深度分析当前碳纤维格局201606

1、深度分析当前碳纤维格局2016-06-04 10:37碳纤维资讯 推荐255次本文作者为国泰君安证券建筑建材行业研究小组的三位分析师鲍雁辛、邓云程、黄涛。在下文的分析中，其表示，看好我国碳纤维工业在“十三五”期间的破局，行业或走出黎明前的黑暗，投资碳纤维行业关键看企业的布局和格局。并针对行业提出了“三道坎”与“三个判断”。1. 有别于大众的认识：投碳纤维，布局和格局更重要我们看好碳纤维产业在“十三五”期间的破局，国家安全战略或支持行业走出黎明前的黑暗，管窥产业链的发展，我们的研究表明：·  国内基本实现T700千吨级、T800百吨级技术突破，但最核心是稳定性、产品

2、离散度，同日本相去甚远，多学科交叉，且精密制造的工艺门槛甚高，取决于国内工业制造业整体发展水平（且关键设备国外封锁）；· 在目前的产品等级上国内基本上全行业亏损（除了个别的小批量供军工、高级体育器材等及部分复合材制造环节），我们判断短期（1-2年）经济性是发展的制约（假设政策补贴不变），因此判断上游设备厂商短期很难看到需求的放量；· 仅从下游的环节难以实现全产业链的突破，碳纤维虽最终体现为复合材料应用，但工业链条从碳纤维原丝生产、碳化、预浸料、复合材料，有甚高的一致性要求，并且我国树脂工业、界面浸润剂（上浆剂）、模具设计、成型工艺等相关下游产业同国际仍有较大差距；·

3、; 生存之道只能走向高端（如关键的干喷湿纺工艺），低端结构性过剩且成本下降空间亦有限，日本东丽（Toray Industries）供应波音为T800S高强中模等高端产品，并打压我国中低端产品市场；国内市场看，我们认为当下国内汽车工业不算好的方向（但未来充满想象空间），而国家安全战略支持行业发展，我们看好航天航空、军工领域、海工、建筑补强等领域；综上，站在历史的转折点，我们认为，对碳纤维产业链的投资视角将不可局限于过往从当下的产品景气波动的逻辑进行投资回报分析，而企业的布局和格局更加重要；我们看好产业链布局领先的行业龙头公司：率先突破关键生产工艺及高强中模T800S产品产业化领先的中复神鹰（中建

4、材集团控股）、垂直一体化产业链并面向下游延伸领先的恒神股份（新三板代码832397），跨产业布局具备国际视野的康德新（002450.SZ）；2. 中国碳纤维工业的“三道坎”我们认为，碳纤维的生产是个“精细活”，产品作为复合材料大量应用于结构件上，因此质量关键是稳定性，离散系数（CV=/），因此，所谓的“门槛”是和整个中国的工业制造业工艺水平密切相关，日本人制造业精度等级领先全球（譬如相机制造），这是为什么日本碳纤维工业冠绝全球的原因。2.1.    结构性过剩、冰火两重天我们的研究表明，2015年国内碳纤维市场总需求预计在15000吨左右，偏乐观预计下国产碳纤维用量不到35

5、00吨，国产化率不到30%（其他份额被日本东丽等厂家占据）。从供需关系看，国内聚丙烯腈（简称PAN,下同）基原丝产能约25000吨，PAN基碳纤维产能约12500吨/年，其中以T300为主的偏低端产品产能占80%左右（约1万吨），低端产品领域产能过剩问题严重，在有限的市场需求面前，各企业竞争激烈，毛利率普遍为负。而在高端产品领域，却呈现冰火两重天。用于民航飞机、国防军工领域的T800S高强中模及高模量碳纤维产品需求旺盛，产品售价较高，每吨售价可达200万-400万，利润空间较大。目前该市场被国际龙头日本东丽等企业占据，东丽生产的T800碳纤维增强复合材料（简称CFRP，下同）主要供应波音飞机。

