碳纖維行業(yè)深度報告雙碳戰(zhàn)略推動碳纖維景氣度上行技術(shù)進步產(chǎn)能擴張降本可期

碳纖維行業(yè)深度報告-雙碳戰(zhàn)略推動碳纖維景氣度上行技術(shù)進步產(chǎn)能擴張降本可期1、碳纖維：性能優(yōu)勢突出，景氣度持續(xù)上行1.1、簡介：碳纖維性能優(yōu)勢突出碳纖維（CarbonFiber）是由聚丙烯腈（PAN）（或瀝青、粘膠）等有機纖維在高溫環(huán)境下裂解碳化形成的含碳量高于90%的碳主鏈結(jié)構(gòu)無機纖維。碳纖維具備出色的力學(xué)性能和化學(xué)穩(wěn)定性，密度比鋁低、強度比鋼高，是目前量產(chǎn)的高性能纖維中具有最高的比強度和比模量的纖維，具有質(zhì)輕、高強度、高模量、導(dǎo)電、導(dǎo)熱、耐腐蝕、耐疲勞、耐高溫、膨脹系數(shù)小等一系列其他材料所不可替代的優(yōu)良性能，在航空航天、風(fēng)電葉片、體育休閑、壓力容器、碳/碳復(fù)合材料、交通建設(shè)等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。碳纖維可以按照原絲類型、形態(tài)、力學(xué)性能等不同維度進行分類，按照原絲種類分類聚丙烯腈（PAN）基碳纖維占據(jù)主流地位，產(chǎn)量占碳纖維總量的90%以上。因此，目前碳纖維一般指PAN基碳纖維。PAN基碳纖維的制備過程一般分為原絲制備和碳絲制備兩個階段，其中原絲制備包括聚合、紡絲工段，碳絲制備包括預(yù)氧化、碳化工段。日本東麗作為全球唯一碳纖維產(chǎn)能超過2萬噸的企業(yè)，是全球碳纖維領(lǐng)域龍頭。業(yè)內(nèi)主要采用力學(xué)性能對碳纖維進行產(chǎn)品分類，分類標準主要參考日本東麗的牌號，并以此為基礎(chǔ)確定自身產(chǎn)品的牌號及級別。碳纖維按每束碳纖維含有原絲的數(shù)量可劃分為小絲束和大絲束。例如12K指單束碳纖維中含有12000根單絲的碳纖維。小絲束碳纖維通常小于48K，性能優(yōu)異但價格較高，主要應(yīng)用于航天軍工、高端體育休閑等領(lǐng)域。大絲束碳纖維通常大于48K，產(chǎn)品性能相對較低但成本亦較低，主要應(yīng)用于基礎(chǔ)工業(yè)等領(lǐng)域。標模碳纖維有大小絲束的區(qū)分，標模以上碳纖維以小絲束為主。據(jù)中國復(fù)合材料學(xué)會，截至2020年8月，標模碳纖維有大絲束與小絲束的區(qū)分，標模以上的碳纖維尚無大絲束出現(xiàn)。據(jù)SGL，其SIGRAFIL?CT50-4.8/280牌號50K大絲束碳纖維拉伸強度4800MPa，彈性模量280GPa，已滿足國標高強中模型QZ4526標準。未來國產(chǎn)大絲束有望向中模的方向發(fā)展，為航空航天、風(fēng)電葉片和新能源汽車領(lǐng)域帶來更多輕量化應(yīng)用。據(jù)賽奧碳纖維，2021年全球碳纖維需求中大絲束為5.14萬噸，占比43.6%，小絲束為6.66萬噸，占比56.4%。完整的碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈包含從一次能源到終端應(yīng)用的完整制造過程。原油經(jīng)純化裂解后制取丙烯；丙烯經(jīng)氨氧化后得到丙烯腈，丙烯腈聚合和紡絲之后得到聚丙烯腈（PAN）原絲，再經(jīng)過預(yù)氧化、低溫和高溫碳化后得到碳纖維，并可制成碳纖維織物和碳纖維預(yù)浸料，作為生產(chǎn)碳纖維復(fù)合材料的原材料；碳纖維經(jīng)與樹脂、陶瓷等材料結(jié)合，形成碳纖維復(fù)合材料，最后由各種成型工藝得到下游應(yīng)用需要的最終產(chǎn)品。國外碳纖維巨頭對國內(nèi)采取高端封鎖、低端傾銷策略，壓制國內(nèi)碳纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展。