2022年碳纖維系列報(bào)告

1、2022年碳纖維系列報(bào)告1、碳纖維：性能優(yōu)越，未來最值得期待的下游之一系風(fēng)電，對(duì)應(yīng)的產(chǎn)能T300-大絲束1.1碳纖維材料比強(qiáng)度高、穩(wěn)定性強(qiáng)，目前受制于價(jià)格滲透率較低與常見的鋼鐵材料相比，碳纖維有明顯優(yōu)勢(shì)：碳纖維擁有摩擦系數(shù)較高，良好的導(dǎo)電性，較低的比熱容，X光穿透性等優(yōu)勢(shì)性能。故在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中，碳纖維的材料特性能夠?yàn)楫a(chǎn)品帶來顯著的性能提升，近年來，下游不同領(lǐng)域?qū)μ祭w維的需求逐步增長。不過由于目前的碳纖維成本過高，21年全年，碳纖維價(jià)格持續(xù)上漲，更加限制了應(yīng)用層面的碳纖維開發(fā)與替代。所以受困于價(jià)格考量，材料之王碳纖維目前市場(chǎng)滲透率仍有待提升。1.2碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈條短，工藝難度體現(xiàn)在產(chǎn)品一致性和穩(wěn)定性

2、碳纖維材料產(chǎn)業(yè)鏈前端：產(chǎn)業(yè)鏈的起點(diǎn)是從主要原油開采國或者大宗商品交易獲得原油，原油經(jīng)過煉制得到輕油，進(jìn)而裂解制成丙烯、再通過氨氫化生成丙烯腈。成品丙烯腈能夠作為產(chǎn)品直接向下游銷售，國內(nèi)市場(chǎng)主要碳纖維廠商均采購丙烯腈作為原材料。碳纖維材料產(chǎn)業(yè)鏈中段：通過聚合丙烯腈方式獲得聚丙烯腈（雖然聚合本身的技術(shù)難度不是很高，但是要獲得能夠在后續(xù)過程中適合紡絲、氧化，碳化等流程的成品丙烯腈較為困難）。將聚丙烯腈置于紡絲設(shè)備中，經(jīng)高壓釜和噴頭紡絲得到聚丙烯腈原絲（即PAN原絲）。國內(nèi)有部分碳纖維廠商通過外購原絲，再經(jīng)過自己碳化產(chǎn)線完成碳化流程制成碳纖維。1.3下游應(yīng)用廣泛，以風(fēng)電、航空航天、體育休閑等為主碳纖維

3、應(yīng)用：碳纖維結(jié)合樹脂材料通過改變浸漬法、溫度、步驟等程序控制碳纖維性能可以得到受力結(jié)構(gòu)用碳纖維、耐焰碳纖維、活性碳纖維(吸附活性)、導(dǎo)電用碳纖維、潤滑用碳纖維、耐磨用碳纖維，輔以成型工藝得到相應(yīng)的碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用于航空航天、風(fēng)電葉片、汽車用品等下游行業(yè)。目前國內(nèi)的主要碳纖維產(chǎn)品以通用碳纖維為主，受限于國內(nèi)技術(shù)工藝仍處于碳纖維初期，市場(chǎng)滲透率還有待提升，短期沒有看到根據(jù)下游需求做定制化趨勢(shì)，但碳纖維長期有望根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景獲取差異化優(yōu)勢(shì)。細(xì)分賽道增速較高，風(fēng)電占比大、增速高：賽奧碳纖維預(yù)計(jì)，2025年全球碳纖維需求22.7萬噸，2020-2025年CAGR16%以上。其中，風(fēng)電葉片、碳碳復(fù)材和壓力

4、容器的增速較快，均在20%以上，2025年碳碳復(fù)材和壓力容器的需求合計(jì)約4萬噸，占總需求的20%，而風(fēng)電需求將會(huì)達(dá)到9.3萬噸，占總需求超過40%。風(fēng)電需求高增原因主要是風(fēng)機(jī)大型化趨勢(shì)：2020年我國海上風(fēng)電單機(jī)容量4.9MW，陸上2.6MW，同比+0.7和0.2MW，而近期招標(biāo)中，陸上單機(jī)容量最高達(dá)到6MW，海上達(dá)到11MW。大兆瓦風(fēng)機(jī)葉片長度增加，出于減重考慮，碳纖維葉片的滲透率將提升，目前來看，10MW/90米以上的風(fēng)機(jī)葉片都需要采用碳纖維。此外，維斯塔斯的碳纖維專利今年7月到期，國內(nèi)東方電氣、上海電氣、明陽智能等企業(yè)都開始有碳纖維葉片應(yīng)用。從強(qiáng)度上分類：碳纖維的力學(xué)性能是最重要指標(biāo)，由

