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碳纖維:輕量化應(yīng)用或是突破口

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2016-01-07  來源:民生宏觀  瀏覽次數(shù):37

碳纖維已經(jīng)從實驗室走向廣泛應(yīng)用,全球碳纖維需求不斷增長,國內(nèi)碳纖維仍顯落后,國家從“十二五”規(guī)劃開始,就把發(fā)展碳纖維等新材料作為國家的戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)發(fā)展。在國家政策和地方政府的支持下,許多碳纖維項目落地。碳纖維進一步擴大應(yīng)用需求,可能將著眼于“空陸風(fēng)”三大領(lǐng)域:1、航空航天;2、新一代汽車;3、風(fēng)機葉片。

上游碳纖維生產(chǎn)重點關(guān)注中復(fù)神鷹、江蘇恒神、江蘇航科;中游碳纖維預(yù)浸料和復(fù)合材料生產(chǎn)重點關(guān)注康得新(002450,股吧)、海源機械(002529,股吧)、中復(fù)連眾;下游碳纖維終端產(chǎn)品重點關(guān)注中復(fù)碳芯、遠(yuǎn)東電纜。

新三板碳纖維上市企業(yè)只有一家:恒神股份,隨著碳纖維市場進一步增長,未來盈利可期。

  1、碳纖維:新材料從實驗室走向廣泛應(yīng)用的典型

(一)碳纖維技術(shù)概覽

1、為什么碳纖維受熱捧?——質(zhì)輕、高強、穩(wěn)定性好

碳纖維,是一種含碳量在90%以上的無機高分子纖維。它的強度比鋼的大,密度比鋁的小,比不銹鋼還耐腐蝕,又能像銅那樣導(dǎo)電,是一種具有許多寶貴的電學(xué)、熱學(xué)和力學(xué)性能的新型材料,被譽為“黑色黃金”。碳纖維與最近的明星材料石墨烯是“同一家族”,可以說,碳纖維是由無數(shù)微小的石墨烯片(納米級別)按一定的取向堆積形成。這也解釋了為什么碳纖維和石墨烯都具有許多類似的電、熱、力學(xué)性質(zhì)。

2、碳纖維的分類有哪些?——主要是三類:制造原料、纖維數(shù)量、力學(xué)性能

碳纖維家族龐大,各種各樣的碳纖維具有不同的特點,所以有多種分類方式。

(1)按照碳纖維的制造原料分類,PAN基纖維是市場主流。

碳纖維主要分為聚丙烯腈基(PAN)碳纖維,瀝青基碳纖維,黏膠基(纖維素)碳纖維。PAN基碳纖維。因為PAN基纖維制備方法較為簡單,得到的產(chǎn)品抗彎抗壓性能又非常優(yōu)異,所以是目前碳纖維市場的主流,占90%以上。

(2)按照纖維數(shù)量分類,大絲/小絲應(yīng)用領(lǐng)域有所不同,小絲束價格昂貴

單根的碳纖維在機械強度上是達(dá)不到應(yīng)用需求的。實際使用的碳纖維都是由若干根碳纖維絲集束而成的。1K就代表一束碳纖維中有1000根絲。通常把1K、3K、6K、12K和24K的碳纖維稱為小絲束碳纖維,小絲束碳纖維主要應(yīng)用于軍工、航空領(lǐng)域,因此又被稱為“宇航級”碳纖維。價格與大絲束碳纖維相比更加高昂。36K以上的碳纖維稱為大絲束碳纖維,主要包括48K、60K、120K、180K、360K和480K。大絲束碳纖維目前主要應(yīng)用于汽車、風(fēng)力裝置、一般工業(yè)等領(lǐng)域,因此被稱為“工業(yè)級”碳纖維。

(3)按照力學(xué)性能分類,T、M各不同

籠統(tǒng)來講,碳纖維分為高強碳纖維、高模碳纖維,超高強碳纖維、超高模碳纖維。所謂高強,指的是較高的拉伸強度。拉伸強度越大,碳纖維越難被拉斷。高模,指的是較高的拉伸模量,拉伸模量越大,碳纖維越剛性,“寧折不彎”。但是在實際使用中,大家通常使用碳纖維世界龍頭企業(yè)——日本東麗(TORAY)的產(chǎn)品編號,如T300、T800、T1000、M55等來對應(yīng)不同性能的碳纖維。因為這些型號是Toray公司當(dāng)初按照強度下去分的,所以碳纖強度T300T600T700T800T1000,模量M30M40M46M50M60M65。

