經(jīng)濟(jì)觀察網(wǎng) 記者 李靖恒 碳纖維在新材料中的重要性正在提升。

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

根據(jù)廣州賽奧碳纖維技術(shù)股份有限公司在今年3月份發(fā)布的《2021全球碳纖維復(fù)合材料市場報告》（以下簡稱《報告》），國內(nèi)風(fēng)電葉片所需碳纖維為2.25萬噸，占到了國內(nèi)碳纖維總需求比例的36.1%。

光威復(fù)材人士告訴記者，碳纖維和樹脂材料結(jié)合可以進(jìn)一步制成碳纖維復(fù)合材料，比如預(yù)浸料、碳梁等產(chǎn)品。根據(jù)碳纖維制成的不同型材的產(chǎn)品，可以滿足下游不同領(lǐng)域的應(yīng)用需求。

首創(chuàng)證券化工行業(yè)首席分析師崔緒麗在近日發(fā)表的研報中表示，由于其高強(qiáng)度、輕質(zhì)量等優(yōu)良性質(zhì)，碳纖維被廣泛應(yīng)用于國防軍工、航空航天、新能源、汽車、體育用品等領(lǐng)域。

根據(jù)崔緒麗的介紹，碳纖維的技術(shù)方向主要包括大絲束、高強(qiáng)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(jù)記者了解，光威復(fù)材的產(chǎn)品目前主要是小絲束，吉林碳谷和吉林化纖的產(chǎn)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(yīng)求

光威復(fù)材人士告訴記者，目前碳纖維市場處于供不應(yīng)求的情況，原因之一是碳纖維應(yīng)用的發(fā)展。今年光威復(fù)材新增產(chǎn)能主要是包頭一期的4000噸，預(yù)計今年年底能夠建成。

光威復(fù)材年報介紹，2021年國內(nèi)市場由于碳纖維受到進(jìn)口限制造成供應(yīng)缺口以及疫情的影響，國產(chǎn)碳纖維行業(yè)環(huán)境和國內(nèi)市場供求格局發(fā)生歷史性變化，碳纖維價格快速上漲，供應(yīng)嚴(yán)重緊張，并從個別型號產(chǎn)品蔓延到民用全系列產(chǎn)品。以碳纖維為原材料的碳梁業(yè)務(wù)受到成本快速上漲影響業(yè)務(wù)盈利能力下滑，而原材料短缺造成訂單交付不足。

根據(jù)《報告》，2021年中國碳纖維的總需求為6.24萬噸，同比增長了27.7%。其中，進(jìn)口量為3.31萬噸，同比增長9.2%；國產(chǎn)供應(yīng)量為2.93萬噸，同比增長58.1%。

碳纖維是由聚丙烯腈等有機(jī)纖維，在高溫環(huán)境下經(jīng)碳化形成碳主鏈結(jié)構(gòu)而得到的無機(jī)高分子纖維，直徑5-10微米，含碳量高達(dá)90%以上。光威復(fù)材在年報中介紹，碳纖維具有高強(qiáng)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(huán)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(qiáng)度是鋼的7-9倍。

“碳纖維被稱為材料領(lǐng)域的‘黑色黃金’”吉林化纖在年報中表示。

光威復(fù)材表示，因其優(yōu)異的性能，碳纖維成為國防工業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵材料之一。隨著技術(shù)進(jìn)步和成本的降低，碳纖維后來開始逐漸應(yīng)用于民用領(lǐng)域，在航空航天、風(fēng)力發(fā)電、氫能光伏、建筑工程、軌道交通、體育休閑等領(lǐng)域也具有較大的發(fā)展空間。

例如，根據(jù)崔緒麗的研報，在早期的民用飛機(jī)里，碳纖維復(fù)合材料占比僅為5%-6%。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，空客A380的復(fù)合材料占比達(dá)到23%。最新的波音B787和空客A350機(jī)身上，復(fù)合材料的用量達(dá)到50%。國產(chǎn)民用大飛機(jī)C919的復(fù)合材料使用比例達(dá)到了12%。

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

光威復(fù)材人士告訴記者，碳纖維和樹脂材料結(jié)合，可以進(jìn)一步制成預(yù)浸料產(chǎn)品。預(yù)浸料是碳纖維應(yīng)用的中間產(chǎn)品，碳纖維先做成預(yù)浸料，然后再做成各種型材以滿足下游不同領(lǐng)域的需求。

例如，風(fēng)電葉片的制造就需要用到碳纖維預(yù)浸料。光威復(fù)材2021年用于風(fēng)電葉片制造的預(yù)浸料收入達(dá)到3.95億元，同比增長51.94%。光威復(fù)材人士告訴記者，風(fēng)電是近幾年新出現(xiàn)的業(yè)務(wù)。除了預(yù)浸料，風(fēng)電葉片還要用到碳梁，這是一種風(fēng)電葉片中的支撐結(jié)構(gòu)。碳梁同樣是由碳纖維和樹脂材料制成，其工藝過程和預(yù)浸料不一樣。

光威復(fù)材的產(chǎn)品主要包括碳纖維、碳梁、預(yù)浸料三類。碳纖維占營業(yè)收入的比重為48.92%，碳梁占到了30.99%，預(yù)浸料為13.78%。其中，碳纖維的毛利率達(dá)到了70.05%，而碳梁和預(yù)浸料的毛利率分別為15.07%和28.15%。