6、我们统计目前中国碳纤维生产企业数十家，国产龙头企业普遍技术水平在T700级别，在T800高强中模产品仅中复神鹰实现了百吨级别量产（该产品较T700跨越甚大），目前T700产能千吨以上的企业有4家（中复神鹰、恒神股份、威海拓展、兰州蓝星），但在T700这个级别上仅中复神鹰、恒神股份具备了千吨级生产线的稳定量产工艺（我们认为实现产业化生产线须具备千吨级产能，从中试数十吨线放大规模后，工艺控制细节难度几何级加大），而其他少部分企业实现百吨级的稳定生产工艺。国内在大飞机、国防军工领域也迫切需要使用高强度中模量及高模量的碳纤维，由于碳纤维涉及军事敏感材料，日美技术封锁，与低端市场的结构性过剩形成巨大反差

7、，平均技术水平落后日本、美国等企业至少10年以上。结构性过剩、冰火两重天是最直接的一道坎。2.2.    流程长，控制点众多,关乎中国工业制造业整体工艺水平我们认为，碳纤维是多学科交叉综合的产品，生产流程远比一般加工制造业长：涉及原丝生产的聚合反应（化工，高分子）、纺织（轻工，类似晴纶工艺，但分子量远大于晴纶）、碳化（高温材料）、浸润剂（上浆剂）等表面处理（化工）、并对下游的树脂工业、模具设计及成型工艺等复合材料应用环节有较高的要求。并且从技术角度，即便T800S/H产品实验室取得突破，实际千吨级生产线3000余工艺点的稳定性控制考验设备精细化、稳定化、自动化，是和整个中国

8、的工业水平密切相关（关键设备无法进口）。2.2.1. 生产流程长、工艺控制点众多考验整体制造业精细化水平整个碳纤维制造工艺控制点在3000个以上，质量稳定性是关键。而同一种工序的技术路径多种，稳定控制需要学术、实业界不断反复实验探索，并且更重要是精细化、自动化、稳定化。· 在聚合反应中，在使用PAN基（占主流，90%以上）作为碳纤维前驱体的情况下，反应温度、溶剂浓度、剪切速率、平均分子量、溶液黏性变化等都是重要的控制变量，从横截面电镜图观察到不同的参数对纤维排列、层间致密性等影响明显。不同参数间也会有相互影响，如改变温度对聚合体黏度变化速度、引发剂作用速度都产生非线性影响；同样，选择

9、发生聚合的环境即溶剂和催化剂也有多种路径。· 目前以东丽为代表的溶液聚合（一步法）使用二甲基亚砜（DSMO），步骤少可以经脱泡、过滤等处理后直接纺丝；以三菱人造丝等为代表的悬浮、乳液聚合需要二次溶解，使用二甲基甲酰胺（DMF）和水的混合作溶剂，利用此法可以得到高分子质量的共聚物。· 在纺丝和拉伸环节，同样是工艺控制点众多（众多的参数控制也是干喷湿纺工艺难以掌握的原因，生产线一般300400米长）。喷丝头、凝固液池浓度、空气层高度（湿法无空气层）等整个装置的设立就有多种路径。同样，后端的处理拉伸、洗浴、上油环节也存在难点，拉伸比控制、每次拉伸的干燥时间与温度环境等控制是纤维进

10、一步变细、纤维强度变强的重要参数等。这些控制参数需要试错成本、学术研发以及整体工业水平进步去支持。2.2.2. 涉及多学科综合，人才储备欠缺碳纤维是学科交叉综合的产品，在基础研究方面很多是国内学科空白，国内只有3个学校有碳纤维专业，也是近几年国内才设这个专业，其他复合材料专业对碳纤维的研究起步晚，所以人才储备不足。没有理论基础和人才储备，国内龙头企业只能靠自己去摸索和研发，技术突破慢。而日本是纺织和化工大国，积累了很多人才，且装备完善。2.3.  工艺及设备，工艺是关键，原丝的干喷湿纺是关键工艺我们认为，在工艺和设备中，工艺是重中之重，对工艺的理解将促使设备进步，而工艺中最主要的是原

11、丝工艺，原丝的缺陷全部进入了碳纤维中，并且在绝对数值上进行放大，原丝工艺中最重要的除了聚合PAN原液环节外，干喷湿纺工艺是关键。2.3.1. PAN原丝是关键，原丝性能决定整个碳纤维品质优劣原丝质量我们认为是影响碳纤维质量的关键，当原丝烧结成碳纤维后，原丝的缺陷全部引入了碳纤维中，并且在绝对数值上进行放大（碳纤维强度比原丝放大约57倍）。后端的碳化技术上我们认为已经趋向成熟，进口的氧化炉、碳化炉都相对容易获得（进口设备为主，稳定性好）。据我们统计，国内企业拥有原丝生产能力的企业仅占1/4（约10家出头），拥有原丝、碳纤维以及下游复合材料产业链的企业不足一掌之数。高品质PAN原丝的要求是：1、结