3、中外技術(shù)差距有多大?——高性能碳纖維以日企為標(biāo)桿,國內(nèi)仍在T300/T700水平

目前高強度、高模量的碳纖維基本被日美企業(yè)壟斷。原因是碳纖維制備工藝復(fù)雜,工藝參數(shù)需要大量精力和金錢摸索,容易形成壟斷。國內(nèi)目前仍在T300,T700的水平,更高質(zhì)量的碳纖維仍無法大規(guī)模生產(chǎn)。

(二)碳纖維制備工藝和生產(chǎn)設(shè)備極大的影響碳纖維質(zhì)量

碳纖維的制備工藝流程復(fù)雜,涉及工藝參數(shù)較多,積累這些參數(shù)往往需要幾年的周期。并且碳纖維生產(chǎn)設(shè)備的技術(shù)壁壘較高,國外領(lǐng)頭企業(yè)對生產(chǎn)設(shè)備實施封鎖禁售。這也是目前我國高性能碳纖維生產(chǎn)難以實現(xiàn)的根本原因。

目前主流的碳纖維是PAN基碳纖維,所以本文就以PAN基碳纖維為例介紹碳纖維的制備流程:

(1)丙烯腈單體制備

丙烯腈是大宗基本有機化工原料,主要通過丙烯氨化氧化過程得到,是制備聚丙烯纖維的重要單體。其純度與質(zhì)量直接影響合成碳纖維原絲的質(zhì)量。

(2)聚合反應(yīng)形成聚丙烯腈

丙烯腈單體聚合生產(chǎn)聚丙烯腈是極為重要的步驟。聚合反應(yīng)過程的快慢、原料在反應(yīng)釜中的分布、反應(yīng)溫度控制等都影響得到的聚丙烯腈的質(zhì)量。

(3)通過噴絲技術(shù)形成聚丙烯腈原絲

將聚丙烯腈溶于溶劑,再將聚丙烯腈與溶劑混合物通過類似淋浴似的噴絲頭噴出來,形成聚丙烯腈原絲。再生產(chǎn)過程中,會在原絲前端施加牽引力,將原絲變細(xì)變致密。在這個環(huán)節(jié)中,溶劑的選擇以及牽引力大小、牽引速度都是重要的工藝參數(shù)。并且工藝參數(shù)的精確程度與生產(chǎn)設(shè)備密切相關(guān)。

(4)預(yù)氧化原絲形成預(yù)氧絲

對于原絲——聚丙烯腈纖維,由于是一維的線性大分子鏈,所以難熱性差。通過預(yù)氧化過程(200~300℃)可以將其轉(zhuǎn)化成二維梯形結(jié)構(gòu)的大分子鏈,這樣才能經(jīng)受后續(xù)的更高溫度處理。這里涉及一個重要的設(shè)備——預(yù)氧化爐。預(yù)氧化爐的溫度梯度控制、送風(fēng)排風(fēng)控制以及原絲的牽引控制都是預(yù)氧化過程影響碳纖維質(zhì)量的重要因素。

(5)預(yù)氧絲經(jīng)過碳化處理或者進一步石墨化處理,得到初步碳纖維

所謂碳化過程,就是讓預(yù)氧化過的PAN纖維在高溫下裂解,逸出氫、氧、氮等小分子,最后留下碳元素的過程。通常溫度在1000~2000℃。此時得到的碳纖維內(nèi)部碳原子是雜亂無章排列的。其強度和模量都不是最優(yōu)。所以根據(jù)產(chǎn)品需要,后續(xù)還可以增加石墨化過程。石墨化就是碳材料內(nèi)部碳原子在更高溫度下(2000~3000℃)進行重新排列,慢慢趨向于完美六元網(wǎng)格的一個過程。此時的碳纖維的強度與模量都有顯著提升。預(yù)氧化技術(shù)和石墨化技術(shù)是制備高性能碳纖維的關(guān)鍵步驟,目前國產(chǎn)預(yù)氧化爐和石墨化爐的質(zhì)量與國外先進水平差距較大,在預(yù)氧化和石墨化環(huán)節(jié)突破生產(chǎn)技術(shù)和生產(chǎn)設(shè)備的屏障是我國碳纖維發(fā)展的重要方向。