國外巨頭利用其技術(shù)壟斷和規(guī)?；a(chǎn)優(yōu)勢，對我國高端碳纖維領(lǐng)域采取技術(shù)封鎖策略，對原絲產(chǎn)品、核心技術(shù)和關(guān)鍵設(shè)備嚴格控制。在技術(shù)、人才、設(shè)備的三重嚴苛封鎖下，國內(nèi)主要依靠自力更生。在低端碳纖維領(lǐng)域國外巨頭采取低價傾銷的銷售策略，致使國內(nèi)大部分碳纖維生產(chǎn)企業(yè)技術(shù)水平落后，經(jīng)營業(yè)績長期處于虧損狀態(tài)。PAN基碳纖維復(fù)合材料的高成本主要集中在原絲的生產(chǎn)成本較高、生產(chǎn)流程長和復(fù)合材料制備成本高等方面，據(jù)《碳纖維低成本制備技術(shù)》2011，PAN基碳纖維原絲的成本約占總成本的51%。PAN原絲的質(zhì)量直接決定最終碳纖維產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)量和生產(chǎn)成本。PAN基碳纖維原絲的生產(chǎn)過程中首先將丙烯腈單體聚合制成紡絲原液，然后紡絲成型。按照聚合工藝的連續(xù)性可以分為一步法和兩步法；按照紡絲工藝可以分為濕法和干噴濕紡法。聚合工藝的兩步法會加大生產(chǎn)成本，容易引入雜質(zhì)，且聚合物粒徑較大不易制得高性能PAN原絲，較少用于小絲束碳纖維原絲生產(chǎn)。干噴濕紡具備紡絲速度快、碳纖維強度高等優(yōu)點，濕法紡絲可通過提高纖維與樹脂間的機械嚙合改善復(fù)材界面性能。干噴濕紡可實現(xiàn)高速紡絲，比濕法快2-8倍，制備的原絲密度較高且表面平整光滑，原絲的截面均一性明顯好于濕法紡絲，并且制備的碳纖維強度也較高。據(jù)《國產(chǎn)T800級碳纖維復(fù)合材料力學(xué)性能》，濕法紡絲工藝條件下原絲成型過程中會形成軸向溝槽并遺傳給碳纖維，根據(jù)復(fù)合材料界面的粘結(jié)理論，碳纖維表面溝槽有利于提高纖維與樹脂間的機械嚙合作用，一定程度可以提高復(fù)合材料界面性能。1.2、現(xiàn)狀：碳纖維景氣度上行，主要驅(qū)動力來自風(fēng)電葉片與碳碳復(fù)材2015-2021年全球碳纖維需求年均復(fù)合增速達14.3%，中國碳纖維需求年均復(fù)合增速達24.5%。據(jù)賽奧碳纖維，2016-2019年全球碳纖維需求保持10%以上增長，在主要下游應(yīng)用領(lǐng)域中，航空航天、體育休閑、汽車、混配模成型、壓力容器、建筑補強等領(lǐng)域增速較為穩(wěn)定，風(fēng)電葉片、碳碳復(fù)材應(yīng)用領(lǐng)域增長迅速。2020年受新冠疫情影響，航空復(fù)材領(lǐng)域需求大幅度降低，但風(fēng)電葉片與碳碳復(fù)材領(lǐng)域碳纖維需求仍保持較高增速，整體碳纖維需求增速有所下滑，2021年風(fēng)電、體育器材、碳碳復(fù)材及壓力容器成為碳纖維需求增長的主力，推動碳纖維行業(yè)需求增速回升至10%以上。國內(nèi)碳纖維需求從2015年的1.68萬噸增長至2021年的6.24萬噸，全球占比從31.7%提升至52.9%，年均復(fù)合增速達24.5%。從需求結(jié)構(gòu)上看，2021年全球碳纖維需求量占比前三的領(lǐng)域依次是風(fēng)電葉片28%、體育休閑16%、航空航天14%，國內(nèi)碳纖維需求量占比前三的領(lǐng)域依次是風(fēng)電葉片36%、體育休閑28%、碳碳復(fù)材11%。航空航天領(lǐng)域碳纖維附加值高，全球市場規(guī)模占比達35%，風(fēng)電葉片與體育休閑領(lǐng)域碳纖維應(yīng)用主要集中在中國。