国金证券研究报告指出，碳纤维凭借轻质高强、耐高温、耐腐蚀等优异性能，成为机器人实现轻量化的核心材料。碳纤维复合材料密度仅1.45g/cm³，比强度是钢的7.8倍、铝的6倍、钛的4.9倍。制作相同强度的机械手臂，选用碳纤维复合材料可将总质量控制在5-15kg。中国碳纤维产能从2019年2.67万吨增长至2024年13.55万吨（复合增速38%），占全球总产能47.7%，已成为全球碳纤维第一大国。吉林化纤和中复神鹰双龙头格局（合计市占率45%），人形机器人量产将为碳纤维带来新的需求增长点。
碳纤维：比强度钢7.8倍，机械手臂重量降至5-15kg
碳纤维是用腈纶和粘胶纤维作原料，经高温氧化碳化而成、含碳量90%以上的高强度高模量纤维，耐高温居所有化纤之首。碳纤维的密度极低（1.45g/cm³），仅为钢（7.8）的18.6%、铝（2.8）的51.8%、钛（4.5）的32.2%。比强度（强度/密度）1.029是钢（0.132）的7.8倍、铝（0.172）的6倍、钛（0.21）的4.9倍；比模量（模量/密度）95是钢（26）的3.7倍、铝（26）的3.7倍、钛（25）的3.8倍。碳纤维还具备耐高温（可在2000℃以上使用）、耐腐蚀、良好导热导电性、优异力学性能、易加工和设计灵活性等特点。
在机器人领域，碳纤维复合材料在机械臂中应用最为广泛。CFRP机械手臂通过裁布、卷布、设计、整体成型、打磨、涂装、包装等工艺流程制造。人形机器人的机械臂需要频繁运动，轻量化可降低关节电机负荷、减少能耗、提高响应速度和操作精度。随着人形机器人量产推进，碳纤维在机器人骨架、机械臂、手指等结构件中的应用占比将持续提升。碳纤维还具备良好的抗疲劳性和震动减性，适用于需要高强度和高耐久性的机器人应用场景。
中国碳纤维产业：产能13.55万吨全球第一，自给率持续提升
中国碳纤维产业实现了跨越式发展。产能从2019年2.67万吨增长至2024年13.55万吨，复合增速达38%，占全球总产能47.7%，已成为全球碳纤维第一大生产国。产量从2019年1.2万吨增长至2024年5.9万吨（复合增速约37%）。产能利用率2024年回落至44%，主要因产能扩张速度快于下游需求增速。产能格局相对集中，吉林化纤市占率24%位居第一，中复神鹰21%位居第二，CR2达45%，其他主要企业包括新创碳谷、宝旌、上海石化、光威复材、江苏恒神等。
碳纤维自给率持续提升。进口量从2021年高点3.3万吨回落至2024年1.6万吨；出口量2024年同比增长120%达1.5万吨。进口下降+出口增长的趋势表明国产碳纤维的竞争力显著增强。下游消费结构方面，风电叶片占比38%为第一大应用，体育休闲23%、碳碳复材11%、航空航天6%、压力容器6%、汽车4%、建筑3%、电子电气2%。人形机器人量产将为碳纤维开辟全新的增量市场，在机器人轻量化的刚性需求下，碳纤维渗透率有望快速提升。
碳纤维在机器人中的价值：轻量高强+设计灵活
碳纤维在机器人中的应用价值体现在三个方面。第一，轻量化——CFRP密度仅1.45g/cm³，制作相同强度的机械手臂，碳纤维复合材料可将总质量控制在5-15kg，而金属机械手臂重量通常在30-50kg以上。对于双足人形机器人，每减轻1kg自重都可降低关节电机扭矩需求、延长续航时间。第二，高比强度和高比模量——CFRP满足机器人对高强度、高刚度和低重量的多重需求，在保持机械手臂精度的同时降低运动惯量。第三，设计灵活性——碳纤维复合材料可通过调整铺层方向和厚度实现力学性能的各向异性定制，优化结构受力分布，实现金属材料难以达到的结构效率。
碳纤维在机器人中的渗透率提升趋势明确。当前人形机器人仍处于从实验室走向量产的过渡阶段，金属材料（铝合金、钛合金）仍是骨架和结构件的主流选择。随着人形机器人量产规模扩大，对轻量化的要求将更加迫切。碳纤维成本持续下降（国产碳纤维价格已大幅降低）、自给率提升、加工工艺不断成熟，将加速碳纤维在机器人中的渗透。特斯拉Optimus系列已采用碳纤维增强复合材料，其他头部机器人厂商也将在量产版中加大碳纤维应用比例。
表3：中国碳纤维产能格局与下游需求（2024年）| 企业 | 产能市占率 | 下游应用 | 需求占比 |
|---|
| 吉林化纤 | 24% | 风电叶片 | 38% |
| 中复神鹰 | 21% | 体育休闲 | 23% |
| 其他 | 55% | 碳碳复材 | 11% |
| — | — | 航空航天 | 6% |
| — | — | 压力容器 | 6% |
| — | — | 汽车 | 4% |
碳纤维投资逻辑与受益标的
碳纤维的投资逻辑围绕三条主线展开。第一，人形机器人量产带来的增量需求——当前人形机器人进入从0到1的量产拐点，单台机器人碳纤维用量有望从数公斤增长至数十公斤，机器人领域将成为碳纤维新的百亿级市场。第二，国产碳纤维成本持续下降——随着产能规模扩大和技术成熟，国产碳纤维价格已大幅降低，为在机器人等民用领域的规模化应用创造了条件。第三，自给率提升带来的国产替代空间——进口量回落、出口量增长的趋势表明国产碳纤维竞争力持续增强，龙头企业将受益于国内需求增长和出口市场拓展。
碳纤维行业建议关注具备规模化产销能力的龙头企业。中复神鹰（产能2.85万吨，国内第二，技术领先，民用碳纤维龙头）、吉林化纤（产能4.9万吨，国内第一，大丝束碳纤维龙头）、光威复材（国内碳纤维行业领军企业，军品民品双轮驱动）、中简科技（ZT9H新一代碳纤维产品需求超预期）、吉林碳谷（碳纤维原丝龙头，产业链一体化布局）。随着人形机器人量产进程加速，碳纤维轻量化需求有望迎来快速增长，龙头企业将率先受益。