(6)對碳纖維表面處理

經(jīng)歷碳化過程或者石墨化過程的PAN纖維已經(jīng)成為碳纖維。但這種碳纖維并不是所需的終端產(chǎn)品。通常碳纖維都會與樹脂、金屬、陶瓷等基體復(fù)合,形成功能多樣的碳纖維復(fù)合材料。碳纖維復(fù)合材料才是工業(yè)、航天、汽車等領(lǐng)域所需的使用材料。簡單的類比來說,碳纖維如同鋼筋,而基體如同水泥,鋼筋與水泥的組合才是房屋的構(gòu)筑材料。

而對碳纖維表面處理是為了增大纖維的比表面積,增強纖維表面的化學(xué)活性,從而讓后續(xù)的基體與碳纖維能夠緊密的結(jié)合,結(jié)合界面的好壞直接影響碳纖維復(fù)合材料的性能。

(7)碳纖維上漿處理

在生產(chǎn)過程中,由于機械摩擦,碳纖維表面容易起毛,或者出現(xiàn)單絲斷裂等現(xiàn)象,這樣會影響碳纖維的強度。并且,毛絲的出現(xiàn)也影響碳纖維與基體的結(jié)合。所以會在碳纖維表面再涂一層有機物保護層,減少碳纖維起毛斷絲的現(xiàn)象。

(8)得到碳纖維加工成碳纖維復(fù)合材料

如上文所提,碳纖維并不會直接進入應(yīng)用領(lǐng)域,而是使用樹脂、金屬、陶瓷等材料作為基體與之復(fù)合,形成強度、模量等綜合指標(biāo)合格的結(jié)構(gòu)材料,即碳纖維復(fù)合材料。目前使用最多、最廣泛的是樹脂基復(fù)合材料(CFRP),人們也不斷探索碳纖維加工成CFRP的方法,如樹脂傳遞模塑(RTM)、注射成型、拉擠成型等,這里不多做介紹。

  2、碳纖維市場規(guī)模巨大,主要看好“空陸風(fēng)”

(一)全球碳纖維產(chǎn)能不斷提升

隨著碳纖維在大型飛機、風(fēng)力發(fā)電、汽車工業(yè)等領(lǐng)域的需求不斷擴大,全球各大碳纖維生產(chǎn)企業(yè)都擴大了生產(chǎn)規(guī)模。2014年全球碳纖維產(chǎn)能約為12.90 萬噸,較2013年增加11%。按10%增長率計算,在2015年全球碳纖維產(chǎn)能達(dá)到14.19萬噸。

其中,日本東麗公司作為碳纖維行業(yè)龍頭,預(yù)計產(chǎn)能達(dá)到21.1千噸,占全球產(chǎn)能的13.6%。國內(nèi)碳纖維生產(chǎn)企業(yè)中復(fù)神鷹、江蘇恒神產(chǎn)能都在4000噸左右。即使從產(chǎn)能角度去看,中國企業(yè)與日美領(lǐng)先企業(yè)仍然有較大差距。

(二)日美企業(yè)在市場份額上占絕對優(yōu)勢

從市場份額來看,2014年全球碳纖維市場需求53.5千噸,約占總產(chǎn)能的41%。預(yù)測碳纖維需求將以10%左右的速度增長,在2015年達(dá)到59千噸。目前,絕大多數(shù)的市場份額被美日企業(yè)瓜分。在小絲束市場,日本三家企業(yè)東麗、東邦、三菱占市場54%的份額,緊隨其后的是美國Hexcel,臺灣臺塑等。在大絲束市場,美國的Hexcel與美國SGL公司占全球份額的73%,處于主導(dǎo)地位。

(三)國內(nèi)碳纖維已完成從無到有,發(fā)展較快

隨著國家政策支持力度的不斷增大及市場需求的日益增長,我國碳纖維技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化水平顯著提高。在過去20年實現(xiàn)了從無到有的突破。目前,國內(nèi)大小碳纖維生產(chǎn)企業(yè)近40家,國產(chǎn)碳纖維總產(chǎn)能達(dá)到1.5萬噸。其中,T300級碳纖維性能達(dá)到國際水平,已進入產(chǎn)業(yè)化發(fā)展階段;T700級碳纖維已建成千噸級生產(chǎn)線,產(chǎn)品進入應(yīng)用考核階段,低成本干噴濕紡T700級碳纖維已經(jīng)實現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn);T800級碳纖維噸級線建成并已實現(xiàn)批量生產(chǎn)。但高模高強的高等級碳纖維的制備技術(shù)仍與國際碳纖維企業(yè)有較大差距。