據(jù)賽奧碳纖維，2021年在航空航天領(lǐng)域應(yīng)用的碳纖維價格為72美元/kg，體育休閑、電子電氣、船舶、電纜芯領(lǐng)域為27.6美元/kg，壓力容器、建筑領(lǐng)域為24美元/kg，風(fēng)電領(lǐng)域為16.8美元/kg，碳碳復(fù)材、汽車、混配模成型為21.6美元/kg，以此計算全球與中國2021年市場結(jié)構(gòu)，可以看出航空航天領(lǐng)域碳纖維附加值較高，全球市場規(guī)模占比達35%。風(fēng)電葉片2021年全球碳纖維市場規(guī)模達5.54億美元，其中中國為3.78億美元，占比達68.2%。體育休閑2021年全球碳纖維市場規(guī)模達5.11億美元，其中中國為4.83億美元，占比達94.6%。全球碳纖維市場中占比前三的領(lǐng)域依次是航空航天、風(fēng)電葉片、體育休閑，國內(nèi)比前三的領(lǐng)域依次是體育休閑、風(fēng)電葉片、碳碳復(fù)材。維斯塔斯在風(fēng)電領(lǐng)域創(chuàng)新性的使用大絲束碳纖維促進了風(fēng)電領(lǐng)域碳纖維需求的快速增長。使用碳纖維材料的風(fēng)電葉片具備剛度高、重量輕、抗疲勞能力強等一系列優(yōu)點。在2015年前，碳纖維應(yīng)用在風(fēng)電葉片的工藝主要采用預(yù)浸料或織物的真空導(dǎo)入，部分采用小絲束碳纖維，使用的碳纖維平均價格為23美元/kg，2016年維斯塔斯創(chuàng)新性地使用了大絲束碳纖維拉擠梁片，使用的碳纖維平均價格降低至14美元/kg。使用碳纖維的平均價格降低使得風(fēng)電葉片碳纖維復(fù)合材料制品價格大幅降價，風(fēng)電葉片碳纖維用量急劇增長。2021年風(fēng)電裝機報價的大幅下降疊加原材料成本上升擠壓了風(fēng)電產(chǎn)業(yè)鏈的利潤，使得維斯塔斯及國內(nèi)外眾多計劃采用碳纖維的企業(yè)的需求有所放緩。維斯塔斯風(fēng)電葉片用碳梁部分交由國內(nèi)的供應(yīng)商光威復(fù)材和江蘇澳盛加工，有效帶動了國內(nèi)風(fēng)電領(lǐng)域碳纖維需求，但目前國內(nèi)碳梁加工仍處于風(fēng)電大絲束進口約85%，碳梁出口約85%這種兩頭在外的局面。碳碳熱場部件需求高速增長驅(qū)動碳碳復(fù)材領(lǐng)域碳纖維需求上行。碳碳復(fù)材下游應(yīng)用主要包括剎車盤市場、航天部件市場和碳碳熱場部件市場。剎車盤市場、航天部件市場保持平穩(wěn)發(fā)展。碳碳熱場部件主要為單晶硅爐內(nèi)的碳氈功能材料和坩堝、保溫桶、護盤等，受“碳達峰、碳中和”目標推動，光伏企業(yè)隆基、晶科、中環(huán)、晶勝機電、晶澳大量采購單晶硅爐推動碳纖維需求上行。2、需求：動力來自哪里？空間有多大？2.1、政策加碼利好發(fā)展，國產(chǎn)化替代前景廣闊碳纖維是軍民兩用材料，高端碳纖維自力更生是唯一途徑。T800與M60J及以上規(guī)格碳纖維由于在國防軍工領(lǐng)域具有重要應(yīng)用，美日對我國采取嚴格的軍事禁運，因此高性能碳纖維的國產(chǎn)自主化生產(chǎn)是唯一途徑。近年來，我國推出了諸多新政策以促進碳纖維產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，并且開始為碳纖維產(chǎn)業(yè)配套專項扶持基金。2017年4月，國家科技部下發(fā)“十三五”材料領(lǐng)域科技創(chuàng)新專項規(guī)劃，規(guī)劃提出要以高性能纖維及復(fù)合材料、高溫合金為核心，突破結(jié)構(gòu)與復(fù)合材料制備及應(yīng)用的關(guān)鍵共性技術(shù)，提升先進結(jié)構(gòu)材料的保障能力和國際競爭力。2021年3月，十三屆全國人大四次會議通過了《中華人民共和國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和