12、构均匀，纤维内外部缺陷少；2、金属等杂质含量低，溶剂残留量低；3、纤维的超分子结构规整，取向度高；4、纤维的物理机械性能好（拉伸强度高、模量高等）；5、纤维纤度小、直径不匀率低；6、纤维的油剂或表面处理剂有利于原丝的预氧化和碳化等。我们认为，对上游原丝的工艺的研发的不断拓展是开发高端产品（高强度、高/中模量）的唯一途径，也在日本东丽等企业核心竞争力和竞争壁垒的来源。2.3.2. 原丝生产之关键工艺干喷湿纺干喷湿纺工艺（或称为干湿法纺丝）是上世纪60年代由日本专利发明并应用。掌握该工艺的东丽等日企长期处于垄断地位并实行技术封锁。湿法直接将制得的PAN原液喷入凝固液中凝固形成纤维，干喷湿纺的原理是

13、将纺丝原液从喷丝头喷出后经过一段空气层（或惰性气体层），然后再进入凝固液进行凝固和牵引。干喷湿纺的优势在于：第一，PAN原液在空气层中原液表面形成了一层致密的薄膜，有效阻止了大孔洞在丝束表面形成；第二，碳纤维强度必须经过拉伸过程中形成致密排列的纤维、有效结晶才能提高。此法下原液经过空气层可以经受住显著的喷丝头拉伸而不发生显著的变形（巴勒斯膨胀，这是导致纤维表面凹槽的原因），拉伸区距离达5-100mm。这大大提高了纺丝的强度、速度以及直径，纺丝速度一般可达40-150m/min(目前最新速度已经超过300m/min)，是湿法纺丝的8倍。同时，原丝发生回缩和断裂的可能性降低了，提高了生产效率和良品

14、率。2.3.3. 个别企业实现干喷湿纺突破，现有工艺完全重新开发我们的研究表明，对干喷湿纺的工艺突破意味着可以与世界级企业（日本的东丽、美国的Hexcel）站在同一个平台去竞争，成本有望减少、碳纤维质量（标号）有望提高。而从T300湿法工艺升级至干喷湿纺的T700工艺接近完全重新开发；T700到T800的工艺亦是重新开发。国内企业最早是中复神鹰2012年实现T700干喷湿纺工艺技术打通，目前龙头企业恒神股份、威海拓展亦实现干喷湿纺工艺。3.  关于碳纤维行业的三点判断我们认为，国内企业短期内（未来1-2年）成本下降空间有限，基本全行业亏损的局面短期内难以改变，而政策性的补贴非常有限，

15、经济性目前仍是行业发展较大的制约（包括对设备供应商）；生存之道只能走向高端，国内汽车工业目前我们认为并不是好的领域（但未来充满想象空间），看好国防、航天航空、建筑工程等领域；另一方面，我们认为，仅从下游的某个环节难以实现整个产业链的突破。3.1.  判断一：成本下降空间有限，经济性仍是发展较大的制约3.1.1. 低端产品的价格难以改观我们认为，以日本东丽为代表的企业对中国碳纤维工业普遍采取了抑制行业发展的定价战略：即针对中国市场具备战略性意义的普遍产品（如电缆芯等），定价在中国龙头企业的现金成本线（1820美金/公斤）附近，而依靠供应波音等高端领域产品盈利。考虑到产品品质（稳定性、离

16、散度）仍存在差异，我们判断，针对相同应用领域，国内龙头企业产品售价普遍低于东丽15%20%（可能部分应用领域低于现金成本出货），而国内一般企业T300级别售价则更低。我们判断来自国际市场的竞争不会在短期消除，加上国内企业低端产品过剩的竞争，国内市场目前的产品的价格难以改观。3.1.2. 拆分测算，成本下降空间有限从生产成本看，我们拆分得知原材料、燃料各占约3成，人工约占2成、折旧约占1成，其中原料与燃料供应稳定、价格透明。我们测算日本东丽生产成本难以低过1820美金/公斤。根据实验数据，每生产一吨碳纤维需要消耗2.2吨的原丝，500t/a碳纤维线需配备1100t/a的原丝线。下表为我们测算使用

