民用碳纤维行业研究:再论民用碳纤维的成长性与周期性.docx
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1、民用碳纤维行业研究:再论民用碳纤维的成长性与周期性1. 碳纤维:高确定性的成长赛道,各环节具备不同投资价值1.1 上下游环节多,利润分配受原材料、供需关系影响完整的碳纤维产业链长,包含从原油到复合材料的制造过程。上游企业从石油、天然气等化石燃料中制取丙烯,并经过氨氧化得到丙烯腈。丙烯腈通过聚合制成纺丝原液,然后纺丝成型得到聚丙烯腈(PAN)原丝。原丝需要经过多段氧化炉制成预氧丝,随后在氮 气的保护下经过低温和高温碳化后得到碳纤维。碳纤维可以与树脂、陶瓷等材料相结合制成碳纤维复合材料,最后由各种成型工艺得到下游应用需要的最终成品。关注点包含:1)原油等大宗商品传导价格:我国丙烯在油头生产的基础上
2、开发除了煤 头工艺,但是油头占比高,存在较大的原料进口依赖,因此一定程度受到海外原油涨跌影 响;2)ABS 等需求影响丙烯腈供需:丙烯腈的下游需求除了用作聚丙烯腈原丝,也就是 腈纶领域,还存在 ABS、丙烯酰胺等领域,其中 ABS 广泛应用于汽车、家电的部分塑料制品,因此该部分需求也会对并丙烯价格带来一定影响;3)终端需求放量:碳纤维的价格还会受到终端如风电、碳碳复材等高景气度需求的影响,供不应求的格局会导致碳纤维价格 出现波动。丙烯:价格弹性较小,成本端受原油影响,需求端传导顺畅。丙烯是大宗化工主要原料之一,主要通过原油裂解产生,受原油价格影响较大,但是因为制备方法并不单一,整 体价格维持在
3、 6000-10000 元/吨的区间,价格相对稳定。下游需求主要为聚丙烯粒料、聚 丙烯粉料、丙烯晴及环氧丙烷,其中聚丙烯粒料占比最大,为 65%。从历史价格复盘表现 来看,下游聚丙烯、丙烯腈都有较强的转价能力,其中丙烯腈的弹性最大。丙烯腈:供需层面均产生显著影响,短期受到成本支撑。丙烯腈由原油裂解到的丙烯 聚合而成,因此丙烯腈价格波动与上游原油价格有较强相关性。丙烯腈价格在 21 年末出现 与原油走势的背离,该影响来自国内丙烯腈多套装置开工率回升,市场供给充足,而下游 需求偏弱,丙烯腈价格高位回落。但是目前丙烯腈厂商多出现了 1000-2000 左右毛利亏损, 目前短期成本压力较大;但长期随着
4、原油价格下降,新增产能落地,丙烯腈价格有望进一 步下降。碳纤维:售价受成本影响较小,供需关系推动本轮涨价。2020 年开始,国产、进口碳 纤维增速差快速拉大,21 年进口碳纤维增速下滑至 9%,国产碳纤维增速高达 58%,在东 丽禁运限制下碳纤维进口放缓,但海外海风装机需求旺盛,供需差扩大,推动了本轮的碳 纤维涨价。2020 年初至今碳纤维涨幅显著,截止 22 年 4 月,小、大丝束国内均价 225 元 /KG、145 元/KG,两年 CAGR 分别为 33%、20%,由于下游需求旺盛,22 年初丙烯腈价 格回落至 1.1 万/吨并未带来碳纤维售价回落。目前碳纤维价格在进口供给增加的情况下,价
5、格仍维持高位。国内碳纤维进口依存度 仍然较高,2020年国内进口碳纤维 3.04 万吨,占需求量的62%。碳纤维价格高的主要原因:1)成本较高,2 吨的原丝才能造出 1 吨左右的碳纤维,而目前国内民品碳纤维主要由 吉林碳谷一家供应,供给紧张,原丝价格维持历史高位;2)制作工艺难,其研发和生产成本成几何式增长。1.2 碳纤维力学性能优异,需求确定性高碳纤维是一种含碳量高于 90%的无机纤维,力学性能优异。作为新一代增强纤维,碳 纤维的密度较强,比强度和比模量高,具有耐高温、抗摩擦、导电、导热及耐腐蚀等特性,被广泛应用于航空航天、能源装备、交通运输、体育休闲等领域。1.3 上行周期原丝、碳化盈利提
6、升,下行周期复材盈利反弹 原材料价格上涨周期将给原丝、碳化环节企业带来超额收益。2021 年丙烯腈价格 进入上行周期,面对成本上涨原丝、碳化环节企业提高售价,同时产品供不应求,单 吨盈利增大,企业利润增加,因而获得超额收益。原丝环节代表企业吉林碳谷 2021 年 实现净利润 3.1亿元,比上年同期增长了 126%,因为公司主要产品获得市场广泛认可, 产销两旺,同时公司主要产品售价上涨,综合产能提升,综合毛利率稳步上升。2021 年末至今吉林碳谷股价超过碳纤维行业指数,吉林碳谷公司盈利能力强,获得行业超额利润。上游涨价阶段,复材环节毛利率受到显著影响,但不同细分领域体现出差异性。由于 上游原丝、
