碳纖維行業(yè)研究新興領(lǐng)域需求爆發(fā)航空航天領(lǐng)域需求靜待復蘇

碳纖維行業(yè)研究-新興領(lǐng)域需求爆發(fā)航空航天領(lǐng)域需求靜待復蘇核心觀點：碳纖維是一種輕質(zhì)高強度高模量的新型材料。碳纖維是一種含碳量在90%以上的高強度、高模量纖維的新型纖維材料。它的單絲直徑通常只有5到10微米，相當于一根頭發(fā)絲的十到十二分之一，強度卻在鋁合金4倍以上。400kg普通鋼所能達到的強度，碳纖維僅需160kg即可到達，減重可達60%。此外，碳纖維還具有耐高溫、抗摩擦、導熱及耐腐蝕等特性，很受現(xiàn)代工業(yè)的歡迎。碳纖維的制備流程長且復雜，其中的原絲制備、預(yù)氧化等環(huán)節(jié)均對工藝提出了較高的要求，具有一定的技術(shù)壁壘。全球碳纖維需求持續(xù)增長，多領(lǐng)域應(yīng)用全面開花。2021年全球碳纖維需求總量11.8萬噸，同比2020年增長10.4%，2008-2021年均復合增長率9.5%。碳纖維在多個工業(yè)領(lǐng)域均有應(yīng)用，其中2021年需求量最多的四個領(lǐng)域為風電葉片3.3萬噸，占比28.0%；體育休閑1.9萬噸，占比15.7%；航空航天1.7萬噸，占比14.0%；壓力容器1.1萬噸，占比9.3%。按增速來看，四個領(lǐng)域中增長較快的是壓力容器和體育休閑，需求量同比2020年分比增加了25.0%和20.1%。此外，風電葉片需求增加了7.8%，航空航天增加了0.3%。單價方面，航空航天領(lǐng)域是其他各領(lǐng)域平均售價的3倍左右。1、碳纖維是一種輕質(zhì)高強度高模量的新型材料1.1、碳纖維：一種高強度高模量的新型材料碳纖維是一種含碳量在90%以上的高強度、高模量纖維的新型纖維材料。它的單絲直徑通常只有5到10微米，相當于一根頭發(fā)絲的十到十二分之一，強度卻在鋁合金4倍以上，并且具有耐高溫、抗摩擦、導熱及耐腐蝕等特性。由于其具有碳材料的固有本征特性，又兼?zhèn)浼徔椑w維的柔軟可加工性，是新一代增強纖維，這也使其在航空航天、風電、壓力容器及體育運動制品中很受歡迎。碳纖維由于其密度較小，因此比強度和比模量比較高，通過與樹脂、金屬、陶瓷及炭等復合，可制造各種先進復合材料。碳纖維增強環(huán)氧樹脂復合材料，其比強度及比模量在現(xiàn)有工程材料中是最高的。1.2、碳纖維的物理特性：強抗拉力、柔軟可加工、纖度好碳纖維拉伸強度約為2到7GPa，拉伸模量約為200到700GPa，密度約為1.5到2.0克每立方厘米，在所有高性能纖維中具有最高的比強度和比模量。想要達到400公斤普通鋼的強度，需要優(yōu)質(zhì)鋼320公斤，鋁合金240公斤，使用鎂合金的話則需要200公斤，而使用碳纖維則僅需160公斤，材料減重效果顯著。而通過與各種材料在彈性模量、拉伸強度等參數(shù)方面的對比，可以看出碳纖維相對于其他材料在力學性能上的巨大優(yōu)勢。此外，碳纖維還具有柔軟可加工、纖度好（一般僅約為19克）等特點。1.3、碳纖維的化學特性：對一般酸堿均顯惰性碳纖維的化學性質(zhì)與碳相似，它除能被強氧化劑氧化外，對一般的有機溶劑、酸、堿都具有良好的耐腐蝕性，不溶不脹，耐蝕性出類拔萃，完全不存在生銹的問題。有學者在1981年將PAN基碳纖維浸泡在強堿氫氧化鈉溶液中，時間已過去30多年，它仍保持纖維形態(tài)。由于碳纖維的電動勢為正值，而鋁合金的電動勢為負值，當碳纖維復合材料與與鋁合金組合應(yīng)用時會發(fā)生金屬碳化、滲碳及電化學腐蝕現(xiàn)象，因此碳纖維在使用前須進行表面處理。碳纖維還有耐油、抗輻射、抗放射、吸收有毒氣體和減速中子等特性。