獨角獸智庫的理念 獨角獸智庫希望能幫到理性投資者,,通過產(chǎn)業(yè)鏈研究提高投資的確定性,,進而形成最具影響力的產(chǎn)業(yè)研究人脈圈 作者|獨角獸智庫專家 來源|獨角獸研究 編輯|獨角獸智庫 碳纖維復(fù)合材料簡介 碳纖維按原料來源可分為聚丙烯腈(PAN)基碳纖維、瀝青基碳纖維和粘膠基碳纖維。聚丙烯腈(PAN)基碳纖維占據(jù)主流地位,。其出色的力學(xué)性能,、熱性能、耐腐蝕,、抗輻射在一般工業(yè)領(lǐng)域以及航天航空領(lǐng)域應(yīng)用越來越廣泛,。瀝青基碳纖維和粘膠基碳纖維主要運用于導(dǎo)熱、摩擦以及隔熱,。與PAN 基碳纖維相比,,粘膠基碳纖維力學(xué)性能較差,工藝條件苛刻,,成本較高,,但具有突出的耐燒蝕性能和隔熱性能,主要用于航空航天領(lǐng)域的耐燒蝕材料和隔熱材料,。瀝青基碳纖維在航天領(lǐng)域某些小范圍應(yīng)用,,如防熱端,應(yīng)用量不是很大,。聚丙烯腈(PAN)基碳纖維 聚丙烯腈基碳纖維以聚丙烯腈基長絲為主要材料,,也稱為原絲,經(jīng)過拉伸,、預(yù)氧化,、氧化、高溫碳化,、石墨化等形成碳纖維。聚丙烯腈基碳纖維的強度,、剛性及其他力學(xué)性能均優(yōu)于鋼鐵,,比強度、比模量性能指標(biāo)比起鋼鐵,、金屬材料更加出色,,是高強鋼的3-5倍,可充分滿足航空航天領(lǐng)域需求,。碳纖維不能單獨使用,,一般以復(fù)合材料形式出現(xiàn)。碳纖維經(jīng)過樹脂固化形成新型材料,,受力的是碳纖維,,樹脂起到粘結(jié)的作用。類似鋼筋混凝土,,鋼筋承力,,混凝土用于傳力粘結(jié)、保護鋼筋。樹脂正如混凝土起到的作用,。 上世紀(jì)40-50年代國外開始研究碳纖維及其復(fù)合材料,。二戰(zhàn)后美、日,、德在碳纖維研究領(lǐng)域走在了世界前列,。60年代相繼開發(fā)出了T300系列,70年代開發(fā)T400,、T700以及相關(guān)M系列碳纖維,,90年代 T800、T1000系列問世,,2012年日本東麗公司宣布T1100研制成功,。 碳纖維分類 碳纖維按力學(xué)性能分為通用型和高性能型。通用型碳纖維強度為1000MPa,、模量為100GPa左右,。高性能型碳纖維又分為高強型(強度2000MPa、模量250GPa)和高模型(模量300GPa以上),。強度大于4000MPa的又稱為超高強型,;模量大于450GPa的稱為超高模型。以T300為例,,T300指強度和模量的級別,,單絲強度可達到3000MPa,模量230GPa,。一般常見鋼鐵強度僅為200-300MPa,。之后的T400、T800,、T1100強度和模量呈遞增趨勢,,工藝、原材料開發(fā)程度也愈加困難,。 我國碳纖維復(fù)合材料的研究與運用 我國碳纖維的研制經(jīng)歷了30多年的漫長歷程,。2008年T300級碳纖維工業(yè)化生產(chǎn)全流程關(guān)鍵技術(shù)得到突破,已基本實現(xiàn)國產(chǎn)化,,產(chǎn)品部分替代進口,。目前,T700級碳纖維尚未形成大規(guī)模量產(chǎn),,T800進入研究階段,。我國的碳纖維研究、產(chǎn)業(yè)應(yīng)用與國外尚有20-30年差距,。碳纖維在航空航天方面嘗試應(yīng)用始于70,、80年代,,但使用范圍極小、用量極少,,進入到90年代中期,,隨著第三代航空裝備和載人航天項目開始運用,碳纖維復(fù)合材料逐漸嶄露頭角,,但纖維多為實驗室級別或嚴(yán)重依賴進口,。2008年國家啟動大飛機項目,碳纖維復(fù)合材料的生產(chǎn)在國內(nèi)呈現(xiàn)井噴的發(fā)展態(tài)勢,。綜上,,雖然我國碳纖維復(fù)合材料在航空航天領(lǐng)域的發(fā)展遠(yuǎn)落后于西方國家,但追趕速度非???。預(yù)計2025-2030年可以與西方國家同臺競技,一較高下,。 碳纖維復(fù)合材料在航空航天領(lǐng)域應(yīng)用的結(jié)構(gòu)占比 航空航天是國際碳纖維應(yīng)用的傳統(tǒng)市場,。