7、碳纤维环节在 21 年都经历了显著的涨价,下游复合材料环节在财报上体现的 就是 21 年的利润率水平下降。以金博股份和光威复材的碳梁业务毛利为例,金博股份的 毛利从 20 年的 60-65%中枢下降至 22Q1 的 53%,光威的碳梁业务从 22%下降至 21H1 的 11%。二者下降的幅度不同,因为其碳纤维的成本占比、下游传导能力也有不同的差 异。1.4 技术分支多,技术的应用决定终端领域需求 碳纤维技术环节多,不同的技术催生不同的应用场景。碳纤维的发展历史长,应用领 域多,不同的应用场景对碳纤维的形状、性能、成本都有不同的要求,因此,碳纤维从纤 维形态到终端应用还分为预成型物、中间成型物、
8、成型方法三个缓解。不同的技术路径对 应不同的终端应用领域。拉挤工艺让碳纤维在风电领域的应用前景广阔,2020 年起成为了最主要的应用技术。 高效、低成本、高质量的碳纤维梁片拉挤工艺,使得碳纤维使用成本大幅降低。从 2015 年拉挤成型技术被发明后,全球风电叶片碳纤维需求量从 2015 年的 18000 吨到 2021 年 的 33000 吨,CAGR 为 10.6%,中国风电叶片的需求量从 2014 年的几乎为 0 到 2021 年 的 22500 吨,实现高速增长。20 年首次超过预浸铺放成为第一大主流工艺,2021 年,缠 绕拉挤工艺需求达到 65.5 千吨,占总需求 36.1%,保持第一
9、大工艺的地位。例如:碳纤维预制体制备中新研发的三堆编织技术,从根本上克服了传统层合复合材料层间强度低、易分层等致命弱点。三维编织技术是在传统二维编织技术上发展起来的一 种高新纺织技术。三维编织技术最大的优势就在于非常适合制作各种复杂形状的高性能纤维结构件、连接件。近年来三堆编织技术得到广泛关注,成为航空、航天、能源等领域的 重要结构材料。近几年预制体工艺成为碳碳热场主要工艺,推动光伏炉热场碳碳复材的迅猛发展。预 制体是碳碳复合材料的骨架,其成型工艺是碳碳复合材料最重要的基础技术之一,决定着 碳碳复合材料的性能。三维编织技术的发展可以实现碳纤维复合材料的大尺寸、高精度编 织,而且克服了针刺预制体
10、的缺陷,在改进层间强度、损伤容限和热应力失配等方面发挥 作用。随着碳碳复材在光伏热场中的需求增加,编织等预制体工艺将迅速发展。碳纤维技术百花齐放和迭代创新为下游应用提供更多可能,应持续密切关注新技术带 来新需求的增量。目前全球碳纤维技术向着高性能、低成本的方向发展,如三堆编织技术、 精细控制碳化过程等研发出更高强高模的碳纤维,如拉挤工艺、等离子氧化技术等高效低 成本的生产技术。新技术带来新应用将驱动行业维持快速增长态势。更低成本的碳纤维生 产技术使得汽车电池箱、底盘和刹车片市场上碳纤维及复合材料的需求快速增长。氢能扩产的节奏加快,储氢瓶市场需求增加,如果新技术能提高单位时间内碳纤维产能,氢能市
11、 场将迎来碳纤维需求的爆发式增长。2.民用碳纤维供给紧平衡,大小丝束具备不同特性2.1 供需测算:民用碳纤维供给缺口 3 万吨,22 年维持紧平 衡需求测算:我国 25 年目标需求 14 万吨,CAGR23%。碳纤维终端应用发展如火如荼, 但在各个终端应用领域的增速往往体现出较大的差异性,比如传统的休闲体育和风电增速 不可相提并论,因此我们对各个细分赛道分别测算增速,预计我国民用碳纤维需求将在 25 年达到 14 万吨需求,CAGR23%。供给测算:我国 25 年实际供给产能 12 万吨,CAGR43%。近年传统碳纤维厂商如吉 化、神鹰、光威等都公布了自己的扩产计划,除此之外还有入局新玩家如蓝
12、星等。我们测 算 25 年中国将会产生碳纤维实际供应 12 万吨,对应 CAGR43%。供需平衡表:我国碳纤维碳供给缺口约为 3 万吨左右,2022 年仍维持紧平衡状态。 2020-2021 年民用碳纤维市场火爆,众多碳纤维厂商公布了自己的扩产计划,因此碳纤维 的供给释放以及价格走势成为了市场关注要点,我们在此做出碳纤维环节供需平衡测算, 判断认为我国碳纤维碳供给缺口约为 3 万吨左右,2022 年仍维持紧平衡状态。 细化来看:22 年供需差继续扩大,碳纤维紧平衡,23年随着规划产能密集投放,供 需差初步缩小。2.2 大小丝束特性鲜明,具备不同性质碳纤维按纤维数量不同可以分为小丝束和大丝束,与
13、之对应的碳纤维原丝也可区分为 小丝束碳纤维原丝和大丝束碳纤维原丝。一般将丝束数量小于等于 24K 的碳纤维称为小丝 束,1K 就代表一束碳纤维中有 1000 根丝,初期以 1K、3K、6K 为主,逐渐发展为 12K、 24K。小丝束碳纤维技术门槛高,研发投入大,对生产设备的精度要求较高,具有单线产能 低、成本高的特点,主要用于国防军工、航空航天等高端技术领域,被称为“宇航级材料”。 一般认为 24K 以上的型号为大丝束,广泛用于纺织、医药卫生、机电、土木建筑、交通运 输和能源等工业和民用领域,制备成本低,但生产控制难度大,被称为“工业级材料”。2.3 小丝束:成长性突出,技术壁垒更高 2.3.