5、于日本東麗發(fā)展較早、產(chǎn)品覆蓋較廣，業(yè)內(nèi)均采用其牌號(hào)作為力學(xué)性能的參考，從T300至T1100，力學(xué)性能逐漸增強(qiáng)。從絲束上分類：可分為大絲束和小絲束，以K來表示，1K即1個(gè)絲束含1000根碳纖維，大小絲束無明確定義，一般以24K以上（包括24K）為大絲束，以下為小絲束。大絲束的生產(chǎn)成本低，但較難做成T700以上的高性能產(chǎn)品，小絲束的生產(chǎn)成本高，但產(chǎn)品性能較好。2、原絲供需關(guān)系：短期供不應(yīng)求，長期趨于合理；大絲束-風(fēng)電市場(chǎng)原絲格局優(yōu)于下游2.1一體化碳纖維企業(yè)原絲自供為主，吉林碳谷原絲供應(yīng)一家獨(dú)大原絲市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)程度極低：國內(nèi)主要原絲生產(chǎn)企業(yè)吉林碳谷在原絲供給層面一家獨(dú)大，具備腈綸改造原絲產(chǎn)線能力的上

6、海石化沒有大額原絲擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃，預(yù)計(jì)只有2.4萬噸產(chǎn)能，其仍將重心放到了傳統(tǒng)主營業(yè)務(wù)上。未來或沒有激烈的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。市面上的原絲供給主要需要依靠吉林碳谷的銷售。國內(nèi)其他原絲制造商自供不足：中復(fù)、光威等碳纖維生產(chǎn)企業(yè)也具備原絲生產(chǎn)能力，但這些企業(yè)大都選擇小絲束方向主推軍工碳纖維份額，其原絲產(chǎn)能受限于原絲性能的要求，只能采用干法紡絲生產(chǎn)，所以出于對(duì)自身產(chǎn)品性能和原料供給的考量，我們認(rèn)為，他們的原絲產(chǎn)線主要用于自身配套碳化產(chǎn)線配套。從下圖中可知，假設(shè)不同企業(yè)用于生產(chǎn)碳纖維的原絲耗量在2-2.5t/t之間，除了吉林化纖集團(tuán)相關(guān)的吉林碳谷原絲之外，其他廠商所擁有的原絲產(chǎn)能即使能夠?qū)ν怃N售，也只是少量出貨，無法

7、和碳谷原絲萬噸以上的量級(jí)競(jìng)爭(zhēng)。2.2暫時(shí)原絲供給不足，未來放量在即原絲、碳化產(chǎn)能極速攀升：未來2-3年內(nèi)國內(nèi)市場(chǎng)碳纖維新增產(chǎn)能將超過25萬噸，而2024年之前，碳化的產(chǎn)能增速仍然高于原絲產(chǎn)能增速，原絲供應(yīng)存在缺口，而市場(chǎng)上規(guī)模較大的獨(dú)立原絲供應(yīng)商僅有吉林碳谷一家。長期看，一體化程度加深，原絲供需緩解：2023年后，上海石化、國泰大成、廣東金輝等企業(yè)的原絲產(chǎn)能也將陸續(xù)投放，屆時(shí)，原絲供應(yīng)缺口將縮窄，預(yù)計(jì)2024年后原絲供應(yīng)不再緊張。我們認(rèn)為，獨(dú)立原絲供應(yīng)商在長期來看也將走向一體化路徑，如吉林碳谷，可以依托化纖集團(tuán)的碳化產(chǎn)能，逐步轉(zhuǎn)型內(nèi)部自供。3、原絲：決定碳纖維性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)3.1原絲是碳纖維關(guān)

