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核心观点碳纤维具有较高技术壁垒,美日技术领先,我国已开始战略布局。碳纤维是轻 质高强的航空航天材料,其加工流程复杂,工艺难度高,具有很高的技术壁垒。 目前,世界碳纤维技术主要掌握在日本公司手中,其生产的碳纤维无论质量还 是数量均处于世界领先地位。近年来,我国已经意识到碳纤维及复材的重要性, 开始进行战略布局,大力推动碳纤维材料研发。
我国碳纤维产业保持稳定增长,但实现产业化的企业仍然稀缺。目前我国碳纤 维产业正处于产业整合阶段,产能 2006 年至 2009 年增速较快,在经历 2010 年增速触底后,2011 年至今,我国碳纤维产能始终保持稳定增长。但目前我 国碳纤维行业内还存在各种问题,实现产业化的企业仍然比较稀缺。
碳纤维复材在飞机上用量逐年增加,我国飞机产业链碳纤维需求空间巨大。碳 纤维复合材料应用于飞机结构材料可相应减重 20%-30%,还可以带来结构和 性能的改善, 以及运营成本下降的综合效益。因此,复合材料在军民用飞机上 的用量正逐年增加。飞机产业对碳纤维的需求增量主要来自两大因素:一是碳 纤维复合材料在飞机结构材料中的应用比例不断提高,二是飞机订单的增长。 我们预计,未来 10 年我国新增军机的碳纤维需求量约为 3345 吨,C919 对碳 纤维需求量超过 7000 吨。
光威复材是我国 A 股市场碳纤维第一股,产业链布局完善。光威复材是我国 第一家实现碳纤维工程化的企业,逐步形成了从原丝到碳纤维制品的全产业链 布局,公司碳纤维生产技术先进,T800 级高强中模碳纤维打破国外封锁,现 已开始在部分直升机型号上开展小规模应用。公司 2 月 22 日发布 2018 年业 绩快报,初步核算 2018 年实现营收 13.64 亿元,同比增长 44.%;实现归母 净利润 3.77 亿元,同比增长 59%。
中航高科是航空复合材料龙头企业,中航工业旗下复材供应商。子公司中航复 材是中航工业集团旗下唯一专门从事复材研发生产的企业,主要向西飞、成飞、 沈飞等整机厂供应复合材料。公司 2018 年业绩预告显示,预计实现归母净利 润 3.09 亿元,同比增长约 270%。
2.碳纤维是轻质高强的航空航天材料1.1 碳纤维是典型高壁垒行业
碳纤维是由有机纤维(粘胶基、沥青基、聚丙烯腈基纤维等)在 1000℃以上的高温 环境下裂解碳化形成的一种含碳量高于 90%的无机纤维。
根据原丝种类,碳纤维主要可分为聚丙烯腈(PAN)基碳纤维、沥青基碳纤维和粘胶 基碳纤维。其中,聚丙烯腈(PAN)基碳纤维占据主流地位,产量占碳纤维总量的 90%以上,粘胶基碳纤维还不足 1%,沥青基碳纤维约占 8%。
碳纤维材料具有高强度、低密度等优质特性。碳纤维具有低密度、高强度、耐高温、 高化学稳定性、抗疲劳、耐摩擦等优异的基本物理及化学性能,并有高振动衰减性, 良好的导电导热性能、电磁屏蔽性能以及较低的热膨胀系数等特性。
碳纤维材料除按照原丝进行分类外,还可以按照制造方法分为碳纤维(800-1600°C)、 石墨纤维(2000-3000°C)、氧化纤维(预氧丝 200-300°C)、活性碳纤维、气相生长 碳纤维。按照力学性能分为高强型、高强中型、高模型和高强高模型四类。按照丝束 大小,把 48K 及以下的碳纤维称为小丝束碳纤维(宇航级),48K 以上的成为大丝束 碳纤维(工业级),其中 K 数是指不加捻的连续丝束中所含单丝的数量。
碳纤维及复材加工流程复杂,工艺难度高,具有很高的技术壁垒。完整的碳纤维产业 链包括从原油到获得丙烯,再聚合成聚丙烯晴,经过结丝、氧化、碳化后得到碳纤维, 与树脂、陶瓷等材料结合,形成碳纤维复合材料,最后由各种成型工艺得到下游应用 需要的最终产品。根据基体材料的不同,碳纤维复合材料有树脂基、碳基、陶瓷基、 金属基等多种形式,其中,树脂基复合材料是使用最广泛的碳纤维复合材料。制作碳 纤维的产品需要高温固化、真空导入、热压罐等生产工艺,全过程流程长,精度要求 高,需要开发高精度模具,研制成本非常高。