最先開始于航天領(lǐng)域。美國等發(fā)達國家先后開發(fā)了碳纖維-酚醛防熱復(fù)合材料,、高強高韌碳纖維—環(huán)氧復(fù)合材料,、耐高溫碳纖維復(fù)合材料等系列產(chǎn)品,主要用于受力部件(火箭發(fā)動機外殼),、耐熱部件(火箭發(fā)動機噴管),、火箭箭體結(jié)構(gòu)等。后發(fā)展到航空領(lǐng)域,,主要用于軍用飛機的非受力部件,,如舵面、擾流板,、整流罩等,。再后來發(fā)展至大非承力部件,如整個舵面,、水平尾翼、垂直尾翼,、機翼,、機頭、機身等等,。 國外碳纖維復(fù)合材料在戰(zhàn)斗機,、直升機、無人機上的用量早已達到或超過機身總重的50%,,軍事飛機運用碳纖維復(fù)合材料用量占比約為30%,。波音787“夢幻航線”和空客A350XWB寬體客機上,碳纖維復(fù)合材料主、次結(jié)構(gòu)件質(zhì)量占比也已達到50%,,而我國C929僅為10%左右,,仍有很大差距,這與我國碳纖維復(fù)合材料的研究歷史,、碳纖維復(fù)合材料的成形技術(shù),、力學(xué)性能、結(jié)構(gòu)設(shè)計等有很大關(guān)系,,從而導(dǎo)致我國碳纖維復(fù)合材料在航天器上的應(yīng)用較少,。 航天領(lǐng)域與航空領(lǐng)域有所不同,我國碳纖維復(fù)合材料在航天領(lǐng)域運用發(fā)展較快,。航天器如火箭,、衛(wèi)星等使用周期短,碳纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)比重較大,,約為20%左右,,與國外水準(zhǔn)齊平。 碳纖維生產(chǎn)廠家 目前世界碳纖維產(chǎn)量達到4萬噸/年,,日本東麗,、東邦人造絲、三菱人造絲,,美國的HEXCEL,、ZOLTEK、ALDILA,,以及德國SGL西格里集團,、韓國泰光產(chǎn)業(yè)、我國臺灣的臺塑集團等少數(shù)單位掌握了碳纖維生產(chǎn)的核心技術(shù),,民用用品較多,,且有規(guī)模化大生產(chǎn)能力,。其中日本東麗公司占全球碳纖維產(chǎn)量超過50%,,以公司標(biāo)準(zhǔn)定級,引領(lǐng)世界碳纖維發(fā)展,。 我國主要有吉化,、中復(fù)神鷹、江蘇恒神,、威海拓展,、金發(fā)科技等,從產(chǎn)量和性能穩(wěn)定性,、性能水平與國外廠家都有很大差距,。 國產(chǎn)碳纖維突破路徑 我們能否依賴進口,?答案是否定的。一則是航空航天屬于敏感領(lǐng)域,,高端技術(shù)涉密,,限制嚴(yán)格,國外不可能允許核心機密外泄,。二則是成本原因,,07-08年我國T300系列碳纖維研制成功后,日本東麗公司的T300系列碳纖維價格從最高8000-9000人民幣/公斤迅速下降至幾百塊/公斤,,碳纖維復(fù)合材料不僅僅是國家戰(zhàn)略需要,,也具有廣闊市場前景需求,國內(nèi)碳纖維廠家亟待掌握核心技術(shù),,擁有更多市場話語權(quán),。 碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用領(lǐng)域 碳纖維按用途可分為宇航級和工業(yè)級兩類,亦稱為小絲束和大絲束,。通常把48K及以上碳纖維稱為大絲束碳纖維,,包括60K、120K,、360K和480K等,。宇航級碳纖維初期以1K、3K,、6K為主,,逐漸發(fā)展為12K和24K,主要應(yīng)用于國防工業(yè)和高技術(shù)及體育休閑用品(如:飛機,、導(dǎo)彈,、火箭、衛(wèi)星和釣魚桿,、高爾夫球桿,、網(wǎng)球拍等)。工業(yè)級碳纖維應(yīng)用于不同民用工業(yè),,包括:紡織,、醫(yī)藥衛(wèi)生、機電,、土木建筑,、交通運輸和能源等。其中,,航空航天應(yīng)用量占25-30%,一般工業(yè)領(lǐng)域占40-50%,。