8、鍵半成品：決定最終碳纖維性能，成本占比超50%原絲具有碳纖維性能決定性：在原絲生產(chǎn)階段，會(huì)因?yàn)楣に嚰?xì)節(jié)與材料配比的區(qū)別產(chǎn)生一定程度的空隙、毛絲、絲線不均一等問題，原絲的這些缺陷并不會(huì)在碳化階段中消失。好的碳纖維應(yīng)該具備均一性特質(zhì)，遺傳了原絲的缺陷之后，每段碳纖維的均一性會(huì)出現(xiàn)差異，造成碳纖維拉伸強(qiáng)度不足。所以成品碳纖維的質(zhì)量直接取決于用于生產(chǎn)碳纖維的原絲質(zhì)量。雖然碳纖維可以結(jié)合樹脂材料可以通過改變浸漬法、溫度、步驟等程序控制碳纖維性能，但在原絲制造過程中，也可以通過添加氣體，液體和其他材料，為碳纖維中創(chuàng)建各種特性應(yīng)用于不同下游。所以從原絲階段做起更加能夠生成特定性能更優(yōu)的定制化碳纖維產(chǎn)品。原絲

9、的成本占比高：從碳纖維成本來看，原絲在碳纖維中的占比達(dá)到了51%，是第二成本占比碳化的兩倍以上，所以碳纖維的成本直接取決于原絲的成本，半成品原絲也是碳纖維未來實(shí)現(xiàn)降本目標(biāo)收益最高的渠道。PAN原絲的性能主要取決于其中的PAN分子的結(jié)構(gòu)和排列形式，其中PAN分子結(jié)構(gòu)的控制主要集中在聚合工藝，而PAN分子的排列形式則主要在紡絲工藝中形成。所以性能優(yōu)良的碳纖維，首先要具備性能優(yōu)良的PAN原絲。3.2原絲的兩個(gè)關(guān)鍵步驟-聚合：一步法穩(wěn)定性強(qiáng)、速度慢；兩步法產(chǎn)能彈性大、速度快聚合工藝主要分為兩種，均相溶液聚合（一步法）和非均相溶液聚合（兩步法）：一步法指所用溶劑既能溶解單體、又能溶解生成的聚合物，因此反

10、應(yīng)完成后聚合液可直接用作紡絲。兩步法指溶劑只能溶解單體而不能溶解生成的聚合物（一般采用水作為介質(zhì)，又稱水相沉淀聚合），紡絲前再用溶劑重新溶解聚合物制成紡絲溶液。從生產(chǎn)彈性和速度來考慮，首先兩步法較容易掌握，且可以實(shí)現(xiàn)間歇生產(chǎn)，產(chǎn)能彈性更強(qiáng)；其次，兩步法可以在生產(chǎn)過程中持續(xù)填料，生產(chǎn)速度更快。但若從聚合熱、聚合物質(zhì)量、操作難度等來考慮，一步法對(duì)規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)而言，更加有利于生產(chǎn)工藝控制和產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性。目前來看，國內(nèi)外主要廠商采用一步法生產(chǎn)工藝路線較多，海外的陶氏和蒙特以及國內(nèi)的吉林碳谷采用兩步法。溶劑的使用上，DMAC、DMSO和NaSCN為主流：一步法使用的主要溶劑有DMSO、DMF、DMA

11、C、NaSCN、ZnCl2；兩步法使用的溶劑主要有DMSO、DMF、DMAC。從海內(nèi)外的廠商選擇來看，主流溶劑為DMAC、DMSO和NaSCN，其中DMAC和NaSCN更適合大絲束產(chǎn)品，而DMSO更適合小絲束產(chǎn)品，因此即便DMSO的價(jià)格遠(yuǎn)高出其他溶劑，但聚焦小絲束的廠商大多數(shù)仍選擇DMSO。紡絲：干法產(chǎn)品性能好，濕法成本低干法紡絲：將紡絲原液經(jīng)噴絲頭形成細(xì)流，溶劑被紡絲甬道中熱空氣揮發(fā)帶走的同時(shí)，聚合物通過濃縮和固化形成初生纖維，方法操作簡(jiǎn)單，溶劑的回收率大。干法紡制的原絲截面更規(guī)則，所以遺傳到后續(xù)預(yù)氧化和炭化環(huán)節(jié)的缺陷更少，有利于生產(chǎn)高性能原絲，T700以上的碳纖維生產(chǎn)工藝都基本采用干法。濕