(四)政策大力支持,碳纖維受熱捧

1、日本政府大力推動,碳纖維產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟可持續(xù)發(fā)展

我國碳纖維的發(fā)展并不晚,不過遺憾的是,從20世紀(jì)70年代中期開始經(jīng)過近40年發(fā)展,我國的碳纖維產(chǎn)業(yè)仍無法與日本公司在市場上正面競爭。原因之一是日本在政策支持力度。日本政府高度重視高性能PAN基碳纖維相關(guān)技術(shù)的研發(fā),并給予人力、經(jīng)費上的大力支持,包括在“能源基本計劃”、“經(jīng)濟成長戰(zhàn)略大綱”和“京都議定書”“節(jié)省能源技術(shù)研究開發(fā)方案”等基本政策紅將碳纖維作為戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

其次是成立產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟。日本在碳纖維領(lǐng)域的領(lǐng)先地位,與日本碳纖維產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟密切相關(guān)。日本較早形成了產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟,聯(lián)盟成員覆蓋了整個碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈,形成聯(lián)盟內(nèi)的共同優(yōu)勢,加快碳纖維技術(shù)開發(fā)速度,為技術(shù)的開發(fā)和商業(yè)化提供了更好的環(huán)境。

2、國內(nèi)碳纖維國家重點扶持,將加速發(fā)展

國家從“十二五”規(guī)劃開始,就把發(fā)展碳纖維等新材料作為國家的戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)發(fā)展。在國家政策和地方政府的支持下,許多碳纖維項目落地。最近,“十三五”規(guī)劃即將出臺,碳纖維材料大概率入選其中。在十三五期間,企業(yè)的自主創(chuàng)新能力、高性能碳纖維的生產(chǎn)設(shè)備與制備工藝依然是國家重點扶持的方向,也是國內(nèi)碳纖維企業(yè)需要重點攻關(guān)的方向。

(五)碳纖維應(yīng)用前景:最看好“空陸風(fēng)”

20世紀(jì)60年代到70年代,碳纖維走出實驗室,在火箭與太空飛船等軍事領(lǐng)域有少量應(yīng)用,那時碳纖維制備成本高昂,下游需求很少,與目前的石墨烯行業(yè)十分類似。隨著研究的深入和制備成本的降低,碳纖維逐漸應(yīng)用于運動器材等領(lǐng)域。在20世紀(jì)末,碳纖維開始大規(guī)模應(yīng)用于飛機、汽車制造,極大的推動了碳纖維產(chǎn)業(yè)的成熟與發(fā)展。時至今日,全球碳纖維產(chǎn)量超過5萬噸,平均成本低于5美元每磅。據(jù)美國AJR顧問公司預(yù)測,碳纖維全球銷售額將由2011年的16億美元增長至2020年的45億美元,碳纖維復(fù)合材料將從2011年的161億美元增長至2020年的487億美元。

碳纖維及復(fù)合材料最早進入民用領(lǐng)域是體育休閑用品。主要應(yīng)用是自行車、釣魚竿、高爾夫球桿和網(wǎng)球拍等等體育用品。據(jù)調(diào)研,目前全球體育休閑市場對碳纖維的需求占總需求的16%,但這一部分需求已經(jīng)接近飽和。預(yù)計到2020年這一比例將降低到5%。航空航天已經(jīng)工業(yè)應(yīng)用將占95%以上的需求。其中工業(yè)需求中,預(yù)計汽車與風(fēng)機葉片將大幅增長,帶動全球碳纖維產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

1、高性能碳纖維逐漸進入民用航空領(lǐng)域

隨著國際油價不斷攀升,以及對飛機飛行時間和可靠性的更高要求,碳纖維逐漸走進飛機結(jié)構(gòu)材領(lǐng)域,挑戰(zhàn)鋁合金的統(tǒng)一地位。據(jù)報道,商用飛機每減重一公斤,一年就能節(jié)約3000美元的燃料。遠(yuǎn)程火箭、太空飛船每減重一公斤,就能節(jié)約10,000美元的燃料。統(tǒng)計顯示,目前碳纖維復(fù)合材料在小型商務(wù)飛機和直升飛機上的使用量已經(jīng)在70~80%,在軍用飛機上占30~40%,在大型客機上占10~50%。2014年CCeV統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示,航空航天市場所需碳纖維在數(shù)量占比29%,但是總市場金額占到了48%,說明該領(lǐng)域使用的多是高價值的碳纖維。

