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國產替代正當時,我國碳纖維迎來發展機遇期

?? 日期:2022-03-29???? 來源:西部證券????瀏覽:225????
核心提示:受限于碳纖維關鍵生產技術匱乏及進口設備適配性不強,我國碳纖維行業長期存在有產能,無產量的現象,目前全球碳纖維實際產能集中
受限于碳纖維關鍵生產技術匱乏及進口設備適配性不強,我國碳纖維行業長期存在“有產能,無產量”的現象,目前全球碳纖維實際產能集中在日美企業。2020 年以來受疫情影響,碳纖維進口難度增加,疊加日本、美國等主要碳纖維供應國收窄了對國內碳纖維的供給,導致國內需求缺口持續擴大。外部多變的環境與內需旺盛的情況,在對我國碳纖維產業提出更高要求的同時也帶來了更具確定性的發展契機,國產替代產品的質和量均將得到進一步提升。
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1國內供需缺口持續擴大
碳纖維實際產能仍集中于日美企業
 
 
全球碳纖維運行產能穩步增長,我國實際產量較低。從產能分布來看,全球碳纖維運行產能(處于正常生產狀態且具備生產能力)穩步擴張,2020 年達到 17.2 萬噸,其中美國產能占比 22%位列第一,中國大陸和日本產能占比分列第二、三名,三者合計占比 60%。雖然我國運行產能占比達到 21%,但由于較多國產碳纖維企業尚未實現關鍵技術突破,核心設備多為進口且適配性不強,生產線運行及產品質量不穩定,致使實際產量僅約 1.8 萬噸,產能利用率不足 60%,長期存在高產能、低產量的現象。
 
碳纖維實際產能仍集中于日美企業。從企業產能份額占比來看,全球碳纖維市場依然為日、美企業所壟斷,其中:(1)小絲束市場以日本企業(東麗、東邦、三菱)為主,CR3 達49%,目前碳纖維核心生產技術主要掌握在日本公司手中,產品主要應用于航空航天等高端領域,日本東麗作為全球高性能碳纖維龍頭企業,其在小絲束市場的份額占比超過 26%。(2)大絲束市場以歐美企業(赫式、西格里)為主,CR3 高達 98%,美國產業鏈生態完備且生產要素具備全球優勢,產品主要用于航天軍工企業,其中赫式市場份額占比近 60%。
 
海外供給收緊,國內供需缺口持續擴大。2020 年以來,全球新冠疫情影響持續擴散,全球貿易整體受到較大沖擊,運力緊張且不確定性強,國外碳纖維出口國內的難度逐漸加大,國內碳纖維市場供不應求。國內碳纖維主要進口來源國為日本和美國,二者合計占比近40%,2020 年底至 2021 年初,日本、美國先后加強了對碳纖維出口中國的政策管控,其中東麗因向未獲日本《外匯及外國貿易法》許可的中國企業出口碳纖維而被實施行政處罰與出口禁運,美國對碳纖維等關鍵產品供應鏈進行出口審查以免于未來面臨產品短缺,導致海外碳纖維供應能力進一步收緊。國內碳纖維供需缺口自 2013 年以來持續擴大,并于2020 年增至約 3 萬噸,以 T700 級小絲束產品為例,產品價格由 2020 年初的 140 元/千克上漲至 2022 年初的 260 元/千克,期間漲幅近 86%。
 
2國產替代正當時
碳纖維產業具備崛起的主觀能力與客觀基礎
 
我國碳纖維產業具備崛起的主觀和客觀基礎?;谔祭w維及其復合材料在國防和民生中的重要作用,我國軍用裝備更新換代和以風電為代表的民用領域快速發展所帶來的碳纖維旺盛內需,與海外供給的收縮和不確定性形成鮮明反差,也為我國碳纖維產業的國產替代之路奠定了客觀基礎。從制度層面來看,我國已將碳纖維列為國家重點支持的新興產業,并于 2015 年起陸續出臺了一系列關于碳纖維及其復合材料的產業支持政策,為碳纖維行業的蓬勃發展提供了強有力的政策支持。從公司層面來看,下游行業對國產替代產品的接受度不斷提高,同時各廠商的技術工藝、產品性能及產業鏈整合能力持續加強,國產碳纖維產品具備“提質、增量、降本”的主觀能力。
 