12、法紡絲：將紡絲原液經(jīng)過濾、脫泡，通過計(jì)量泵從噴絲頭擠出，在凝固浴的作用下，原液細(xì)流凝固形成一層膜，凝固劑擴(kuò)散到細(xì)流內(nèi)部，而細(xì)流中的溶劑也通過皮層擴(kuò)散到凝固浴中，經(jīng)過雙擴(kuò)散成型，適當(dāng)?shù)膰娊z頭拉伸形成初生纖維，濕法成本較低，但紡速較慢。干法VS濕法：從紡絲階段看，由于噴絲板孔數(shù)的差異，濕法更適合于大絲束產(chǎn)品。牽伸速度上，干法明顯快于濕法，但通過改進(jìn)，目前濕法的牽伸速度也有了明顯提升。由于干法需要原液在熱空氣中蒸發(fā)，其成形溫度和原液溫度都要明顯高于濕法。干法濕法的工藝不僅影響紡絲階段，由于工藝不同，其對(duì)紡絲原液的要求也有較大差異，從而對(duì)聚合階段造成影響。無論從粘度、聚合物含量和溶劑濃度來看，干法對(duì)紡

13、絲原液的要求都更高。紡絲路線選擇：由于干法對(duì)工藝要求較高，成本相對(duì)較高，主流碳纖維原絲生產(chǎn)企業(yè)較少采用干法，此前干法工藝的企業(yè)也逐漸轉(zhuǎn)向干噴濕紡。以中復(fù)神鷹、光威復(fù)材以及海外的卓爾泰克為代表的小絲束產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)以干噴濕紡為主；以吉林碳谷、上海石化以及海外的蒙特、東邦為代表的大絲束產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)則以濕法為主。紡絲單線產(chǎn)能：決定紡絲單線產(chǎn)能的因素較多，包括基礎(chǔ)紡速、年工作小時(shí)數(shù)、紡位數(shù)（錠數(shù)）、噴絲孔數(shù)、纖度、成品率和收縮率等。從紡速來看，不同技術(shù)路線差異較大，一般干法干噴濕法濕法，相同技術(shù)路線下，各家企業(yè)的紡速又有差異，差異形成的原因包括噴絲孔孔徑、紡絲液粘度等。從噴絲孔數(shù)來看，這直接取決于產(chǎn)線生

14、產(chǎn)的產(chǎn)品類型，24K的生產(chǎn)線就需要2.4萬個(gè)噴絲孔，而12K產(chǎn)線就需要1.2萬個(gè)噴絲孔，因此，理論上看，絲束數(shù)與單線產(chǎn)能成正比，但實(shí)際上，由于不同產(chǎn)品造成紡速、紡位數(shù)的變化實(shí)際會(huì)有差異。熱輥牽伸提升紡速：傳統(tǒng)紡絲線的牽伸和烘干流程中均采用蒸汽加熱，由于蒸汽傳導(dǎo)熱能效率較低，因此牽伸的線速度較慢，大致為80240m/min。而熱輥牽伸采用電磁感應(yīng)直接加熱導(dǎo)絲輥，在同等輥徑條件下熱效率增加，能有效提升基礎(chǔ)紡速。即使大尺寸的導(dǎo)絲輥，預(yù)計(jì)線速度也在500m/min以上，紡速提升將有效增加單線產(chǎn)能。4、大絲束原絲的競(jìng)爭(zhēng)要素腈綸經(jīng)驗(yàn)和成本控制4.1從海外看，大絲束的核心競(jìng)爭(zhēng)力：腈綸生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)及體系土耳其阿克