17、二步法聚合生产PAN、湿法纺丝生产原丝的1100t/a生产线消耗成本一览表，其中单体原料占成本37%、能源公用设施（蒸汽、电力、自来水）占24%、折旧占9%、人工占21%，基本与碳纤维生产成本结构类似。最终的每吨原丝生产成本为5.475万元，实际成本应更高估算在6.5万元，折合碳纤维130元/公斤（20美金/公斤）以上。我们判断成本降低主要有扩大规模和工艺优化两种，但幅度有限：a)  稳定生产且规模扩大：碳纤维行业具有规模经济性，估算若单线规模1000吨上升到2000吨，成本可以降10%，2000吨到3000吨，成本可能降15%；万吨线理论成本降幅在30%左右，据此测算，在目前千吨线

18、规模上仅提升产销率可以把理论生产成本降至约17.44美元/公斤，而上游原丝使用的干喷湿纺工艺继续优化，且万吨线开满后，极限假设下，生产成本可以降到70元人民币/公斤（1213美元/公斤）附近。b)    工艺优化也有助成本降低，纺速传统80米/分钟，若掌握干喷湿纺工艺，速度可达300米/分钟，未来2-3年可能优化到400-500米的纺速；原丝聚合工艺等优化（一步法、二步法等）亦是成本降低重要途径之一。3.1.3. 短期行业亏损难改观，补贴有限，经济性是发展的制约目前国内碳纤维企业售价普遍低于现金成本，粗略估计龙头企业产品每公斤平均净亏损（算上三费）10美元甚至以上。行业普遍

19、亏损难以根本改变，而国家的补贴支持相对来说力度不够（发改委有产业配套资金支持e.g. 投资1亿元补贴1000万元），经济性是碳纤维发展较大制约。3.2. 判断二：高端是生存的突破，国内汽车工业当下尚并不是好的领域，看好国防、航天航空等领域高端是生存的突破，我们看好航天航空领域与军事领域的需求。航空航天和国防是碳纤维最重要的应用领域，消费量约占世界总消费量30%，但却贡献了全球50%的碳纤维产值（见下图）。民航大飞机、军用直升机等碳纤维材料占总造价的比例低，以波音787为例，其大面积使用碳纤维预浸料（达全身重量55%）但仍仅占总造价不到5%，而轻量化材料的使用对经济性及性能指标提升明显；我们观察

20、到全球碳纤维消费量与产值，航空航天和国防领域、土木工程和汽车等应用领域增长最为显著，未来增速将继续维持10%以上，中国航天航空、军事领域、海洋工程、建筑领域应用碳纤维很少，未来增速有望快于全球。3.2.1.     看好民航大飞机、军工领域应用将逐步深化带来的机会民航飞机趋势是朝着更大（空间大、座位多、舒适）、巡航更快更久、更经济方向进化。最新的787梦想飞机（Dreamliner）代表了未来低燃耗、高速巡航、宽体舒适，可实现点对点不经停直飞。该飞机自2011年推出起目前订单数突破1100架。787飞机最大亮点是全机身55%的重量使用碳纤维增强复合材料（CFRP），飞机重量

21、减轻20%以上，提高了燃效和续航距离（比同类机型省油20%以上或多20%以上的续航距离），并减少了二氧化碳排放等；无独有偶，787的竞争者机型空客A350推出了A350XWB，这款飞机机体53%由CFRP构成。世界上最大的两个民航客机厂商首次在客机上如此大比例使用CFRP，代表了轻量化的发展趋势，复合材料使用比例在不断上升。航空公司业作为重资产周期性行业，燃油占营业成本约40%，燃油成本的节省将带来巨大利润增长，航空公司有很大动力去推进飞机轻量化，同时，无损检测碳纤维裂痕、修复技术越加成熟，将解决碳纤维材料使用的后顾之忧。日本东丽独家供货波音合同延长至2025年，带来总价值超过87亿美元收入。

