碳纤维系列报告之(一):碳纤维概览及生产壁垒详解

类别:行业 机构:安信证券股份有限公司 研究员:孟瞳媚/张汪强 日期:2020-07-29

碳纤维指的是含碳量超过90%的纤维状碳材料,凭借密度小、强度高、耐腐蚀、易成型等特点,已成为轻量化材料的重要一员,逐步取代以往的金属材料,在民用和军事领域已成为核心应用材料。鉴于碳纤维的重要战略意义,上世纪60 年代至今,从政府层面到产业层面,对碳纤维行业的发展都倾注了大量的心血,一代一代的科学家和工程师为中国碳纤维独立自主发展贡献了自己的力量。在2008 年以前,国内碳纤维生产产量小、品质稳定性不高、性价比优势不明显。2008 年后,中国的碳纤维企业在军品纤维生产方面实现了真正的突破,并在低成本民品纤维的研发开发上进行大量投入、以与海外产品展开正面竞争。中国碳纤维行业已经迎来了最佳发展时期,这也是我们撰写本篇报告的出发点和初心,希望通过我们对行业资料的梳理,帮助投资者了解中国碳纤维行业,并发现其中的投资价值。

    碳纤维系列报告分为三篇,此为第一篇,主要梳理碳纤维的分类及生产工艺,并从生产技术角度讨论碳纤维生产壁垒高在哪里、国内在突破碳纤维低生产成本道路上面临的挑战点是什么。

    碳纤维的分类:(1)按照强度和模量分类,有T300/700/800、M40J/55J等型号,T 系列应用范围最广,如航空航天、工业等领域;而M 系列产品更高端,主要用于航天、高端体育休闲等。(2)按丝束大小分,大丝束强度和刚度方面的性能比小丝束差,主要用于风电叶片、汽车等领域,被称为“工业级”碳纤维;小丝束主要应用于航空航天等领域,被称为“宇航级”碳纤维。(3)按原料分类,包括PAN/沥青/粘胶基碳纤维,其中PAN基为主流。

    碳纤维及复材生产工艺比较:碳纤维生产主要分为两步,即单体聚合并纺成原丝,接下来原丝氧化碳化成碳丝(碳纤维)。按纺丝方法可分为湿法、干法、干湿法等,其中干湿法生产效率高、生产出的碳纤维品质好、生产成本更低。

    碳纤维生产壁垒高,我国技术突破及成本优化任重道远。(1)碳纤维生产过程繁杂,任何一道工序出现问题都会影响产品质量,所以在纺丝液粘度、温度及时间、真空度等指标控制上非常严格且需要丰富的经验。(2)折旧和能源在碳纤维生产成本中约占40%,行业具有明显的规模经济性:从千吨线到万吨线,成本可降低30%至17.44 美元/kg,若再将干喷湿纺工艺继续优化、提高纺丝速度,则成本可降低至12-13 美元/kg。国内企业大丝束成本跟东丽等海外龙头相比存在较大差距,仍需在提高纺丝速度、设备国产化等方面重点攻关。(3)国内碳纤维生产龙头企业包括光威复材、中简科技等,近年来公司不断突破及优化生产工艺,生产负荷有明显提高,使得毛利率也有较大幅度提升。

    风险提示:工艺开发及改进风险;安全生产风险;价格下滑风险。