碳纖維在新材料中的重要性正在提升。

 

國內生產碳纖維的企業包括光威復材（300699.SZ）、吉林碳谷（836077.BJ）、吉林化纖(000420.SZ)等。光威復材董事會秘書人士對記者表示，因為下游碳纖維應用的發展，目前碳纖維市場處于供不應求的情況，例如，近年來風電葉片的生產對于碳纖維的需求量越來越多。

 

根據《2021碳纖維復合材料市場報告》（以下簡稱《報告》），國內風電葉片所需碳纖維為2.25萬噸，占到了國內碳纖維總需求比例的36.1%。

 

光威復材人士告訴記者，碳纖維和樹脂材料結合可以進一步制成碳纖維復合材料，比如預浸料、碳梁等產品。根據碳纖維制成的不同型材的產品，可以滿足下游不同領域的應用需求。

 

創證券化工行業席分析師崔緒麗在近日發表的研報中表示，由于其高強度、輕質量等優良性質，碳纖維被廣泛應用于國防軍工、航空航天、新能源、汽車、體育用品等領域。

 

根據崔緒麗的介紹，碳纖維的技術方向主要包括大絲束、高強度等。所謂大絲束是指每束碳纖維中有超過2萬4千根絲。而據記者了解，光威復材的產品目前主要是小絲束，吉林碳谷和吉林化纖的產能布局則同時覆蓋了大絲束和小絲束。

 

下游需求增長 碳纖維供不應求

 

光威復材人士告訴記者，目前碳纖維市場處于供不應求的情況，原因之一是碳纖維應用的發展。今年光威復材新增產能主要是包頭一期的4000噸，預計今年年底能夠建成。

 

光威復材年報介紹，2021年國內市場由于碳纖維受到進口限制造成供應缺口以及疫情的影響，國產碳纖維行業環境和國內市場供求格局發生歷史性變化，碳纖維價格快速上漲，供應嚴重緊張，并從個別型號產品蔓延到民用全系列產品。以碳纖維為原材料的碳梁業務受到成本快速上漲影響業務盈利能力下滑，而原材料短缺造成訂單交付不足。

 

根據《報告》，2021年碳纖維的總需求為6.24萬噸，同比增長了27.7%。其中，進口量為3.31萬噸，同比增長9.2%；國產供應量為2.93萬噸，同比增長58.1%。

 

碳纖維是由聚丙烯腈等有機纖維，在高溫環境下經碳化形成碳主鏈結構而得到的無機高分子纖維，直徑5-10微米，含碳量高達90%以上。光威復材在年報中介紹，碳纖維具有高強度、低重量等特性，可以在諸如高壓、高溫、高濕、高寒、高腐蝕性等惡劣工況環境中代替金屬材料。比如，碳纖維的比重不到鋼的四分之一，抗拉強度是鋼的7-9倍。

 

“碳纖維被稱為材料領域的‘黑色黃金’”吉林化纖在年報中表示。

 

光威復材表示，因其優異的性能，碳纖維成為國防工業發展的關鍵材料之一。隨著技術進步和成本的降低，碳纖維后來開始逐漸應用于民用領域，在航空航天、風力發電、氫能光伏、建筑工程、軌道交通、體育休閑等領域也具有較大的發展空間。

 

例如，根據崔緒麗的研報，在早期的民用飛機里，碳纖維復合材料占比僅為5%-6%。隨著技術的不斷進步，空客A380的復合材料占比達到23%。新的波音B787和空客A350機身上，復合材料的用量達到50%。國產民用大飛機C919的復合材料使用比例達到了12%。

 

崔緒麗介紹，產業鏈上游企業通過石油、煤炭、天然氣等化石燃料制成丙烯晴。丙烯晴經過聚合、紡絲之后得到聚丙烯晴原絲。產業鏈中下游的企業再將聚丙烯晴原絲經過碳化之后得到碳纖維。

 

光威復材人士告訴記者，碳纖維和樹脂材料結合，可以進一步制成預浸料產品。預浸料是碳纖維應用的中間產品，碳纖維先做成預浸料，然后再做成各種型材以滿足下游不同領域的需求。

 

例如，風電葉片的制造就需要用到碳纖維預浸料。光威復材2021年用于風電葉片制造的預浸料收入達到3.95億元，同比增長51.94%。光威復材人士告訴記者，風電是近幾年新出現的業務。除了預浸料，風電葉片還要用到碳梁，這是一種風電葉片中的支撐結構。碳梁同樣是由碳纖維和樹脂材料制成，其工藝過程和預浸料不一樣。