空中客車公司的A380飛機的主要結(jié)構(gòu)中,22%采用了碳纖維復(fù)合材料,飛機尾翼和最大直徑超過6米的后機身都是由碳纖維復(fù)合材料制造。這些碳纖維復(fù)合材料由Hexcel公司和Cytec公司提供。專家稱,對于同樣的強度,碳纖維復(fù)合材料要比相同的金屬結(jié)構(gòu)輕15%到25%。例如A380的中心翼盒比相同的鋁制材料輕3噸左右,按估算每年可以節(jié)省900萬美元的燃油費??湛凸镜腁350XWB飛機使用碳纖維復(fù)合材料的比例高達(dá)53%,主要使用在機身壁板、龍骨梁、機翼和尾翼等,據(jù)估計每架飛機的碳纖維復(fù)合材料用量超過400萬美元。而提供這些碳纖維復(fù)合材料的依然是Hexcel公司。

波音公司在2007年推出的787飛機,碳纖維復(fù)合材料占比也超過了50%。一架飛機使用超過30噸的碳纖維復(fù)合材料,實際碳纖維用量超過20噸。波音公司稱,復(fù)合材料的使用可以節(jié)省燃料費用約20%。這碳纖維復(fù)合材料的供應(yīng)商是日本東麗公司。東麗除向現(xiàn)有的中大型飛機“787”之外,還將向最早于2020年投入使用的777X供應(yīng)主機翼用碳纖維復(fù)合材料。

今年11月2日,中國商飛研發(fā)的首家國產(chǎn)大飛機C919正式下線,據(jù)報道,目前C919已經(jīng)收到來自21個買家的517架訂單,今后的民航大飛機市場可能形成“ABC”格局 (Airbus, Boeing, China COMAC)。C919主要結(jié)構(gòu)使用了約12%的碳纖維復(fù)合材料。隨著我國商業(yè)飛機項目的進一步開展,碳纖維復(fù)合材料的需求將不斷增加。

2、汽車輕量化跟碳纖維發(fā)展帶來新機遇

新一代汽車的發(fā)展方向是保證安全性的同時輕量化。碳纖維密度比碳鋼、鋁合金低,強度與模量都超過鋼材,因此采用碳纖維復(fù)合材料是最有效的辦法。據(jù)統(tǒng)計,在2013年碳纖維復(fù)合材料在汽車領(lǐng)域產(chǎn)值約10億美元,預(yù)計2020年產(chǎn)值達(dá)到60億美元。國外的各大主要汽車廠家都在積極部署碳纖維及碳纖維復(fù)合材料在新一代汽車上的應(yīng)用。

由于目前碳纖維復(fù)合材料成本較高,所以主要使用在頂級跑車與豪華汽車市場。許多廠商推出了全碳纖維復(fù)合材料覆蓋的概念車。例如法拉利推出的LaFerrari,蘭博基尼Aventador,保時捷918 spyder,布加迪威龍等,都使用100%全碳纖維復(fù)合材料包覆,不但極大的減輕了車身質(zhì)量,并且在外觀造型上更具質(zhì)感。但是超級跑車與豪華汽車與一般汽車相比,產(chǎn)量較小,雖然在全車的使用比例較大,但不會對碳纖維需求帶來顯著提升。

2013年,寶馬與SGL公司合作,推出了采用大量碳纖維復(fù)合材料打造的i3純電動汽車產(chǎn)品。寶馬i3全重1224kg,成員座艙模塊由全碳纖維復(fù)合材料打造,比鋁合金設(shè)計輕300kg左右。整個車體重量的減輕提高了電動汽車的續(xù)航能力。隨后寶馬公司在i7、M系列也大量的采用了碳纖維復(fù)合材。碳纖維已經(jīng)成為寶馬未來汽車輕量化的發(fā)展重點。據(jù)統(tǒng)計,到2020年,碳纖維在汽車上的需求將由2013年的2600噸猛增到23000噸,將與航空航天應(yīng)用持平。這充分表明了碳纖維產(chǎn)業(yè)在汽車輕量化方面有很大的市場空間。

盡管碳纖維復(fù)合材料在汽車產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用極具前景,它仍需要解決成本和制備工藝的問題:碳纖維的成本在20到30美元每公斤,是傳統(tǒng)鋼材的20倍,是鋁材的10倍左右;制備耗時較長,沖壓一個金屬部件可能需要1分鐘左右,而碳纖維復(fù)合材料可能需要幾個小時;碳纖維復(fù)合材料還無法像金屬材料那樣易于回收;碳纖維復(fù)合材料是新型材料,如何設(shè)計材料參數(shù)與結(jié)構(gòu)依然處于探索階段,經(jīng)驗上沒有傳統(tǒng)材料成熟。