據(jù)崔緒麗介紹，預(yù)浸料和碳梁都屬于碳纖維復(fù)合材料。預(yù)浸料使用了預(yù)浸鋪放工藝，碳梁使用的是纏繞拉擠工藝。預(yù)浸鋪放工藝是實用性最廣、應(yīng)用經(jīng)驗最成熟的工藝。不過，近年來由于風(fēng)電葉片等應(yīng)用的的發(fā)展，纏繞拉擠工藝超越了預(yù)浸鋪放工藝，成為碳纖維行業(yè)第一大工藝。2021年，國內(nèi)風(fēng)電碳梁市場份額占到了全球的60%。

除了風(fēng)電，碳纖維在其他新能源領(lǐng)域也有廣泛的應(yīng)用。據(jù)光威復(fù)材年報介紹，碳纖維材料具有輕量化、減排、環(huán)保功能，在綠色能源發(fā)展中有著明顯的技術(shù)性能優(yōu)勢，比如風(fēng)電領(lǐng)域的葉片制造、太陽能領(lǐng)域硅片生產(chǎn)的熱場材料、氫能領(lǐng)域的儲運裝備等應(yīng)用領(lǐng)域。光威復(fù)材2021年新能源板塊的碳纖維產(chǎn)品收入為8.08億元，同比增長12.56%。

大絲束高強(qiáng)度成技術(shù)方向

光威復(fù)材人士告訴記者，目前的該公司產(chǎn)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(fā)展的初期以1K、3K、6K為主，逐漸發(fā)展為12K，主要用于國防軍工、航空航天等高端技術(shù)領(lǐng)域，產(chǎn)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(yī)藥衛(wèi)生、機(jī)電、土木建筑、交通運輸和能源等工業(yè)和民用領(lǐng)域，成本低，但生產(chǎn)控制難度大，被稱為“工業(yè)級材料”。

“大絲束碳纖維核心驅(qū)動力就是在保持碳纖維優(yōu)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(yè)和民用領(lǐng)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(chǎn)品是碳纖維原絲，覆蓋了從小絲束到大絲束的全系列產(chǎn)品。“公司發(fā)展主方向大絲束不變，在保證軍工領(lǐng)域份額的前提下，主要目標(biāo)放在了工業(yè)用和民用方面。”吉林碳谷表示。

吉林碳谷進(jìn)一步介紹，該公司已于2018年實現(xiàn)了24K、25K產(chǎn)品的規(guī)模化生產(chǎn)，于2019年實現(xiàn)了48K產(chǎn)品的規(guī)模化生產(chǎn)。2021年，吉林碳谷研發(fā)實現(xiàn)35K、50K的產(chǎn)業(yè)化。

而吉林化纖在年報中表示，該公司的主要產(chǎn)品是粘膠纖維，目前正在布局碳纖維領(lǐng)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(chǎn)600噸小絲束碳纖維生產(chǎn)線，截至2021年末，已建成一半產(chǎn)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(fā)、生產(chǎn)和銷售。

崔緒麗進(jìn)一步介紹，大絲束在風(fēng)電、體育休閑等領(lǐng)域具有很大的應(yīng)用空間。比如，大絲束碳纖維由于其減重、耐腐蝕性，性能優(yōu)于傳統(tǒng)材料，隨著技術(shù)和成本的突破，逐步成為風(fēng)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(chǎn)品。

“盡管小絲束的碳纖維在我國已經(jīng)在航空航天等多個領(lǐng)域得到應(yīng)用，優(yōu)質(zhì)的碳纖維生產(chǎn)廠商如光威復(fù)材等已經(jīng)具備了生產(chǎn)T1000級別小絲束的能力。但是大絲束的生產(chǎn)與小絲束差異性很大，對于大絲束來說，仍具備較強(qiáng)的工藝壁壘。”崔緒麗表示。

除了絲束之外，衡量碳纖維產(chǎn)品的指標(biāo)還有強(qiáng)度。光威復(fù)材在年報中介紹，該公司正推動T700級、T800級的產(chǎn)業(yè)化，同時開展T1000級、T1100級等產(chǎn)品的技術(shù)研發(fā)。其中，T系列的數(shù)值越高，代表碳纖維的抗拉強(qiáng)度越高。比如，T300抗拉強(qiáng)度應(yīng)達(dá)到3.5Gpa，T700抗拉應(yīng)達(dá)到4.9Gpa。

據(jù)光威復(fù)材介紹，T700、T800等系列產(chǎn)品都屬于非定型碳纖維產(chǎn)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(chǎn)品。其中，T800級系列包括T800H級、T800S級、T800G級。以T800H級為主，該款產(chǎn)品是光威復(fù)材儲備并驗證多年、尚未正式批產(chǎn)的下一代航空裝備用主力材料，目前有105噸產(chǎn)能滿足小批量交付需求。

吉林碳谷在年報中介紹，該公司目前大絲束產(chǎn)品能實現(xiàn)碳化后T400的穩(wěn)定規(guī)模生產(chǎn)。新項目擬計劃開發(fā)25K等大絲束的T700級產(chǎn)品，提高產(chǎn)品的強(qiáng)度，以擴(kuò)大產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域。