15、薩：從1971年開始生產(chǎn)腈綸，2013年擁有腈綸產(chǎn)能30萬噸，2008年試生產(chǎn)碳纖維原絲，到2013年，年銷量突破1000噸。蒙特：2017年開始生產(chǎn)腈綸，產(chǎn)量達(dá)到5000噸，2018年開始生產(chǎn)碳纖維原絲，目前產(chǎn)能達(dá)到1.7萬噸。卓爾泰克（東麗）：1995年收購匈牙利腈綸公司，此后持續(xù)擴(kuò)張，在2014年被日本東麗集團(tuán)收購，目前總產(chǎn)能超過2萬噸。從海外原絲廠商來看，許多都擁有腈綸生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，我們認(rèn)為這能帶來兩點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：1、腈綸生產(chǎn)與大絲束碳纖維原絲生產(chǎn)工藝相似性較高，掌握腈綸生產(chǎn)再過渡至碳纖維原絲，可以縮短技術(shù)突破時(shí)間，降低技術(shù)摸索成本。2、腈綸產(chǎn)能配有溶劑回收體系，碳纖維原絲產(chǎn)線可以依托腈綸溶劑回

16、收系統(tǒng)，提升溶劑回收效率，降低溶劑回收成本。根據(jù)各家環(huán)評(píng)書，碳谷最新15萬噸產(chǎn)能的DMAC三廢年損失45.3噸，1萬噸對(duì)應(yīng)損失3噸；而中復(fù)神鷹僅3萬噸原絲產(chǎn)能的DMSO三廢年損失就達(dá)到41.7噸，1萬噸對(duì)應(yīng)損失14噸。4.2從成本看，大絲束的核心競(jìng)爭(zhēng)力：成本控制水平成本是大絲束產(chǎn)品的關(guān)鍵要素：相較于小絲束，大絲束產(chǎn)能在性能上偏弱，但性價(jià)比較強(qiáng)，應(yīng)用在T300、T400的領(lǐng)域較多，因此，成本控制水平是大絲束產(chǎn)品較為重要的核心競(jìng)爭(zhēng)力。因?yàn)榧痔脊茸鳛槭袌?chǎng)上主要的原絲提供廠商，故我們結(jié)合吉林碳谷披露的信息，對(duì)碳纖維原絲成本進(jìn)行拆分。成本結(jié)構(gòu)方面，2018-2020年直接材料占比穩(wěn)定在60%左右，其中

17、丙烯腈為其最為主要的原材料；制造費(fèi)用和能源成本基本保持一致在17%左右。但2021年上半年由于原油影響，丙烯腈價(jià)格漲幅較大，導(dǎo)致直接材料占比出現(xiàn)較大提升。整體來看，碳纖維原絲的成本快速下降，從2018年的2.73萬元/噸，降至2021年上半年的1.65萬元/噸，降幅近40%。即便21年原材料價(jià)格大幅上漲，成本仍在下降，隨著未來原材料價(jià)格下滑，預(yù)計(jì)成本仍有下降空間。各原材料耗量方面，隨著工藝成熟、成本管控能力提升，同時(shí)規(guī)模效應(yīng)增強(qiáng)，丙烯腈以及能源等原材料的單位耗量持續(xù)下降，其中能源的耗量下降幅度較為明顯，2年半的時(shí)間，水、電、氣的耗量降幅分別為39%、34%、27%。這也是原絲成本大幅下降的主要

18、因素。降本空間1：丙烯腈大幅擴(kuò)產(chǎn)，價(jià)格重心下移丙烯腈價(jià)格影響原油和供需：丙烯腈由原油裂解到丙烯然后聚合而成，因此丙烯腈價(jià)格波動(dòng)與原材料丙烯以及上游原油價(jià)格相關(guān)性較強(qiáng)。此外，丙烯腈價(jià)格還受到供需關(guān)系的影響。從歷年供需情況來看，我國的丙烯腈產(chǎn)能仍低于需求，需要進(jìn)口來滿足，21年原油價(jià)格上漲疊加全球運(yùn)輸費(fèi)用上漲的背景下，丙烯腈價(jià)格出現(xiàn)了較大幅度的上漲。從今年來看，隨著東方盛虹26萬噸丙烯腈產(chǎn)能在21年底投產(chǎn)，21年底丙烯腈產(chǎn)能達(dá)到近316萬噸，足以支撐國內(nèi)需求。從未來供需來看，仍有利華益26萬噸以及天辰齊翔13萬噸產(chǎn)能在建，未來供給充足，丙烯腈價(jià)格中樞有望下移。降本空間2：規(guī)模效應(yīng)加強(qiáng)，單位成本攤薄吉林碳谷大絲束成本下降更快：我們從不同產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的角度來分析公司的成本，其中12