政策鼓勵支持,持續引導
 
資金、政策扶持,我國碳纖維產業化成效初現。我國碳纖維研究與日本同時起步,但受制于自身研發基礎與條件薄弱,而日美等國又對相關核心技術進行壟斷與封鎖,我國碳纖維研發項目幾近停滯,生產技術和裝備水平整體落后于國外。碳纖維是關系到國計民生的戰略性新興產業,為實現軍用和民用關鍵裝備的自主可控,自 2000 年至今,國家密集出臺多項專項資金和產業政策來支撐碳纖維產業的發展。經過十余年的建設和研發,我國碳纖維打破了國外技術、裝備封鎖,產業化取得初步成效。
 
一方面,國家專項資金支持碳纖維及復合材料產業化生產及應用,已累計支持碳纖維及復合材料產業化項目百余項,支持范圍覆蓋了碳纖維、碳纖維復合材料及制品應用的全產業鏈,奠定了我國碳纖維產業從無到有、從弱到產業壯大的發展基礎和物質保障。
 
另一方面,國家及地方政府相繼出臺了一系列關于碳纖維及其復合材料的產業支持政策,明確高性能碳纖維行業的發展重點和目標,持續引導并提升相關的生產和應用技術。此外,科技部、財政部等國家部委通過“973 計劃”、“863 計劃”、科技支撐計劃等多項科技計劃,支撐高性能碳纖維行業的基礎研究、產業化及工程應用。
 
提質技術突破,自主創新
 
我國碳纖維專利申請快速提升,技術創新不斷突破。我國專利制度于 1985 年建立,1985~2000 年我國碳纖維專利技術進入萌芽期,年均專利申請量不超過 5 件。2000 年之后,我國碳纖維技術邁入快速發展期,碳纖維專利申請量急速增長,2010 年之后年均專利申請量超過 300 件,增速顯著領先于全球。由于專利從申請到公開有較長時間的滯后期,因此近兩年專利申請數據有所回落。
 
設備方面:基于瓦森納協定,各成員國承諾不向非成員國(包括我國在內)出口該協定清單中列出的高端技術、先進材料以及軍民兩用產品,通常發達國家只會把落后一代甚至兩代的產品出口給國內廠商,即使某些先進設備能夠繞過重重關卡審批進口至國內,但是工藝適配性差,也難以發揮原有價值。隨著我國碳纖維專利研發的進度加快,部分卡脖子的設備領域不斷實現技術突破,以光威、中復神鷹和中簡科技為代表的碳纖維產品供應商已可自行設計、制造包括氧化爐、碳化爐在內的核心設備;以精功科技為代表的碳纖維整線設備供應商已可完成國產化千噸級碳纖維生產線的整線設計與制造,部分核心設備預氧化爐、碳化爐首次出口韓國,部分關鍵技術指標已達國際先進水平。 
 
技術方面:拉伸強度和拉伸模量是衡量碳纖維性能的兩大核心指標。在高強度產品方面,目前國內主要碳纖維廠商基本實現了對日本東麗主要碳纖維型號的對標,產品覆蓋 T300、 T700、 T800 及 T1000 等高強及高強中模型產品,部分廠商產品性能已優于東麗同型號產品。在高模量產品方面,目前國內已經形成了 M40J、M55J 級高模量碳纖維工程化技術,并突破了 M60J、M65J 級高模量碳纖維實驗室技術,國內部分科研院所與企業的聯合技術攻關有序推進,技術差距逐步縮小。
 
除強度和模量之外,原絲質量均一性指標 CV 值,也是衡量碳纖維質量穩定性的關鍵指標。產品 CV 值會對后續工藝的連續性和產品性能的一致性造成重要影響,CV 值越低,表示產品質量越一致、越穩定。以中簡科技為例,旗下主要產品 ZT7 系列碳纖維已具備優異的CV 值,其質量穩定性已優于東麗同級別 T700S 級碳纖維,實現了材料質量穩定性與高性 能的緊密結合。
 
增量擴產加速,增量可期
 
龍頭擴產加速,國產化率持續提升。根據賽奧碳纖維統計,2020 年我國主要廠商原絲產能約 10.5 萬噸,碳纖維產能 3.62 萬噸,實際產量 1.85 萬噸,產能利用率約 51%,部分正常開車企業的產能利用率已達 90% 以上,整體來看我國已趨近國際水平的達產率。2020 年我國碳纖維自給率 38%,已初步擺脫了完全依賴進口碳纖維及原絲等產品的被動局面。未來全球碳纖維行業的產能增量主要由我國廠商貢獻,隨著后續產能的陸續釋放,2025 年我國碳纖維產量有望達到 8.3 萬噸,屆時國產化率將進一步提升至 55%。
 