1.4、碳纖維的分類：按照產(chǎn)品規(guī)格可分為小絲束和大絲束碳纖維按產(chǎn)品規(guī)格的不同被劃分為小絲束和大絲束。碳纖維大絲束和小絲束劃分的根本來源于碳纖維原絲數(shù)量，如1K、3K、6K、12K、24K和48K等，K就是千的意思。一簇碳纖維絲束，可以包含成千上萬根的碳纖維原絲。原絲數(shù)量越多，絲束越大，反之越小，大小絲束就此劃分。一般來說，小絲束碳纖維是指原絲數(shù)量每簇不超過24,000根的碳纖維，目前主要用于要求高性能和高質(zhì)量的高端應(yīng)用場景，如航空航天，是最早工業(yè)量產(chǎn)的碳纖維；大絲束碳纖維一般指絲束在48,000根以上的碳纖維，成本及售價相對于小絲束均較低，適用于對成本比較敏感的領(lǐng)域，如風電、壓力容器等。1.5、PAN基碳纖維制造工藝：從原油到應(yīng)用碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈上游屬于石油化工行業(yè)，主要通過原油煉制、裂解、氨氧化等工序獲得丙烯腈；碳纖維企業(yè)通過對以丙烯腈為主的原材料進行聚合反應(yīng)生成聚丙烯腈，再以其紡絲獲得聚丙烯腈原絲，繼而經(jīng)過氧化爐、碳化爐、石墨化爐、表面處理、上漿等工藝，將以聚丙烯腈結(jié)構(gòu)為主的原絲經(jīng)過碳化等工藝變?yōu)橐允w維結(jié)構(gòu)為主的碳纖維，最后通過對碳纖維和高質(zhì)量樹脂的加工獲得滿足應(yīng)用需求的碳纖維復合材料。1.6、碳纖維生產(chǎn)工藝的技術(shù)要點：原絲制備、缺陷控制、預(yù)氧化等均很重要實現(xiàn)原絲高純化、高強化、致密化以及表面光潔無暇是制備高性能碳纖維的首要任務(wù)。碳纖維系統(tǒng)工程需從原絲的聚合單體開始。原絲質(zhì)量既決定了碳纖維的性質(zhì)，又制約其生產(chǎn)成本。優(yōu)質(zhì)PAN原絲是制造高性能碳纖維的首要必備條件。雜質(zhì)缺陷最少化是提高碳纖維拉伸強度的根本措施。雜質(zhì)和缺陷在很大程度上會影響原絲的一致性，對碳纖維強度影響很大。在某種意義上說，提高強度的過程實質(zhì)上就是減少、減小缺陷的過程。1.7、碳纖維的應(yīng)用領(lǐng)域：小絲束主要用于航空航天，大絲束用于一般工業(yè)小絲束碳纖維的抗拉強度較為穩(wěn)定，離散型較小，變異系數(shù)控制在5%以下，這是因為膠液的滲透更到位。而大絲束碳纖維的變異系數(shù)在15-18%左右，離散型更好，但綜合性能穩(wěn)定程度較低。這是因為絲束越大，聚集越容易，但同時展紗效果也就越差，浸潤膠液的效果也就越差，加上單絲中容易發(fā)生空隙等問題，導致大絲束碳纖維的性能目前不如小絲束。因此小絲束目前在對性能及穩(wěn)定性要求較高的領(lǐng)域，如航空航天中應(yīng)用較廣，而大絲束則主要應(yīng)用于對成本較為敏感的一般工業(yè)領(lǐng)域。2、全球碳纖維需求持續(xù)增長，重點關(guān)注航空航天、風電、壓力容器等領(lǐng)域2.1、需求量風電占比最高，銷售額航空航天占比第一根據(jù)賽奧碳纖維的測算，2021年全球碳纖維需求總量118,000噸，同比增長10.4%；銷售額34億美元，同比增長30.1%，主要是由于2021年碳纖維供不應(yīng)求導致了價格上漲。需求量方面，排名前三位的領(lǐng)域分別為風電葉片33,000噸，體育休閑18,500噸，航空航天16,500噸，占比14.0%。銷售額方面，前三位的領(lǐng)域分別為航空航天11.9億美元，風電葉片5.5億美元，體育休閑5.1億美元。2.2、各地區(qū)碳纖維的需求領(lǐng)域存在結(jié)構(gòu)性差異根據(jù)東麗的測算，各地區(qū)碳纖維的需求領(lǐng)域存在一定的結(jié)構(gòu)性差異。2021年，除日本以外的亞洲地區(qū)對碳纖維的需求量最高，為53,700噸，其中前兩位的需求來自于風力發(fā)電及體育休閑領(lǐng)域；歐洲對碳纖維的需求量為33,100噸，前三位的需求領(lǐng)域分別是風力發(fā)電、汽車及航空航天；