3、大功率、大尺寸風(fēng)力葉片將是碳纖維未來的主要市場之一

碳纖維與傳統(tǒng)制作風(fēng)機葉片的玻璃纖維相比,重量減輕30%,強度大40%,模量提高3到8倍,是目前大型風(fēng)機葉片的發(fā)展方向。在目前化石燃料價格存在巨大波動的背景下,風(fēng)電安裝成本低廉的優(yōu)勢日漸凸顯,風(fēng)電正在快速成為成熟的技術(shù)。根據(jù)全球風(fēng)能理事會數(shù)據(jù),2014年全球風(fēng)電新增裝機容量達(dá)到51,477MW,其中中國占45%以上。全球累計裝機總量369,553MW,中國裝機量占31%,居世界首位。風(fēng)機組也正朝著大型化發(fā)展,風(fēng)機葉片越來越長,功率越來越大。韓國南方電力公司和三星重工2013年建設(shè)的風(fēng)電組,最長的風(fēng)機直徑達(dá)到171.2米,單個葉片長度達(dá)到83.5米。這對葉片材料的強度和剛度有了更高的要求。

使用碳纖維代替?zhèn)鹘y(tǒng)的玻璃纖維制作風(fēng)力葉片可以在提高葉片剛度的同時降低葉片質(zhì)量,提高了風(fēng)機的輸出功率。并且碳纖維葉片的抗疲勞性能更優(yōu)越,本身導(dǎo)電的性能也能避免葉片在特殊氣候的腐蝕和雷擊。

  3、國內(nèi)碳纖維企業(yè)初具規(guī)模,技術(shù)核心決定市場前景

(一)產(chǎn)業(yè)鏈成熟,下游應(yīng)用是擴大市場的關(guān)鍵

碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈主要包括丙烯腈、原絲、碳纖維、中間材料、復(fù)合材料和下游應(yīng)用6個環(huán)節(jié).

1、上游:丙烯腈供應(yīng)充足,原絲與碳纖維生產(chǎn)設(shè)備與技術(shù)是碳纖維產(chǎn)業(yè)的核心

PAN基碳纖維占90%以上的碳纖維市場,其主要原料是丙烯腈。從2014年7月至今,丙烯腈價格不斷下調(diào),從14000元每噸下調(diào)至8000元每噸。從丙烯腈價格來看,丙烯腈作為碳纖維原料供應(yīng)較充足。原絲與碳纖維的制備依然是產(chǎn)業(yè)鏈的核心,其中原絲在碳纖維制備中占成本的53%。另外值得一提的是,制備原絲和碳纖維的生產(chǎn)設(shè)備也是上游極為重要的環(huán)節(jié)。通常國際碳纖維生產(chǎn)企業(yè)如東麗、Hexcel等都自己設(shè)計制備生產(chǎn)設(shè)備并對外保密,所以生產(chǎn)設(shè)備也是碳纖維上游的核心技術(shù),國內(nèi)碳纖維企業(yè)一旦有重大突破,將會帶來碳纖維上游產(chǎn)業(yè)格局的變化。

2、中游:碳纖維中間產(chǎn)品及復(fù)合材料是碳纖維與實際應(yīng)用之間的重要橋梁

碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈的中游是碳纖維中間產(chǎn)品與復(fù)合材料制備企業(yè)。中間產(chǎn)品主要指碳纖維預(yù)浸料和碳纖維布等,是碳纖維用于復(fù)合材料之前的重要橋梁,中間產(chǎn)品可以提高碳纖維附加產(chǎn)值,降低碳纖維行情波動對企業(yè)帶來的影響。復(fù)合材料是將預(yù)浸料進行層壓、纏繞等加熱固化得到的材料,碳纖維增強樹脂復(fù)合材料約占90%以上的市場份額。

3、下游:碳纖維應(yīng)用材料

碳纖維產(chǎn)品性能優(yōu)異,在下游有廣泛的應(yīng)用前景,如航空、風(fēng)能、汽車、體育休閑等領(lǐng)域。目前碳纖維在還處于市場推廣期,碳纖維的引入能否提高下游企業(yè)的產(chǎn)品競爭力是拓展碳纖維下游應(yīng)用的關(guān)鍵因素。