 

光威復材的產品主要包括碳纖維、碳梁、預浸料三類。碳纖維占營業收入的比重為48.92%，碳梁占到了30.99%，預浸料為13.78%。其中，碳纖維的毛利率達到了70.05%，而碳梁和預浸料的毛利率分別為15.07%和28.15%。

 

據崔緒麗介紹，預浸料和碳梁都屬于碳纖維復合材料。預浸料使用了預浸鋪放工藝，碳梁使用的是纏繞拉擠工藝。預浸鋪放工藝是實用性廣、應用經驗成熟的工藝。不過，近年來由于風電葉片等應用的的發展，纏繞拉擠工藝超越了預浸鋪放工藝，成為碳纖維行業大工藝。2021年，國內風電碳梁市場份額占到了的60%。

 

除了風電，碳纖維在其他新能源領域也有廣泛的應用。據光威復材年報介紹，碳纖維材料具有輕量化、減排、環保功能，在綠色能源發展中有著明顯的技術性能優勢，比如風電領域的葉片制造、太陽能領域硅片生產的熱場材料、氫能領域的儲運裝備等應用領域。光威復材2021年新能源板塊的碳纖維產品收入為8.08億元，同比增長12.56%。

 

大絲束高強度成技術方向

 

光威復材人士告訴記者，目前的該公司產品主要是小絲束碳纖維，包括3K和12K。1K代表一束碳纖維中有1000根絲。24K以下為小絲束，24K及以上為大絲束。

 

崔緒麗介紹，碳纖維發展的初期以1K、3K、6K為主，逐漸發展為12K，主要用于國防軍工、航空航天等高端技術領域，產量低、成本高、價格高，被稱為“宇航級材料。24K以上的大絲束，廣泛用于紡織、醫藥衛生、機電、土木建筑、交通運輸和能源等工業和民用領域，成本低，但生產控制難度大，被稱為“工業級材料”。

 

“大絲束碳纖維核心驅動力就是在保持碳纖維優良性能的前提下，大幅降低其成本，打開碳纖維廣泛運用于工業和民用領域大門。”崔緒麗表示。

 

吉林碳谷在年報中介紹，該公司的主要產品是碳纖維原絲，覆蓋了從小絲束到大絲束的全系列產品。“公司發展主方向大絲束不變，在保證軍工領域份額的前提下，主要目標放在了工業用和民用方面。”吉林碳谷表示。

 

吉林碳谷進一步介紹，該公司已于2018年實現了24K、25K產品的規?；a，于2019年實現了48K產品的規?；a。2021年，吉林碳谷研發實現35K、50K的產業化。

 

而吉林化纖在年報中表示，該公司的主要產品是粘膠纖維，目前正在布局碳纖維領域，同樣也包括小絲束和大絲束。吉林化纖的子公司吉林凱美克化工有限公司籌建了年產600噸小絲束碳纖維生產線，截至2021年末，已建成一半產能；子公司吉林寶旌炭材料有限公司主要從事大絲束、低成本碳纖維的研發、生產和銷售。

 

崔緒麗進一步介紹，大絲束在風電、體育休閑等領域具有很大的應用空間。比如，大絲束碳纖維由于其減重、耐腐蝕性，性能優于傳統材料，隨著技術和成本的突破，逐步成為風電葉片、梁的主要材料。在體育用品方面，釣魚竿、球拍、滑雪板、高爾夫球桿等碳纖維也多使用大絲束產品。

 

“盡管小絲束的碳纖維在我國已經在航空航天等多個領域得到應用，優質的碳纖維生產廠商如光威復材等已經具備了生產T1000級別小絲束的能力。但是大絲束的生產與小絲束差異性很大，對于大絲束來說，仍具備較強的工藝壁壘。”崔緒麗表示。

 

除了絲束之外，衡量碳纖維產品的指標還有強度。光威復材在年報中介紹，該公司正推動T700級、T800級的產業化，同時開展T1000級、T1100級等產品的技術研發。其中，T系列的數值越高，代表碳纖維的抗拉強度越高。比如，T300抗拉強度應達到3.5Gpa，T700抗拉應達到4.9Gpa。

 

據光威復材介紹，T700、T800等系列產品都屬于非定型碳纖維產品。2021年該公司利潤增量中有約70%都來自于非定型碳纖維產品。其中，T800級系列包括T800H級、T800S級、T800G級。以T800H級為主，該款產品是光威復材儲備并驗證多年、尚未正式批產的下一代航空裝備用主力材料，目前有105噸產能滿足小批量交付需求。