其中,,運用于航空航天領(lǐng)域的碳纖維復(fù)合材料的產(chǎn)值最大,,其復(fù)合材料屬于最新、最高端,、性能最穩(wěn)定的產(chǎn)品,,一般工業(yè)領(lǐng)域如道路、橋梁等屬于中低端產(chǎn)品,,價格較低,、材料性能較差,。 國內(nèi)碳纖維復(fù)合材料研究集中于航空航天領(lǐng)域,,機構(gòu)以高校研究所為主,北航,、南航,、哈工大,、西工大、飛機設(shè)計所,、航天火箭研究院等主導(dǎo)碳纖維研究應(yīng)用工作,。產(chǎn)業(yè)化做的比較好的如中航復(fù)材,公司借殼南通科技,,現(xiàn)名為中航高科,。另外還有航天一院703所、洛陽725所在碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用研究方面成績顯赫,。隨著航空航天產(chǎn)業(yè)日新月異的發(fā)展,,國家戰(zhàn)略需求的不斷增加,相關(guān)民營企業(yè)也陸續(xù)介入碳纖維復(fù)合材料的研究生產(chǎn),,如江蘇恒神,、四川新萬興等,相信民企的介入與推動,、市場的激烈競爭,,將使得碳纖維復(fù)合材料在航空航天領(lǐng)域得到更為廣泛的運用。 民用航空 碳纖維復(fù)合材料不僅限于軍用領(lǐng)域,。隨著低空領(lǐng)域的開放,,通用航空、民用航空對碳纖維復(fù)合材料需求激增,。大飛機項目啟動以來,,民航領(lǐng)域?qū)鴥?nèi)碳纖維復(fù)合材料需求越來越旺盛,我國即將研發(fā)的二代大型C929碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用會再上臺階,,民航對于大飛機的需求量每年保持200-300架需求,。 通用航空 私人飛機、探空氣球等航空器價格較低,、產(chǎn)量大,,拉動碳纖維材料的使用量貢獻最大,,屬于最有利于降低材料成本的應(yīng)用領(lǐng)域。 無人機 碳纖維復(fù)合材料在軍用無人機,、民用無人機領(lǐng)域開始嶄露頭角,。以大疆無人機為例,由于碳纖維復(fù)合材料成本較高,,多采用金屬或塑料材料制造,,隨著碳纖維材料成本逐步降低,將大力推動無人機市場對碳纖維的運用,,從而形成產(chǎn)業(yè)良性循環(huán),,有利于碳纖維材料技術(shù)進步、應(yīng)用水平提高,。 Q&A Q1:周總,,這個復(fù)合碳纖維可以代替合金鋼,比如合金鉆頭用鋼嗎,?A1:在某些領(lǐng)域代替合金鋼,,鉆頭的合金鋼硬度非常大,復(fù)合材料硬度有限,,耐切削性能沒有高級合金鋼好,,不易制成鉆頭。除了成本高之外,,碳纖維的缺點還包括橫向耐沖力較差,、耐磨性一般、高溫抗氧化性能較差,,需要和其它材質(zhì)配套使用,。 Q2:請問,國內(nèi)上市企業(yè),,你最看好那家,?謝謝A2:原材料方面,恒神股份,,博云新材,,中鋼國際技術(shù)實力及產(chǎn)業(yè)化還可以。最新的還有金發(fā)科技,、時代新材,。目前投資尚早,中長期投資更為適宜,,不是最熱的時候,,不適宜短期炒作。 Q3:請教一下,國外已經(jīng)用碳纖維做輪轂了,,這個技術(shù)國內(nèi)還有多大差距A3:技術(shù)方面不存在難題,,主要是成本問題,目前高端自行車品牌運用相對較多,。碳纖維汽車輪轂要求較高,國內(nèi)外經(jīng)驗積累較少,,研究不深入,,處于剛起步階段,極少部分有產(chǎn)量化,,應(yīng)用范圍也不是很廣,。 個股深度邏輯 開山股份|東方雨虹|和佳股份|昆侖萬維|新綸科技|常山藥業(yè)|中國中車|深圳機場|迪安診斷 精選行業(yè)報告 T M T:電子研究|公有云|電子陶瓷|量子計算|大數(shù)據(jù)|云計算|無線充電|物聯(lián)網(wǎng)|人工智能|集成電路|通信研究|量子通信|體育賽事 新材料:石墨烯 大消費:白酒|食品飲料|農(nóng)業(yè) 醫(yī)療:體外診斷|CAR-T|CRO|醫(yī)療信息化 造紙輕工:造紙輕工 深度行業(yè)研究 醫(yī)藥:一致性評價 新材料:碳纖維 |
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