(二)上游市場環(huán)境惡劣,政策調(diào)整加速行業(yè)整合

從70年代開始到現(xiàn)在,中國碳纖維的發(fā)展經(jīng)歷了從無到有,整個碳纖維產(chǎn)業(yè)已經(jīng)初步建立。但是從大國際環(huán)境來看,我國的碳纖維企業(yè)的生存環(huán)境非常不利。這是因為我國碳纖維行業(yè)不但在制備技術(shù)上與國際前沿還有很大差距,還面臨著國際碳纖維行業(yè)巨頭的價格打壓。近些年來我國可以穩(wěn)定批量生產(chǎn)一個級別的碳纖維后,東麗、東邦和Hexcel等企業(yè)的就會下調(diào)相應(yīng)碳纖維對華銷售價格,如2010年12K的T300級碳纖維還要24萬元每噸,2012年就下降到12萬元每噸,現(xiàn)在T700級碳纖維的價格也開始穩(wěn)步下降。這對我國碳纖維生產(chǎn)廠商造成了巨大的成本壓力。在這種條件下,我國十三五期間很可能通過碳纖維扶持政策的調(diào)整,淘汰一部分低附加值、低產(chǎn)能的小規(guī)模碳纖維企業(yè),提高碳纖維行業(yè)集中度,讓幾家龍頭企業(yè)重點優(yōu)先發(fā)展,努力攻克技術(shù)壁壘,實現(xiàn)跨越式發(fā)展,這樣才能具有國際競爭力。

(三)Hexcel六年十倍,中國碳纖維依然值得期待

對比標(biāo)的美國碳纖維公司Hexcel,其市值約45億美元,2015年中報凈利潤1.298億美元,較去年同期增長近28.9%,市盈率TTM 19.08。值得一提的是,該股票自2009年3月以來,從4.59美元一直上漲至今47.22美元,6年增長10倍!中國碳纖維與國際領(lǐng)先企業(yè)還是有很大差距的。

(四)搶占技術(shù)高地,尋找核心競爭力企業(yè)

對于碳纖維上游企業(yè),我們重點關(guān)注具有國內(nèi)領(lǐng)先的碳纖維制備技術(shù)和生產(chǎn)線的廠商,對于中下游企業(yè),我們重點關(guān)注具有在未來“空陸風(fēng)”三大領(lǐng)域已提前布局的企業(yè)。其中大部分企業(yè)未上市,有碳纖維概念的康得新與海源機械在A股市場,主要從事碳纖維生產(chǎn)的恒神股份在新三板上市。

1、上游碳纖維生產(chǎn)重點關(guān)注中復(fù)神鷹,江蘇恒神,江蘇航科

中復(fù)神鷹是國內(nèi)碳纖維生產(chǎn)的龍頭企業(yè),是目前國內(nèi)碳纖維產(chǎn)能最大的企業(yè)。股東單位鷹游紡機具有強大的紡織設(shè)備制造能力,給予中復(fù)神鷹在碳纖維生產(chǎn)裝備的國內(nèi)領(lǐng)先優(yōu)勢。公司自主研發(fā)的干噴濕紡工藝具有國際領(lǐng)先地位。

江蘇恒神是新三板第一家從事碳纖維及碳纖維復(fù)合材料研發(fā)和生產(chǎn)的企業(yè)。與其他碳纖維生產(chǎn)企業(yè)相比,其最大特點是建立了從碳纖維原絲到終端復(fù)合材料“一條龍”的完整產(chǎn)業(yè)鏈。

江蘇航科成立在2010年,但發(fā)展迅速。不但與國內(nèi)領(lǐng)先企業(yè)中復(fù)神鷹、江蘇恒神等都掌握T800生產(chǎn)線,并且率先突破T1000生產(chǎn)技術(shù),并通過國內(nèi)技術(shù)驗證。江蘇航科很有可能最先完成T1000生產(chǎn)線,搶占高端碳纖維市場。

2、中游碳纖維預(yù)浸料和復(fù)合材料生產(chǎn)重點關(guān)注康得新、海源機械、中復(fù)連眾

康得新主營業(yè)務(wù)是預(yù)涂膜和光學(xué)膜,目前正積極布局碳纖維領(lǐng)域,致力于碳纖維復(fù)合材料的制備,特別是與汽車相關(guān)的碳纖維復(fù)合材料。近來公司與德國慕尼黑大學(xué)合作設(shè)立碳纖維研究中心,并與德國的雷丁汽車公司設(shè)立汽車輕量化設(shè)計中心,與國內(nèi)北汽簽署戰(zhàn)略合作協(xié)議,推動新能源汽車中碳纖維組件的研發(fā)。