北美對碳纖維的需求為23,600噸，前三位的需求分別為風力發(fā)電、壓力容器及航空航天；日本需求量約為2,800噸，前三位需求來自復合材料、建筑及航空航天。2.3、2021年全球碳纖維運行產(chǎn)能20.8萬噸2021年全球碳纖維運行產(chǎn)能20.8萬噸，其中東麗以5.8萬噸的產(chǎn)能遙遙領(lǐng)先，其余產(chǎn)能較高的生產(chǎn)廠商為吉林化纖1.6萬噸，赫氏1.6萬噸，帝人東邦1.5萬噸，三菱麗陽1.4萬噸。2021年風電行業(yè)的快速增長及風電葉片的技術(shù)進步使得該行業(yè)對碳纖維的需求快速增加，碳纖維供不應(yīng)求，我國產(chǎn)商紛紛啟動擴產(chǎn)計劃，其中吉林化纖預(yù)計增加產(chǎn)能2.7萬噸，寶旌預(yù)計增加產(chǎn)能2.1萬噸，其余廠商除中簡科技之外的擴產(chǎn)計劃也在1萬噸及以上。而國外廠商則表現(xiàn)的較為克制，除日本東麗、韓國曉星及土耳其DowAksa之外，均無擴產(chǎn)計劃。2.4、預(yù)計2030年全球碳纖維市場規(guī)模將達115億美元隨著疫情的緩解，航空航天業(yè)對碳纖維的需求將逐步恢復，我們預(yù)計至2025年碳纖維全球市場規(guī)模將達到58億美元，年均復合增長率14.1%。2030年市場規(guī)模將相對2025年翻倍，達到115億美元，期間年均復合增長率約為14.9%。2.5、碳纖維價格受成本、供應(yīng)、需求以及其他不確定因素影響碳纖維價格變化主要受到成本、供應(yīng)、需求以及其他不確定因素影響。2019年以來，隨著國內(nèi)碳纖維市場需求的快速增長，國產(chǎn)碳纖維整體呈現(xiàn)供不應(yīng)求的局面，產(chǎn)品價格逐步提高。2022年國內(nèi)外碳纖維需求走弱，碳纖維價格有所回落。2.6、航空航天：銷售額最高的碳纖維下游應(yīng)用市場盡管受到疫情的影響，航空航天業(yè)對碳纖維的需求出現(xiàn)不小的下降，但是由于適用于該領(lǐng)域的碳纖維的單價較高，該領(lǐng)域依然是銷售額最高的碳纖維下游應(yīng)用市場。2021年航空航天業(yè)碳纖維需求約1.6萬噸，占比14%，銷售額11.9億美元，占比34.9%。我們預(yù)計航空航天領(lǐng)域的碳纖維需求將自2024年開始恢復增長，2025年需求量有望重新突破2萬噸。從細分板塊來看，2021年商用飛機需求量為5800噸，占比35.3%；無人機需求量3450噸，占比21.0%；軍用飛機需求量2600噸，占比15.8%。這三個細分領(lǐng)域也是航空航天業(yè)中碳纖維應(yīng)用最為成熟的領(lǐng)域。2.7、風電：全球風電裝機容量增長勢頭不減風電由于其清潔無污染的特點，在全球“碳中和”的背景下，裝機容量近年迅速增加。2021年全球風電累計裝機837GW，同比2020年增長12.6%。GWEC預(yù)計至2025年全球風電累計裝機1218GW，年均復合增長率為9.9%。俄烏戰(zhàn)爭爆發(fā)后，全球石化能源市場供應(yīng)緊張，疊加“碳中和”的背景，預(yù)計未來風電裝機量仍將維持較高速度的增長。2.8、壓力容器：氫能源車有望快速增長盡管現(xiàn)在提到新能源車，人們都會默認指電動車，然而相對于電動車，氫能源車有著補充能源時間短但排放依然為零的優(yōu)點。