14、1 成本占比相对较小,需求确定性更高制造费用占比过半,原材料成本占比较低。小丝束生产成本由直接材料、直接人工、 制造费用和运输费用构成,相比于大丝束碳纤维,小丝束生产效率低、设备投资规模大, 因此生产过程中能源消耗大、产线折旧费用高,成本构成中制造费用占比 50%以上。原料 消耗主要发生在原丝生产阶段,根据中复神鹰招股说明书,直接材料在其主营业务成本中仅占比 28%-37%,原材料成本占比较低,占比波动主要受丙烯腈价格变动影响。丙烯腈是碳纤维生产的主要原材料,价格主要受石油化工行业供求关系影响,一般呈周期性波动的趋势:2020 年-2021 年初,受上游原油价格上涨以及市场供需关系的影响, 丙
15、烯腈价格持续走高;2021 年 12 月,随着国内丙烯腈多套装置开工率回升以及新产能快 速投放,整体市场供给充足,但由于下游需求偏弱,丙烯腈价格高位回落。 丙烯腈价格波动直接影响碳纤维的生产成本,但对小丝束厂商毛利水平的影响相对较小,主要原因有两点:1)丙烯腈在小丝束总成本中占比相对较小;2)小丝束单价较高且 价格持续上涨,相关厂商盈利能力强,毛利率受成本变化的影响相对较小。下游需求确定性高,产品销售更紧俏。伴随我国氢能、光伏行业蓬勃发展,储氢瓶与 单晶炉的火爆拉动小丝束需求持续放量,压力容器、碳/碳复合材料将成为未来几年驱动市 场的重要引擎。不同于大丝束由于主要应用场景风电领域受海外装机扰动
16、以及国内市场替 代节奏不稳定等因素影响,下游需求存在不确定性,小丝束高确定性的下游需求增长使其 相关厂商拥有更高估值,中复神鹰、中简科技的 PE(TTM)明显高于大丝束厂商吉林碳谷。2.3.2 竞争要素:高技术壁垒下的逐步降本目前,小丝束碳纤维性能优异,但价格较高。由于小丝束碳纤维主要应用于航天军工 等高科技领域,以及体育用品中产品附加值较高的产品类别,下游客户对其性能要求高, 普遍要求 T700 级及以上的力学强度。根据日本东丽对其碳纤维产品性能的定义,拉伸强度 需高于 4900 MPa,拉伸模量需高于 230GPa。高性能对应着较高的价格,截止 2022 年 4 月 28 日,小丝束碳纤维
17、国内均价为 225 元/千克,是大丝束价格的 1.5 倍。小丝束碳纤维技术、资金壁垒高,导致售价高于大丝束。在小丝束原丝制备工艺选择 上,干喷湿法具有碳纤维表面缺陷少、勾结强度高、纺丝速度快、碳化时间短等特点,较 湿法在产品品质、成本方面优势明显。干喷湿纺工艺技术难度较大,世界上仅少量企业掌 握该生产技术并形成成熟的碳纤维产品,技术壁垒高;同时,干喷湿法对生产设备精度要 求高,每一个纺位都需要配备一套复杂的高压过滤系统和一套流量泵的技术系统,资金投 入大。 根据中复神鹰、光威复材、吉林化纤公告显示,小丝束碳化环节对应的万吨投资金额 超 20 亿/万吨,而大丝束扩产的资金要求相对较低,对应 12
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