海源機械在2015年增發(fā)募資6億元用于新能源汽車碳纖維車身部件的生產(chǎn)研發(fā)。由于海源機械主營業(yè)務(wù)在液壓裝備領(lǐng)域,或許在碳纖維復(fù)合材料的生產(chǎn)工藝和設(shè)備上有一定的經(jīng)驗積累。有望成為全球第二家推出碳纖維模壓生產(chǎn)線供應(yīng)商。看好碳纖維在汽車輕量化中的應(yīng)用。

中復(fù)連眾是生產(chǎn)風(fēng)力發(fā)電機葉片、玻璃鋼管道、貯罐和高壓氣瓶等產(chǎn)品的高新技術(shù)企業(yè)。隨著碳纖維技術(shù)的逐漸成熟,中復(fù)連眾積極探索碳纖維在風(fēng)機葉片等領(lǐng)域的應(yīng)用。2014年成功下線75米風(fēng)機葉片,是目前國內(nèi)最長葉片。該產(chǎn)品采用了部分碳纖維設(shè)計。

3、下游碳纖維終端產(chǎn)品重點關(guān)注中復(fù)碳芯、遠(yuǎn)東電纜

中復(fù)碳芯與中復(fù)神鷹、中復(fù)連眾同屬于中國復(fù)合材料集團,專業(yè)生產(chǎn)碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線等的高科技公司。其碳纖維復(fù)合芯到現(xiàn)在已經(jīng)在南京東高線、南京長江大橋等處通電運行。隨著智能電網(wǎng)對輸電線路更高的要求,碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線前景廣闊。

遠(yuǎn)東電纜是中國規(guī)模最大的電線電纜制造企業(yè)、遠(yuǎn)東智慧能源(600869,股吧)股份有限公司(600869)下屬的全資子公司。早在2005年遠(yuǎn)東電纜就與美國CTC公司簽訂長期合作協(xié)議,生產(chǎn)碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線,產(chǎn)品較為成熟。其電纜核心部分碳纖維主要由美國CTC公司供應(yīng),如果國產(chǎn)技術(shù)能夠突破,將極大降低導(dǎo)線成本,拓寬市場。

  4、新三板碳纖維:一枝也獨秀

新三板碳纖維上市企業(yè)只有一家:恒神股份(832397.OC)。江蘇恒神股份有限公司成立于2007年8月,在2015年5月掛牌上市,是新三板第一家從事碳纖維及碳纖維復(fù)合材料研發(fā)和生產(chǎn)的企業(yè)。目前市值80億元,在新三板中排名11,是新三板的新“巨無霸”企業(yè)。

2015中期年報顯示,公司實現(xiàn)營業(yè)收入5756.90萬元,較去年同期增加724.38萬元,增長14.39%;其中碳纖維系列產(chǎn)品業(yè)務(wù)增長迅速,實現(xiàn)營業(yè)收入5332.63萬元,較去年同期增加3456.53萬元,增長184.24%,但凈利潤-5623.19萬元,較去年同期-10398.75萬元減少虧損4775.56萬元。恒神股份有限公司目前建有碳纖維千噸級生產(chǎn)線5條,年產(chǎn)碳纖維5000噸,并建立了“碳纖維- 上漿劑-織物-樹脂-預(yù)浸料-復(fù)合材料和應(yīng)用設(shè)計”的完整產(chǎn)業(yè)鏈,是國內(nèi)擁有單線千噸級生產(chǎn)線多,生產(chǎn)品種全,產(chǎn)能大、產(chǎn)業(yè)鏈完整的碳纖維企業(yè)。隨著碳纖維市場進一步增長,未來盈利可期。

恒神股份總股本12.3億,流通股3000萬。在2015年4月28日定向增發(fā)新三板3000萬股,發(fā)行價格5元。主承銷商是中信建投。目前股東65戶。大股東錢云寶,占58.94%的股份,是目前恒神股份的董事長。目前前十大股東都是限售股,暫無流動股東數(shù)據(jù)。

另外,在今年11月13日,吉林碳谷碳纖維股份有限公司正式申請新三板掛牌。吉林碳谷主要從事聚碳纖維原絲、預(yù)氧絲、碳纖維和碳纖維布的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售。


 
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