對于重卡等需要長續(xù)航的車輛，氫能源車是電動車的很好補充。根據(jù)《美國氫能經(jīng)濟路線圖》發(fā)布的規(guī)劃，美國計劃至2030年推廣氫能源車530萬輛，預(yù)計在全美范圍內(nèi)建設(shè)5600個加氫站。PrecedenceResearch報告指出，2021年全球氫能源市場規(guī)模6.5億美元，預(yù)計2030年將增加至432億美元，年均復合增長率約59%。2.9、體育休閑：疫情加快了需求的增長速度體育休閑是碳纖維商業(yè)化應(yīng)用最早的領(lǐng)域，很多碳纖維生產(chǎn)商包括龍頭東麗均是從這個領(lǐng)域切入的碳纖維市場。在2021年之前，體育休閑對碳纖維的需求一直呈平穩(wěn)上漲的態(tài)勢，但2021年需求上升速度突然加快，東麗也表示2021年對公司碳纖維需求增長最快的領(lǐng)域為體育休閑。這主要是由于盡管2021年疫情有所緩解，但是旅游業(yè)依然沒有恢復。作為旅游替代的體育休閑因而出現(xiàn)了快速增長。2021年體育休閑對碳纖維的需求約為1.9萬噸，同比上年增長20.1%。需求占比前三位的細分領(lǐng)域為釣魚竿、高爾夫及自行車，占比分別為35.1%，22.2%及19.5%。我們預(yù)計2025年體育休閑對碳纖維的需求將超過2.2萬噸，年均復合增長率5.0%。3、重點企業(yè)分析3.1.1、東麗：全球碳纖維領(lǐng)軍企業(yè)東麗是一家總部位于日本東京的材料公司，其碳纖維業(yè)務(wù)可以追溯至1971年。目前東麗碳纖維業(yè)務(wù)的市場份額在碳纖維整體市場及大小絲束分市場均屬第一。根據(jù)公司數(shù)據(jù)，2020年東麗小絲束碳纖維業(yè)務(wù)在整體市場的市占率為17%，大絲束的市占率為25%，整體市占率為42%。分市場來看，東麗在小絲束市場市占率為33%，大絲束市場市占率為51%。2022年3月財年，公司營業(yè)收入為22285億日元，同比增長18.3%；營業(yè)利潤1321億日元，同比增長46.3%，營業(yè)利潤率為5.9%。公司預(yù)計，2023年3月財年營收為26250億日元，同比增加17.8%，營業(yè)利潤1400億日元，同比增加6.0%，營業(yè)利潤率5.3%。3.1.2、帝人：聚焦小絲束碳纖維業(yè)務(wù)帝人是一家日本化學公司，主要生產(chǎn)各種合成纖維，也涉足醫(yī)藥和IT業(yè)，其在日本東京及大阪均設(shè)有總部。帝人集團的碳纖維業(yè)務(wù)歸屬于其旗下東邦公司，其2020年在小絲束碳纖維市場的市占率約為13%，僅次于東麗。2022年3月財年，公司營業(yè)收入為9261億日元，同比增長10.7%；營業(yè)利潤442億日元，同比下降19.5%，營業(yè)利潤率為4.8%。公司預(yù)計，2023年3月財年營收為10000億日元，同比增加8.0%，營業(yè)利潤500億日元，同比增加13.1%，營業(yè)利潤率5%3.1.3、三菱化學：重視碳纖維回收循環(huán)商業(yè)模型的構(gòu)建三菱化學自1950年成立至今已有57年的歷史，以石油化學，功能產(chǎn)品，衛(wèi)生保健領(lǐng)域為支柱，已發(fā)展成為擁有下屬企業(yè)371家，其中113家在世界17個國家開展業(yè)務(wù)的跨國企業(yè)。2020年公司在小絲束碳纖維市場的份額為10%左右。2022年3月財年，公司營業(yè)收入為39769億日元，同比增長22.1%；營業(yè)利潤2723億日元，同比增長55.9%，營業(yè)利潤率為6.8%。公司預(yù)計，2023年3月財年營收為44360億日元，同比增加12%，營業(yè)利潤2750億日元，同比增加1%，營業(yè)利潤率6.2%。