽钢和Z轴滑块矩形管采用碳纤维材料。
（3）感知鞋。根据《一种基于碳纤维的智能机器人感知鞋》专利，通过设置碳纤维鞋身、碳纤维鞋底，可使机器人鞋子具有良好的硬度、强度、柔韧度，同时碳纤维鞋底内嵌装多个姿态传感器和压力传感器、鞋底中部嵌装微处理芯片，通过微处理器对数据进行分析处理。
1.3
弹性测算：2027年有望拉动5000吨以上碳纤维用量
（1）人形机器人销量：特斯拉在设计机器人时使用与汽车设计相同的体系，尽可能降低成本、提高产量，Optimus价格可能会少于2万美元/台。前文所述，根据Stratistics Market Research Consulting数据，2027年全球人形机器人市场规模预计为141亿美元、中国23亿美元，我们简单假设2027年人形机器人单价为2万美元/台，则对应全球人形机器人销量70.5万台、我国11.5万台。
（2）单位碳纤维用量：碳纤维应用场景包括机械手、部分关节部位、感知鞋等，考虑到目前已发布机器人的应用场景主要为机械臂，因此我们测算单位碳纤维用量时仅考虑机械臂。结合近期国内（挪恩复材、博实碳纤维）部分定制碳纤维机械臂案例，我们预计单机械臂碳纤维用量约3.5-4kg，则单个人形机器人碳纤维用量约7-8kg。
（3）市场空间测算：根据以上测算，2027年全球人形机器人行业拉动碳纤维增量约为5287.5万吨，国内拉动碳纤维增量约为862.5万吨。
4）弹性测算：根据赛奥碳纤维数据，2022年全球碳纤维需求为13.5万吨。我们测算2027年全球人形机器人行业拉动碳纤维增量约为5287.5万吨，新增需求占比约3.9%，虽然当前测算的增量不突出，但考虑到人形机器人的需求前景非常可观，碳纤维的应用空间可期。
1.4
碳纤维扩产/降价/降本大周期已开启，开拓新领域可期
由于国内龙头技术突破国外封锁，叠加2020-2022H1大丝束及小丝束碳纤维均处于高景气周期，近2年国内碳纤维扩产幅度较大，根据赛奥碳纤维数据，2021-2022年国内碳纤维新增产能分别为2.67、4.93万吨，年末在产产能同比增速分别为74%、79%。我们统计，小丝束龙头企业中复神鹰年末在产产能从2020年的0.85万吨扩产至2022年的1.45万吨（截至23Q3已扩产至2.85万吨），大丝束龙头企业吉林化纤+宝旌年末在产产能从2020年的0.85万吨扩产至2022年的5.32万吨，同时部分新进入者如新创碳谷、上海石化、新疆隆炬均有规模扩产。
扩产后降价/降本大周期开启：
截至2023年11月4日，国产T300级大丝束（48/50K）碳纤维华东市场价为72元/kg，同比-41.5%，较2022年价格高点（144元/kg）下降50%；国产T700级小丝束（12K）碳纤维华东市场价为145元/kg，同比-37%，较2022年价格高点（260元/kg）下降44.2%，以中小丝束降价为例，预计与市场竞争加剧以及需求端如碳碳复材等领域承压有关；
扩产后规模效应体现，降本增效可期。如中复神鹰23Q3期间费用率18.8%，同比+3.1pct、环比-2.3pct，我们预计23Q3费用端规模效应已初步体现。
前文我们预计单个人形机器人碳纤维用量约7-8kg，假设人形机器人使用T700级小丝束（12K）碳纤维，当前价格下单个人形机器人碳纤维采购成本约1087.5元，占机器人售价的0.75%；假设人形机器人使用T300级大丝束（48/50K）碳纤维，当前价格下单个人形机器人碳纤维采购成本约540元，占机器人售价的0.37%。
碳纤维作为复合材料，在轻量化、材料强度、模量等方面较传统金属合金及其他复合材料具备明显优势，前期市场空间相对受限，主因系碳纤维单价高，我们看好降价/降本大周期下碳纤维拓宽应用领域。复盘碳纤维在碳碳复材、风电叶片、压力容器等领域发展过程，通常会经历：某一下游需求迫切需要碳纤维提高其产品性能，以应用于其高端领域——>高端领域率先渗透——>碳纤维性价比奋起直追——>对传统材料实现大规模替代。
（1）碳碳复材：2022年占全球碳纤维下游需求的7%。过往传统单晶炉热场系统材料主要使用高纯、高强等静压石墨材料，碳基复合材料具备①安全性高，反复高温热震下不易产生裂纹，②可设计性强，制备大直径单晶炉热场具有明显优势，③使用寿命长、可减少更换部件次数，性价比高等优点。2010年碳碳复材在光伏热场产品中占比均低于10%，2016年以来碳碳复材在坩埚产品的市占率超过等静压石墨，2020年坩埚、导流筒、保温筒领域碳碳复材占比分别超过95%、60%、55%，实现对静压石墨的全面替代。
（2）风电叶片：2022年占全球碳纤维下游需求的26%。传统风电叶片增强材料主要使用高模量玻纤，碳纤维较玻纤可减轻叶片质量、增强叶片刚度、提高叶片抗疲劳性能，叠加Vestas碳梁保护专利2022年7月到期，国内主流叶片厂均提前布局碳梁拉挤工艺。目前碳纤维主要应用于海风大叶片领域，大规模应用还需关注海风招标价格、大丝束碳纤维与玻纤性价比等因素，目前仍处于高端领域率先应用——>性价比奋起直追阶段。
