碳纤维简介和国内碳纤维市场分析
1.1碳纤维
按照每束碳纤维中单丝根数,碳纤维可以分为小丝束和大丝束两大类别。
一般认为 24K 以上(不含 24K)以上的型号为大丝束,包括 48K、50K、60K 等。大丝束产品性能相对较低但制备成本亦较低,因此多运用于风电及其他工业领域。随着目前碳纤维制作工艺的提升及产品价格的下降,小丝束碳纤维在工业领域的运用已逐步拓宽。
碳纤维被誉为“新材料之王”、“黑色黄金”,比钢轻50%,比铝合金轻30%,硬度是钢的7-9倍,铝合金的4倍,但价格是铝合金的1.5倍;其物理特性:
(2)强度高,其拉伸强度可达3000~4000MPa,弹性比钢大4~5倍,比铝大6~7倍。
(4)具有各向异性,热膨胀系数小,导热率随温度的升高而下降,耐骤冷、急热,即使从几千度的高温突然降到常温也不会炸裂。
(6)耐高温和耐低温性表现好,碳纤维可在2000℃下使用,在3000℃非氧化气氛下不融化、不软化。在-180℃低温下,钢铁变得比玻璃脆,而碳纤维依旧很柔软,也不脆化。
需要高强度、高韧性、热膨胀系数小、导电性好、耐高低温等等应用场景时,碳纤维就是最顶级的材料。
先从石油、煤炭、天然气等化石燃料中制得丙烯,并经氨氧化后得到丙烯腈;丙烯腈经聚合和纺丝之后得到聚丙烯腈(PAN)原丝;再经过预氧化、低温和高温碳化后得到碳纤维。
全产业链看碳纤维有两个核心环节,技术壁垒均较高:
(2)中游复合材料。
其中江苏恒神股份(832397创新层)、中复神鹰(688295)、吉林碳谷(836077北交所)为国内碳纤维原丝生产厂商。威海光威复材(300699)、中简科技(300777)为碳纤维全产业链企业,光威复材少量碳纤维原丝需要进口,中简科技由于主要涉及军工,其碳纤维原丝全部自产。
1.1.4碳纤维复合材料
复合材料指的是两种或两种以上材料复合而成具有一定的特殊功能和结构的新型材料,可理解为:基体材料+增强材料,其中基体材料多为树脂,陶瓷,金属,橡胶等材料,增强材料常为碳纤维。
(1)玻璃纤维成本相对较低且具有适中的物理性能,适合对强度、耐用性要求不高部件;
(3)碳纤维拥有较高的拉伸强度和模量,且密度较低,具有优异的减重效果,此外还具有耐热、耐腐蚀、导电等优异性能,因此在二十一世纪以来迅速扩展下游应用领域,在能源、汽车、高铁、建筑、机械以及航空等领域均具有广阔的前景。
高性能碳纤维复合材料制品、高性能碳纤维预浸料使用碳纤维作为增强材料,树脂作为基体材料制造,最终应用于交通装备、医疗健康、体育健康、民用航空及其他工业等领域。
2.1碳纤维行业格局
高端碳纤维行业产业链格局同军工产业一样,在具有较高的技术门槛的同时,又具有配方、工艺、工程等行业壁垒。
国际巨头几乎都拥有从原材料到复合材料全产业链生产能力,并且充分利用自身产能降低成本、匹配产品,东丽的碳纤维材料完全利用自产。而国内企业产业链的各个环节较为分散;根据中国化学纤维工业协会数据,在小丝束碳纤维市场上,日本企业所占有的市场份额占到全球产能的49%;在大丝束碳纤维市场上,美国企业所拥有市场份额占到全球产能的89%,处于明显的主导地位。
2.1.2国内碳纤维市场格局
精功科技(002006)已实现碳纤维生产设备的进口替代,中复神鹰(688295)、吉林碳谷(836077)、恒神股份(832397)已实现碳纤维原丝的进口替代,但工艺和质量上尚待改进。目前行业内碳纤维原丝的纺丝工艺主要分为:湿法和干喷湿纺两种。干喷湿纺技术是做高性能碳纤维更为先进的工艺路线,兼具缺陷少、纺速快、产品工艺性更优等特点。与东丽等世界一流碳纤维企业相比,国内碳纤维企业下一步需要继续提升的方面在于:
②碳纤维复合材料厂商需要改进提高的地方:需进一步加大碳纤维下游产品的丰富程度和不同应用领域的开发力度;
T300、T600、T700、T800和T1000;碳纤维行业的领头羊日本东丽公司所使用的碳纤维型号,常见的有T300、T600、T700、T800和T1000。型号表示的是碳纤维的强度,值越大,强度越高,T300的强度最低,而T1000的强度是最高的。国内光威复材等企业,产业链比较完整,但原材料等部分仍需外购,且主要销售产品是预浸料等中游产品。
近几年碳纤维国产化替代进程加速,一是因为疫情影响、碳纤维进口难度增加;二是日本、美国等主要碳纤维生产企业所在国家收紧对中国碳纤维供给,同时下游需求不断增长导致国内供需缺口增加,国内企业正积极扩产、填补相应空缺。
“无冕之王”,今后将进一步受到国家政策的长期扶持,行业环境有望不断改善,为技术突破、产品性能升级的注入源源不断的强大动力。
2.2碳纤维国内相似品
(1)国内碳纤维原丝与日本东丽的差距,主要是批次产品质量的稳定性,价格的稳定性,目前在性价比上与日本东丽产品尚有差距,但已满足国产替代,目前不存在断供会影响国内碳纤维生产的风险;随着国产碳纤维原丝的逐步稳定,其国产碳纤维对日本东丽的取代正在逐年提高。
非上市公司中的:江苏澳盛复合材料科技有限公司(风电碳梁),江苏亨睿碳纤维科技有限公司(主做汽车行业),厦门鸿基伟业复材科技有限公司(主做自行车和碳纤维轮毂)。