碳纤维行业深度报告：迎行业高增 国产替代历史机遇.docx

碳纤维行业深度报告：迎行业高增国产替代历史机遇HYPERLINK"http://quote.eastmoney.com/SH600918.html"\h一、新材料之王，技术、工艺和资金壁垒高1.1碳纤维性能优越；大、小丝束产品工艺、壁垒、应用场景不同碳纤维性能优越，被誉为21世纪新材料之王。碳纤维是由聚丙烯腈（PAN）（或沥青、粘胶）等有机材料在高温环境下裂解碳化形成的含碳量高于90%的碳主链结构无机纤维。碳纤维性能优越，碳纤维耐超高温（非氧化气氛条件下，可在2000℃时使用）、耐低温、耐酸、耐腐蚀、热膨胀系数小（可以耐急冷急热，即使从3000℃的高温突然降到室温也不会炸裂），导热系数大。PAN基碳纤维是主流。按照原材料不同，碳纤维可分为聚丙烯腈（PAN）基、沥青基、粘胶基碳纤维。沥青基由于在材料制备、纺丝和氧化等过程中比PAN基碳纤维困难，从而成本较高，没有得到大规模应用。但由于高性能沥青基碳纤维具备高刚性、高导热和高功能性，在航空航天领域仍占有一席之地。粘胶基碳纤维由于生产效率较低，制备成本相对更高，因此产量规模较小。碳纤维最终以碳纤维复合材料形式应用在轻量化/高强/高模等领域。碳纤维最终以碳纤维复合材料形式用于下游。相较其他材料，碳纤维复合材料密度最低，碳纤维复合材料强度/模量也高于大部分材料，高强度型/高模量型碳纤维复合材料抗拉强度分别为1400/1100Mpa，弹性模量分别为130/190Gpa（碳纤维复合材料的抗拉强度/弹性模量会小于碳纤维碳丝）。因此在轻量化/高强/高模等应用领域，碳纤维复合材料的性能优势明显。随着碳纤维成本和价格的下降，碳纤维复合材料应用领域有望快速扩大。碳纤维应用以标模为主，大/小丝束占比各接近一半。按照拉伸强度和拉伸模量，碳纤维可分为标模、高强、高模、超高强、超高模碳纤维等。目前业内产品分类主要参考日本东丽的牌号，并以此为基础确定自身产品的牌号及级别，如T300-T1100G系列以及M35J-M60J系列，其中T代表强度，M代表模量。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。1K表示一束碳纤维中有1000根单丝，通常将24K以内的碳纤维称为小丝束（包括1K、3K、6K、12K、24K等），将48K以上的型号称为大丝束（包括48K、50K、60K等）。目前标模碳纤维有大丝束和小丝束的区分，标模以上的碳纤维暂无大丝束出现。大、小丝束产品工艺/壁垒/应用场景不同。从工艺和壁垒来看，小丝束工艺技术要求高，在生产中杂质含量严格控制，原丝性能要求高，氧化过程较慢，碳化过程中有时需要较高温度，同时需要进行产品认证；而大丝束在生产中允许有一定杂质，氧化过程快，碳化温度相对较低，无需认证，因此大丝束性能不如小丝束。性能/价格的不同，导致大、小丝束应用场景不同。小丝束成本/价格更高，一般用于航天军工等领域，称为“宇航级”碳纤维；大丝束产品性能相对较低但制备成本亦较低，因此往往应用于风电、轨交等工业领域，也被称为“工业级”碳纤维。1.2原丝工艺、技术壁垒高；碳化环节资金壁垒高碳纤维流程复杂，存在工艺/技术/资金壁垒。碳纤维生产流程分为原丝制备环节/碳丝生产环节/复材生产环节。首先，产业链上游企业先从石油、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。然后，产业链中下游企业再经过预氧化、低温和高温碳化后得到碳纤维；碳纤维可制成碳纤维织物和碳纤维预浸料；碳纤维与树脂、陶瓷等材料结合，可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。其中，原丝制备环节工艺/技术壁垒相对较高，碳化环节资金壁垒相对较高。碳纤维的核心技术为原丝制备技术。碳纤维原丝制备是碳纤维产业链的核心环节，碳纤维原丝的质量和成本很大程度上决定了碳纤维的质量和生产成本。碳纤维的强度显著地依赖于原丝的微观形态结构及其致密性。如果原丝的分子结构和聚集态结构存在不同程度的缺陷，必将严重影响碳纤维的质量和性能。质量过关的原丝是产业化的前提，是稳定生产的基础。不同原丝工艺生产的原丝对碳化设备通过性能差异很大，通过性好的原丝适应设备的能力强，碳化设备与上游原丝特性匹配后，碳化生产设备对于上游原丝特性适应能力具有较强的依赖性。HYPERLINK"http://quote.eastmoney.com/SZ300699.html"\h碳纤维原丝制备的技术壁垒/工艺差别主要体现在纺丝过程。碳纤维原丝的工艺主要分为聚合过程、制胶过程（原液）、纺丝三个过程。在纺丝过程中，经过长期的技术研究和工程化实践，国际上形成了湿法纺丝和干喷湿法纺丝两种原丝制备工艺。干喷湿法纺丝工艺具有碳纤维表面缺陷少、拉伸性能和复合材料加工工艺性能优越、纺丝速度快等优点。国际上日本东丽和美国赫氏率