22、东丽将在合同期内向787客机、777x客机供应碳纤维预浸料。一架787客机使用约33吨碳纤维预浸料，其中约20吨是T800S碳纤维，按照最保守假设T800S碳纤维的售价是31万美元/吨（200万人民币/吨），则一架787上碳纤维价值仍高达620万美元。国产大飞机C919一经推出已经获得了500多架的订单，目前整个C919使用CFRP仅占12%。假设未来机身重量50%使用CFRP、每架使用10吨碳纤维，按照200万/吨售价，每架订单将带来2000万收入，如果按照平均每年50架的交付进度，年产值逾10亿元，按照后期设计150架/年总装能力，粗略预计碳纤维在中国大飞机市场年产值超过30亿元；另外，国

23、产新型支线客机ARJ21以及新舟系列支线客机也会向轻量化靠拢，ARJ21-700型飞机已获300多架订单，目前交付能力56架/年，待交付能力提升后也将带来不俗的市场空间。我们判断国产干线大飞机作为150座左右的窄体客机，燃油的经济性将成为重要卖点（航空公司盈利重要依据），具有国产T800碳纤维生产能力的龙头企业，如中复神鹰等，未来或将是最为受益的公司。军事航天器对轻量化材料的需求提升较为迫切，我们估算目前整个国内军用碳纤维市场用量仅在百吨的量级，未来提升空间较大。以军机为例，为了保持机动性和实战能力，使用轻量化的碳纤维材料减轻机身重量是最合适和必要的选择（同时也考虑到我国涡扇、涡轴发动机功率普

24、遍低于发达国家），进入军工采购体系认证的企业有望率先获益。3.2.2.     国内汽车工业当下看并不是最好的领域（但具备广阔想象空间），其他工业领域多点开花汽车轻量化是大势所趋，汽车是2013年消费量增长最快领域，消费量达5000吨，增速100%，我们测算车重每减10%，便可降低6%8%的油耗，降低56%的排放，并有助于提升车辆的加速与制动性能。但我们认为，国内汽车工业目前看并不是碳纤维未来好的领域。以宝马i3为例，其采用SGL的T400级别碳纤维，国内售价45万，价格比同类车型贵一倍，但是外资和合资车企主要的零部件决策权集中在外资，碳纤维的供货商一般在国外，而自主品牌车

25、企虽具有自主决策权，但普遍定价相对低端（均价10万元以内），采用碳纤维的成本压力较大。其他领域：海洋工程、建筑加固等领域也可能是未来的突破点。海洋工程领域，钻井平台，深海油田，尤其是超过300米的钻杆，碳纤维耐腐蚀性强，未来3-5年用量可能会有大幅飞跃；在建筑加固领域，目前碳纤维仅用在桥梁维修加固领域，未来在新建领域，碳纤维预制体结构件有望推广，这种做法在日本很普遍，例如承重梁，混凝土里面的加固；输电领域，碳纤维电缆芯目前仅用于改造，未来在新线的应用上有望突破；海上风电叶片，超过100米长的叶片必须使用碳纤维，未来在沿海风电场、海上作业自用风电场有望普及；另外，碳/碳复合材料等耐高温复合材料，

26、对树脂类碳纤维是一大补充。3.3.    判断三：仅从下游产业链环节难以实现突破从产业链来看，上游是原丝，中游是碳化，碳纤维的下游是树脂复合材料、模具成型工艺。为了保证碳纤维丝的质量，国际龙头企业生产的高质量原丝自产自用，原丝和碳化在同一家企业完成。市场一般使用预浸料而不是直接消耗碳纤维，所以为了提供高品质树脂复合材料，龙头碳纤维企业自己制备预浸料等复合材料（分为湿法和干法去融合树脂、碳纤维丝/织物）。从国外的经验看，有竞争力的碳纤维企业都是全产业链公司，从生产原丝开始，直到配套完成树脂复合材料中间产品（e.g.织物、预浸料等），而最终的复合材料（如碳纤维结构件）制造大部分

