招商:军用碳纤维行业报告(附报告)

招商:军用碳纤维行业报告

报告目录:

一、航空复合材料概述 6

1、航空复合材料拆分 . 6
2、一代材料、一代航空 7
3、航空领域非金属复合材料应用历史 8

二、碳纤维行业概览 . 12

1、 碳纤维种类划分 . 13
2、 应用领域及全球市场格局. 15
3、 航空航天领域细分——机型迭代升级带来渗透率持续提升 16
4、 产业链及制造工艺 19
5、 产业链财务简述 . 24

三、中国航空航天市场——从“望其项背”到“并驾齐驱” . 25

1、 军机领域 26
2、 民机领域 28
3、 无人机领域 30

四、成本端拆分及产业降本方式 . 31

1、 生产成本拆分 . 31
2、 大丝束及自动化技术 32
3、 干喷湿纺技术 . 32
4、 整体成形技术 . 33
5、 能源成本控制 . 34

五、碳纤维军转民障碍及潜在民用市场展望. 34

1、 军转民障碍(成本因素外) . 34
2、 非航领域民用化展望——轨道交通 35

 

报告要点:

本报告简述了碳纤维行业的大类划分、产业链格局、制造工艺、以及航空航天几 大市场空间及 CAGR 预期情况。考虑到目前碳纤维材料在航空航天领域的渗透率 逐步提升,我们认为这一赛道未来具有比较稳定的前景空间。

碳纤维是一种非金属基与非金属基相结合的复合材料,目前广泛应用于航空 航天领域,其中连续碳纤维增强的树脂基复合材料在目前所有复合材料结构 件中占比约为 70%-90%。用碳纤维复合材料代替钢或铝,减重效率可达 20% 到 40%。而战斗机或干线飞机自重每减少 1kg,相当于增加 450 美元的经济效 益。美国主力舰载机的复材占比已由最初的不足 5%,变为目前的约 30%。我 们认为,伴随着我国的新锐机型的列装量产,未来我国航空航天碳纤维复材 渗透率将逐步提升,行业增速将长时间高于军费增长。

根据《2019年全球碳纤维复合材料市场报告》统计,2019年全球碳纤维总需 求为 10.37 万吨,对应 28.70 亿美元,其中航空航天用量为 2.35 万吨,对应 28.7 亿美元;树脂基碳纤维方面,全球总用量为 15.97 万吨,总额为 173.9 亿 美元,其中航空航天用量为 3.62 万吨,对应 108.5 亿美元。相较全球,2019 年我国航空航天碳纤维用量仅为全球的 4.68%(1100 吨),树脂基碳纤维用 量为全球的 5.95%(2154 吨),金额的 19.85%(150.77 亿元,汇率 7 折算), 整体与西方先进水平存有较大差距。

受益于军机领域迭代升级,行业中短期有望保持中高速发展。目前全球航空 航天领域碳纤维用量端军民比约为 3:7,以此计算,假设我国完成“2050 年建 设世界一流军队”目标时碳纤维用量追平西方,行业 CAGR 将在 13-17%,符 合我国近几年军费增长区间。我们认为以碳纤维为首的复材行业能够维持近 1-3 年的中高速增长期,预计 CAGR 在 20%-30%区间;

 

内容精选

在目前的航空结构材料技术领域中,连续碳纤维增强的树脂基复合材料是重中之重, 其目前在所有复合材料结构件中占比约为 70%-90%。碳纤维是一种连续细丝碳材料, 直径范围 6-8um,为头发丝的 1/3 左右。其制造工艺是由有机高分子纤维,即聚丙烯腈 纤维(又名 PAN 原丝或 PAN 先驱体)或是由沥青或煤沥青纤维经专门的碳化处理而制 得的纤维材料。由于其含碳量高达 99%,因此弹性模量大大提高,用其制造的复合材 料轻质高强,且具有超出其他工程材料的比强度和比刚度。

图 12 2019 年不同复合材料金额端占比

碳纤维按用途可分为宇航级和工业级两类,亦称为小丝束和大丝束。通常把 48K (一丝束中包含 48000 根碳丝)及以上碳纤维称为大丝束碳纤维,包括 60K、120K、 360K 和 480K 等。宇航级碳纤维初期以 1K、3K、6K 为主,逐渐发展为 12K 和 24K, 主要应用于国防工业和高技术及体育休闲用品(如:飞机、导弹、火箭、卫星和钓鱼杆、 高尔夫球杆、网球拍等)。工业级碳纤维应用于不同民用工业,包括:纺织、医药卫生、 机电、土木建筑、交通运输和能源等。
与大丝束相比,由于缺少碳丝规模的集束量级,小丝束碳纤维往往需要更高的制造 工艺(同样的 3 根筷子的结构强度小于 12 根筷子),进而导致成本较高,但由于其重 量更轻(3 根筷子重量小于 12 根筷子),所以广泛应用于航空航天领域。目前,各国 对高性能的小丝束碳纤维(宇航级)均采取严格的出口管制措施。

图 13 全球小丝束碳纤维市场格局
图 14 全球大丝束碳纤维市场格局

碳纤维复合材料主要应用于航空航天、汽车、风力发电等制造业板块,根据《2019 年全球碳纤维复合材料市场报告》统计,2019 年全球碳纤维总需求为 10.37 万吨,对 应 28.70 亿美元。其中用量端风电叶片、航空航天、休闲体育、汽车为主要需求点,分 别占比 24.59%、22.66%、14.46%、11.38%,但金额端呈现航空航天一家独大的情况, 整体占比 49.13%(总金额 28.7 亿美元)。


图 16 2019 年碳纤维市场用量拆分
图 17 2019 年碳纤维市场金额拆分

全球树脂基复合材料需求结构基本上与碳纤维需求结构相同,总用量为 15.97 万吨, 其中风电叶片、航空航天、体育休闲、汽车各占 22.67%、24.55%、14.46%、11.40%; 金额端总额为 173.9 亿美元,其中航空航天金额占比 62.39%。


图 18 2019 年树脂基复合材料市场用量拆分
图 19 2019 年树脂基复合材料市场金额拆分

目前 PAN 基碳纤维约占所有碳纤维先驱体份额的 90%左右,其产业链可以大体拆 解为四段:首先是由原油经过炼制、裂解、氨氧化过程后得到丙烯腈;其后将丙烯腈纺 丝后形成聚丙烯腈丝(PAN 原丝),再经历预氧化、碳化过程形成碳纤维丝,这一环 节目前航空领域中为光威复材(300699.SZ)、中简科技(300777.SZ)等上市公司的 主体产业链位置;

图 25 碳纤维先驱体市场份额

图 26 碳纤维丝生产流程

图 27 碳纤维丝生产工艺(上游)

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