（3）压力容器：2022年占全球碳纤维下游需求的11%。目前储氢气瓶可分为I型、II型、III型、IV型四类，碳纤维可提高储氢气瓶工作压力、提升体积储氢密度以及实现轻量化，应用于III型瓶、IV型瓶。目前长管拖车采用I型瓶及II型瓶，燃料电池汽车储氢系统采用III型瓶及IV型瓶。
除了人形机器人领域外，我们同样看好高端碳纤维降价后持续拓宽应用领域，例如消费电子、3C，今年3月华为新款折叠旗舰Mate X3发布，通过业界独有的超轻金刚铝及碳纤维实现突破性减重，整机重量仅239g；苹果MR开发独特的“弯曲主板”以适应弯曲外部壳体，内部使用碳纤维来加固；华为Mate60系列采用玄武架构（三层防护结构），包括玻璃层、金属层和碳纤维层，其中碳纤维层采用高强度碳纤维材料，具有高弹性、高韧性。
#2
投资建议
2.1
行业投资建议
技术进步+巨头入局+政策支持，人形机器人产业趋势明确，未来5年市场有望持续高增。碳纤维满足轻量化需求，比强度、比模量远高于传统金属合金，是机器人轻量化核心材料，可应用于机械手等部位。我们测算，2027年全球人形机器人行业有望拉动碳纤维增量5287.5万吨，有望成为碳纤维下一个重要增长极。碳纤维扩产/降价/降本大周期已开启，开拓新领域可期，建议关注【中复神鹰】【光大同创】。
2.2
重点公司
2.2.1 中复神鹰：23Q3费用端规模效应初步体现，关注高端碳纤维拓宽应用领域
23Q3利润环比承压，主因部分领域碳纤维价格回落，费用端规模效应已初步体现：
量角度，公司西宁二期1.4万吨碳纤维项目于23Q2全面投产，目前总产能达2.85万吨，我们预计随着西宁二期产能逐步爬坡，23Q3销量环比23Q2有一定提升。
价角度，23Q3华东T700-12K碳纤维价格同比降幅约39%、环比降幅约8.7%（来源：百川盈孚）。中小丝束价格环比仍有下降，预计与需求端如碳碳复材等领域承压以及市场竞争加剧有关。
成本角度，23Q3丙烯腈均价8506元/吨，同比-10.6%、环比-4.2%。
费用方面，23Q3期间费用率18.8%，同比+3.1pct、环比-2.3pct。考虑到期间费用率环比下降+销量环比提升，我们预计23Q3费用端规模效应已初步体现。
单位盈利方面，考虑到23Q3公司毛利率32.12%，同比-19.57pct、环比-4.17pct，23Q3扣非归母净利同比-66.2%、环比-18.9%，我们预计单吨扣非净利同/环比有一定程度下滑。
降价/降本大周期开启，关注高端碳纤维拓宽应用领域：公司T700级及以上产品国内市占率保持50%+，其中国内储氢气瓶领域市占率80%、碳/碳复材领域市占率60%。我们看好高端碳纤维降价后拓宽应用领域，如人形机器人、电子3C、航空航天等。技术研发精进，持续降本可期。公司上半年已实现单套5000吨/年PAN原液的稳定化均质化制备和精细化控制，纺丝速度达到450m/min，单线规模达5000吨/年；同时成功制备出干喷湿纺T700级48K大丝束碳纤维，产品兼顾小丝束的工艺性能和大丝束的低成本优势。
投资建议：考虑到高性能碳纤维有一定幅度降价，我们调整业绩预期为2023-2025年公司归母净利润3.79、5.02、7.75亿元，现价对应PE分别为66、50和32X。我们看好①碳纤维需求多维成长，国产替代正当时，②降价/降本大周期开启，关注高端碳纤维拓宽应用领域，③公司产品型号基本对标日本东丽，下游应用领域广，高端民品业务占比高，客户优质。维持“推荐”评级。
风险提示：行业新增产能投放的风险；需求增速不及预期；原材料价格大幅波动。
2.2.2 光大同创：消费电子碳纤维领域实现国产替代
光大同创致力于为消费电子产品制造商提供一体化防护与功能产品解决方案，2023Q1-Q3光大同创收入7.05亿，同比-7.8%，归母净利0.87亿，同比-5.8%。
收入拆分：公司产品分为防护性产品和功能性产品，23H1防护性产品收入占比为54%、功能性产品为41%。防护性产品未来会采用更具有环保属性的竹塑和热塑类材料，助力消费电子企业去塑化；功能性产品包括模切和碳纤维产品。
光大同创碳纤维业务于2019年初立项，前期主要专注于相关专利技术研发，已实现板材及后制成工序自产能力的配套产能释放。目前公司碳纤维产品主要运用在笔记本电脑外壳，可以减轻重量并提高结构强度。未来在折叠屏手机、显示屏、家电、无人机、VR、机器人等领域，碳纤维渗透率加速提升。
#3
风险提示
1）新应用领域拓展不及预期。我们测算，2027年全球人形机器人行业有望拉动碳纤维增量5287.5万吨，有望成为碳纤维下一个重要增长极。但若新应用领域拓展不及预期，可能出现碳纤维下游需求消纳不及预期的风险。
2）行业新增产能投放的风险。近2年国内碳纤维扩产幅度较大，2021-2022年国内碳纤维新增产能分别为2.67、4.93万吨，年末在产产能同比增速分别为74%、79%。行业新增产能若持续投放，可能导致碳纤维行业供需格局恶化、价格持续低位的风险。
3）原材料价格大幅波动。上游原材料丙烯腈如果出现大幅波动，可能会对碳纤维公司成本端造成一定影响，进而拖累毛利率。（来源：民生建材&新材料）