27、由下游的子公司或关联公司，即模具设计企业、重工业企业制造完成。上下游产业链须同步发展，仅做某个环节亦难突破和放量。碳纤维复合材料结构成型与材料成型同时完成，下游产品性能受纤维与树脂匹配性、工艺性等影响较大，因此必须发展由原丝到碳纤维再到复合材料的全产业链。下游产品的开发，要与碳纤维的研发形成一个良性互动的过程。在“生产应用改进扩大应用提高稳定”循环中发现问题，解决问题，从不稳定到逐步稳定。原丝、碳化、树脂复合材料以及模具这几个主要环节形成了一个制造轻量化结构件的上下游产业集群，提供一个整体解决方案。例如波音787为轻量化结构件进行招标，日本企业整体竞标，东丽负责提供T800S预浸料，三菱重工、

28、川崎重工等负责把预浸料用模具加工成机翼等一次结构件供波音组装。产业集群大大提高了碳纤维相关企业的竞争力，同时碳纤维企业和下游成型模具企业的紧密合作将互相促进技术进步、更加快速满足市场需求。从产业角度来看，上游原丝壁垒更高，仅发展某一个环节很难在激烈的竞争中形成突破和放量，这一点在日本和台湾的制造业发展过程中都得到充分验证。除了原丝工艺差距，中国的树脂工业、浸润剂（界面上浆剂）、模具开发设计能力落后亦构成制约。我们判断碳纤维全产业链布局公司（原丝、碳化、复合材料）会最终跑赢。4. 推荐标的我们认为，对碳纤维产业的链投资视角将不可局限于过往从当下的产品景气波动的逻辑进行投资回报分析，而企业的布局和

29、格局更加重要；我们看好产业链布局领先的行业龙头公司：率先突破关键生产工艺及高强中模T800S产品产业化领先的中复神鹰（中建材集团控股）、垂直一体化产业链并面向下游延伸领先的恒神股份（新三板代码832397），跨产业布局具备国际视野的康德新（002450.SZ）。4.1.    中复神鹰（中国建材控股）中复神鹰碳纤维有限责任公司（以下简称“中复神鹰”）是中国建筑材料集团碳纤维业务的核心企业，中建材及全资控股子公司中国复合材料集团有限公司（以下简称“中国复材”）合计持有中复神鹰64.4%股份。4.1.1. 中复神鹰代表国内碳纤维发展制高点中复神鹰的碳纤维发展历程基本代表了我国碳

30、纤维行业的演进：· 2005年9月，公司利用自身腈纶化纤成套设备生产的优势，自行研发和制备碳纤维原丝和碳化生产设备；· 2006年9月，原丝生产线一次投料试车成功，原丝的主要数据指标已达到或超过国内中试生产线水平；· 2007年10月，在神鹰新材料公司基础上，由中国复合材料集团有限公司，连云港鹰游纺机有限责任公司和江苏奥神集团有限责任公司共同增资扩股，组建中复神鹰碳纤维有限责任公司；· 2007年12月底，建成第一条100吨/年的碳化生产线和一条年产500吨小丝束原丝的生产线；· 2008年11月，新建了2500吨聚丙烯晴基碳纤维原丝和1000

31、吨碳化生产线，主要生产T300；· 2009年达1000吨/年销量，同年研发更高级别的碳纤维，工艺路线也开始改变，借鉴东丽的干喷湿纺技术；· 2012年年底，公司形成年产10000吨PAN原丝和4200吨碳纤维的生产能力，实现了T700批量化生产，是国内唯一一家，也是国际上第三家（另外为日本东丽，美国Hexcel）千吨级干喷湿纺T700级别碳纤维的企业；· 2013年拓展至国外，应用于压力容器、电缆芯、航空航天，并外销欧洲市场，每年销量在1500吨左右；· 2014-2015基本上100%销售是T700的产品；· 2015年9月实现T800批量生产，百吨级实现稳定生产4.1.2. 中复神鹰挟央企集团优势，布局全产业链中复神鹰依托股东方拥有“上游自产设备-原丝-纺织-碳化-复合材料”的布局：4.2.    恒神股份：从原丝到复合材料全产业链江苏恒神在新三板挂牌。公司也起步于2006-2007年，目前拥有3500吨碳纤维产能，产能仅次于中复神鹰，也是国内4家产能千吨以上企业之一（其他三家除了神鹰，还有威海拓展3000吨、兰州蓝星集团1000吨）。2014年销售收入1.12亿元，目前正有序推进碳纤维材料不同领域的认证工作，市场有望得到拓展。恒神是国内具有自原丝、碳纤维、上浆剂、织物、