3.1.4、赫氏：美國軍工航空碳纖維主要供應(yīng)商赫氏是美國最大的碳纖維生產(chǎn)公司，也是美國軍工航空碳纖維的主要供應(yīng)商。2021年公司營業(yè)收入13.2億美元，同比上年下降11.8%，營業(yè)利潤0.59億美元，同比下降58.7%，主要原因是疫情對商用航空的影響尚未消退，業(yè)界對公司產(chǎn)品的需求未完全恢復。公司預(yù)計2022年全年營收將在15億美元到16億美元，調(diào)整EPS為美股1美元到1.24美元，資本支出7500萬美元，自由現(xiàn)金流將超過1.5億美元。3.1.5、中簡科技：持續(xù)擴產(chǎn)高性能碳纖維強化競爭優(yōu)勢公司主要生產(chǎn)ZT7及以上級高性能碳纖維系列產(chǎn)品，在基礎(chǔ)研發(fā)、技術(shù)要求、工藝規(guī)范等方面與一般民用產(chǎn)品有所不同，是航空航天高端碳纖維應(yīng)用高技術(shù)壁壘和高起點競爭的體現(xiàn)。公司前三季度實現(xiàn)營業(yè)收入5.19億元，同比增長72.8%，歸屬于上市公司股東的凈利潤3.2億元，同比增長120.84%。3.1.6、光威復材：國內(nèi)碳纖維行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)，新產(chǎn)品取得突破性進展公司是國內(nèi)碳纖維領(lǐng)先企業(yè)，2022年前三季度歸母凈利潤實現(xiàn)快速發(fā)展。2022年前三季度公司實現(xiàn)營業(yè)收入約19.40億元，同比下降1.14%，實現(xiàn)歸屬于上市公司股東凈利潤約7.50億元，同比增長21.36%；其中，第三季度實現(xiàn)營業(yè)收入6.26億元，同比下降7.87%，實現(xiàn)歸屬于上市公司股東凈利潤2.45億元，同比增長32.86%。3.1.7、中復神鷹：國內(nèi)率先突破干噴濕紡技術(shù)公司碳纖維產(chǎn)品涵蓋了高強型、高強中模型、高強高模型等，已基本實現(xiàn)對行業(yè)龍頭日本東麗的主要碳纖維產(chǎn)品的對標，主要碳纖維產(chǎn)品型號包括SYT45S、SYT49S、SYT55S、SYT65和SYM40等，產(chǎn)品在航空航天、風電葉片、體育休閑、壓力容器、碳/碳復合材料、交通建設(shè)等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。截至2022年6月30日，公司產(chǎn)能為14500噸/年，包括連云港生產(chǎn)基地的3500噸/年產(chǎn)能，以及西寧萬噸碳纖維項目于2022年5月建成并投產(chǎn)的11000噸/年產(chǎn)能，產(chǎn)能及產(chǎn)量均處于國內(nèi)碳纖維生產(chǎn)企業(yè)前列。3.1.8、吉林化纖：加速布局碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈，實現(xiàn)戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型公司2021年加速布局碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈，實現(xiàn)戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型。2021年2月公司投資1.98億元引進先進設(shè)備用于生產(chǎn)年產(chǎn)600噸的1K、3K小絲束特殊領(lǐng)域應(yīng)用的碳纖維；10月，一條生產(chǎn)線已經(jīng)成功開車，另一條生產(chǎn)