此前國內碳纖維生產主要以小絲束碳纖維為主,自產自銷的小絲束碳纖維主要應用在軍工等高附加值領域上。從當前在建產能產品結構來看,我國廠商在大絲束碳纖維上布局加速,產品多聚焦于 50K 大絲束產品,在民用以及工業級市場擁有極大發展潛力。
 
降本規模優勢,成本下行
 
對碳纖維產品來說,國內廠商的降本空間來源于:(1)工藝技術優化帶來的原料單耗降低;(2)規模效應優勢帶來的生產成本下行。
 
碳纖維原絲約占碳纖維生產成本的一半左右,丙烯腈價格有望保持穩定并進一步下降。原絲制備是碳纖維產業鏈的關鍵環節,其性價比與供應穩定性直接影響碳纖維產品的質量和成本。質量過關的原絲是產業化穩定生產的前提,如果原絲的分子結構和聚集態結構存在不同程度的缺陷,將嚴重影響碳纖維的質量和性能。而原絲成本將在很大程度上決定碳纖維產品成本,并進一步影響到碳纖維應用領域的延伸。
 
工藝技術優化帶來原料單耗降低。丙烯腈在直接材料成本中占比超 70%,根據中復神鷹及吉林碳谷披露,1 噸碳纖維需消耗 2.0~2.2 噸聚丙烯腈原絲,1 噸聚丙烯腈原絲的丙烯腈單耗為 0.98 噸,即生產 1 噸碳纖維的丙烯腈理論單耗約 1.96 噸。經過長期的技術研發與工藝優化,各主要碳纖維公司的產品性能、一級品率逐步提升,原料單耗逐步下降,與理論耗用量逐步趨同:
 
? 在原絲方面,吉林碳谷原絲丙烯腈單耗由 18 年的 1 噸降至 20 年的 0.95 噸,2021年 6 月公司對聚合工段進行大修導致 21 年上半年的丙烯腈單耗有所上升; 
 
? 在碳纖維產品方面,中復神鷹碳纖維丙烯腈單耗由 18 年的 2.02 噸降至 20 年的 1.96噸,21 年上半年神鷹西寧處于投產初期,生產線運行調試對原材料消耗較高,本部仍維持 1.96 噸的丙烯腈實際單耗。
圖片
 
不同產品結構的企業成本構成差異較大,吉林碳谷僅包含原絲生產環節,直接材料成本占比較高,2021H1 達到 78%。;光威復材、中簡科技及中復神鷹包含原絲及碳纖維生產環節,制造費用成本占比高,主要包括生產設備折舊及相關能源動力費用,體現了碳纖維產品環節的高設備開支與高能耗??傮w來看,不論企業產品結構如何,直接材料的成本占比均維持下降趨勢(光威復材制造費用下降速度更快)。
 
規模優勢效應帶來生產成本下行。隨著各碳纖維廠商生產工藝的持續優化與技術的不斷突破,各企業產能持續擴張,規模效應逐漸顯現。據《碳纖維產業化發展及成本分析》統計,原絲和碳纖維的生產成本同生產規模呈反比,非直接生產因素占比在不斷增加生產規模和產量的情況下會逐漸減小,大規模原絲(3000t/a)和碳纖維(1000t/a)直接生產費用分別是小規模原絲(250t/a)和碳纖維(100t/a)直接生產費用的 61%和 47%。即通過規?;a可使碳纖維生產成本得以有效降低。
 
目前各主要碳纖維公司產能均突破千噸級,其中中簡科技和光威復材產品主要以小絲束為主,軍品業務占比較大,因而產能規模相對較??;中復神鷹以民品業務為主,前期 1 萬噸 /年高性能碳纖維募投項目已陸續投產,總產能達到 1.35 萬噸/年;吉林碳谷產品主要以民 用大絲束原絲為主,總產能已達 5 萬噸/年。不同產品結構及規模的碳纖維企業,單噸成本有所差異,但總體下行趨勢明顯。
 
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