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碳纤维产业(碳纤维产业链分析文章)

放大字体  缩小字体 发布日期:2023-02-11   来源:风电网   作者:风电叶片   浏览次数:98
核心提示:(报告出品方/作者:华泰证券,方晏荷)1 需求比较:玻纤产业化程度更高,碳纤维应用初期碳纤维性能显著优于玻纤,但玻纤性价比更高碳纤维在可量产纤维材料中性能最佳,主要体现在低密度、高强度、高模量、耐高温等。碳 纤维是由聚丙烯腈(PAN)(或沥青、粘胶、酚醛基)等有机纤维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,其中全球 90%以上的碳纤维通过 PAN 制造。 碳纤维具备出色的力学性能和化学稳定性,是目前已大量生产的高性能纤维中具有最高的 比强度和最高的比模量的纤维。相比于传统的高性

   

(报告出品方/作者:华泰证券,方晏荷)1 需求比较:玻纤产业化程度更高,碳纤维应用初期碳纤维性能显著优于玻纤,但玻纤性价比更高碳纤维在可量产纤维材料中性能最佳,主要体现在低密度、高强度、高模量、耐高温等。
碳 纤维是由聚丙烯腈(PAN)(或沥青、粘胶、酚醛基)等有机纤维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,其中全球 90%以上的碳纤维通过 PAN 制造。
碳纤维具备出色的力学性能和化学稳定性,是目前已大量生产的高性能纤维中具有最高的 比强度和最高的比模量的纤维。
相比于传统的高性能纤维玻纤、玄武岩纤维等,碳纤维的主 要特点是重量轻/低密度(密度是钢的 1/5,是铝合金的 1/2)、高强度(T300 拉伸强度 3500MPa,T1000/6370MPa,T1200/9000MPa)、高模量(弹性强弱,T300/230GPa, T800/290GPa,M40/400GPa)、耐高温(2000 摄氏度以上强度不降)、耐腐蚀(耐海水及 各种酸碱盐等介质腐蚀)、热膨胀系数小(急冷急热下尺寸稳定性高)、导热/导电性能独特 (可用于电加热及军工屏蔽防护)。
玻纤相比于碳纤维性价比更高,而中国巨石超高模量玻纤在部分性能上与碳纤维差距已明 显缩小。
玻璃纤维是一种综合性能优异的无机非金属材料,以叶腊石、高岭土、石灰石、石 英砂等矿物原料按一定配比混合后经高温熔制等工艺制造而成,价格一般在 5000-10000 元 /吨之间。
通常作为复合材料增强基材、电绝缘材料、耐热绝热材料、光导材料、耐蚀材料 和过滤材料等,广泛用于多个产业领域,是国家重点鼓励发展的新材料之一。
与碳纤维相比, 玻纤性能虽较低,但价格是碳纤维的 1/10 以下,性价比相对较高且应用更广泛。
此外,中 国巨石 2020 年推出的 E9 超高模量玻纤拉伸模量超过 100GPa,拉伸强度已可达到 3500MPa,软化温度达到 970℃,在部分性能上与碳纤维的差距已明显缩小。
玻纤产业化程度更高,碳纤维需求在拓展初期玻纤需求量为碳纤维 80 倍,但需求增速显著小于碳纤维需求体量看,2020 年碳纤维在全球/中国有 11/5 万吨、26/10 亿美元市场规模,预计至 21- 25 年 CAGR 为 13%/25%,国产碳纤维需求预计保持 30%以上高增长。
从需求端看,2020 年全 球碳纤维整体需求约 10.7 万吨/26 亿美元,同比+3%/-9%,疫情拖累高价的航空航天领域 销售降低导致市场规模下降;预计 25/30 年需求分别达到 20/40 万吨,21-25/21-30 年 CAGR 分别为 13%/14%。
2020 年中国碳纤维需求约 4.9 万吨,同比+29%,占到全球需求量的 46%,同比+9pct。
其 中国产/进口为 1.9/3.0 万吨,同比+54%/+18%,国产碳纤维增速已连续 3 年超 30%。
预计 国内碳纤维需求在 2023/2025 年总体达到 9.4/14.9 万吨,21-25 年 CAGR 为 24%/25%, 其中国产 CAGR 预计为 35%/35%。
此外,2020 年国内总体市场规模 10 亿美元。
目前国内大部分碳纤维需求依靠进口满足,2020 年国内需求自给率仅 38%(1.9/4.9 万吨), 随着国内下游需求的逐步打开,预计到 2023/2025 年碳纤维自给率可达到 48%/55%。
进口碳纤维主要来自日本、美国等,2021 年前 9 月,我 国进口碳纤维产品合计为 1.9 万吨,同比+8%,其中碳纤维/碳纤维预浸料/制品 4037/1278/15397 吨,同比+60%/+90%/-4%。
需求结构看,碳纤维下游需求以风电叶片、航天航空、体育休闲、汽车为主。
从全球需求来 看,碳纤维下游相对分散,风电叶片(主梁、梁帽)、航空航天(飞机构件)、体育休闲(球 拍/钓具等)、汽车(轻量化构件)为主要应用领域,2020 年合计占到全球需求的 70%。
而 国内碳纤维主要应用于风电叶片和体育休闲,2020 年两者合计占比达到 71%。
从附加值来 看,航空航天单价达到 60 美元/kg,产品相对高端,市场基本被海外公司所占据;风电叶片 单价最低(14 美元/kg),全球应用相对更多。
但体育用品中碳纤维的发展速度相对较低, 2020 年全球体育用品碳纤维用量 1.5 万吨,同比+3%,预计 2025 年 2.0 万吨,21-25 年 CAGR 达到 5%。
玻纤集中应用在建筑、交通运输等传统领域,碳纤维在风电叶片、汽车轻量化等高端产品 中和玻纤有替代关系,而在建筑中也可用于桥梁补强。
玻纤产业化较明显,大众产品占比较 高,相对较低的价格使玻纤主要应用于建筑建材领域(34%)、交通运输(14%)、电子电器 (20%)及工业设备(22%)等领域,例如建筑承载工程中的加固材料(混凝土梁、柱)、 建筑物内外墙体保温、防水、抗裂材料和节能建筑门窗等,汽车中的前端模块、发动机罩、 新能源汽车电池保护盒等,家电外壳、供给水管等。
玻纤高端纱产品主要应用于风电叶片(短切原丝)、汽车轻量化(热塑纱)、PCB(电子纱), 此外航空航天如飞机上的内外侧副翼、方向舵、扰流板、机舱内的顶板、行李箱、仪表盘、 机身空调舱、盖板等二级结构。
以上领域也是碳纤维的主要应用领域,对玻纤具有一定替代 性。
传统领域如建筑中,碳纤维也有应用的地方,大丝束产品性能相对较低同时制造成本相 对较低,因此往往运用于基础工业领域,包括土木建筑、交通运输和能源等,如用于建筑桥 梁的补强。
(报告

 
关键词: 风电网 风力发电
 
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