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【军工投资系列研究|无限风光在上游:军工新材料(下篇)】

2018年07月11日

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军工材料三剑客之碳纤维

碳纤维是发展国防军工和国民经济的重要战略物资,属于技术密集型的关键材料,而碳纤维产业也是国家重点发展的战略性新兴产业,代表新一轮科技革命和产业变革的方向,是培育发展新动能、获取未来竞争新优势的关键领域。


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碳纤维的性质与应用

碳纤维是由有机纤维经过一系列热处理转化而成,含碳量高于90%的无机高性能纤维,是一种力学性能优异的新材料。碳纤维具有一般碳素材料的特性,如耐高温、耐摩擦、导电、导热及耐腐蚀等,但与一般碳素材料不同的是,其外形柔软、可加工成各种织物,沿纤维轴方向表现出很高的强度。碳纤维比重小,因此有很高的比强度。


图1:碳纤维的优良性质


资料来源:公开资料,和记娱乐研究院


碳纤维是50年代初应火箭、宇航及航空等尖端科学技术的需要而产生的,现在还广泛应用于体育器械、纺织、化工机械及医学领域。


由碳纤维和环氧树脂结合而成的复合材料,由于其比重小、刚性好和强度高而成为一种先进的航空航天材料。因为航天飞行器的重量每减少1公斤,就可使运载火箭减轻500公斤。所以,在航空航天工业中争相采用先进复合材料。美国航天飞机上火箭推进器的关键部件以及先进的MX导弹发射管等,都是用先进的碳纤维复合材料制成的。


现在的F1赛车,车身大部分结构都用碳纤维材料。顶级跑车的一大卖点也是周身使用碳纤维,用以提高气动性和结构强度。


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碳纤维的行业特点

1.  技术壁垒高,研发周期长,资金投入大,产品稳定性要求高。碳纤维属于技术密集型产品,产业链长,产品系列众多,生产技术复杂,产业发展涉及产、学、研各个环节。


2. 下游应用领域广泛,潜在市场不断拓展。碳纤维下游应用技术的开发难度比较高,各工艺参数必须系统配合。早期由于重点企业对国防军工和航空航天等高端市场的垄断和碳纤维生产研发的较高成本,碳纤维的应用范围长期受到严重限制。


近年来,随着碳纤维应用成本的下降,碳纤维下游应用领域逐步由航空航天、体育休闲等拓展到一般工业领域,如风力发电、压力容器、交通运输和输电电缆等。


3. 日本及美国领先企业垄断全球市场。国际碳纤维行业的集中度较高,极高的技术壁垒和巨额的资金投入使得国际上真正具备碳纤维研发和规模化生产能力的公司屈指可数。


日本东丽、日本东邦和日本三菱丽阳目前占据了全球丙烯腈基碳纤维50%以上的市场份额。日本东丽作为世界高性能碳纤维研究与生产龙头,是波音公司最稳定、最主要的供货商。除日本企业之外,美国的赫克塞尔和氰特等公司也具备极强的技术实力。


4. 市场和政府在行业发展中发挥重要作用。碳纤维与国防军工密不可分,各国都有不同的产业政策。俄罗斯由国家主导,国有部门负责开发研究和生产制造,以保障国防和重大工程的需求。美国和日本采取以市场为主的模式,主要依靠大企业研发和生产,同时供应国防和民用领域。


美国规定国防军工所需的重要材料都必须立足于本国生产,波音可以使用日本东丽的碳纤维,但是国防军工产品必须使用美国赫克塞尔或者氰特的碳纤维,同时对碳纤维高端产品的技术装备出口进行严格的管控。


图2:碳纤维的行业特点


资料来源:公开资料,和记娱乐研究院


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碳纤维的市场情况

随着航空航天、体育休闲和工业应用对碳纤维的需求大幅度增加,全球碳纤维市场规模快速增长。2008 年全球碳纤维的需求量达3.64万吨。2009年至2017年,全球碳纤维需求量一路走高,年均增长率达10%,2017年全球需求总量达到8.42万吨。


从下游行业看,2017年全球碳纤维需求排名前三的行业为航空航天、风电叶片与体育休闲,需求占比分别为22.8%、19.2%、13.2%,在航空航天领域,碳纤维需求主要由商用飞机驱动,2017年全年,波音复材飞机B787交付136架,而空客复材飞机A350WB共交付78架,较上年同期增加60%,直接导致17年航空航天领域碳纤维需求量同比增长10%。


受美国、日本等国家对中国实行出口限制等影响,中国碳纤维需求长期被抑制,2006至2011年碳纤维的需求量始终处于较低水平。2013年,中国碳纤维需求量出现激增,年需求量由8000吨跃升至万吨级别。自2014年起,碳纤维需求量呈现逐年上升态势,2017年达到2.35万吨,4年间年均增长率达12.25%。


从下游行业看,2017年中国碳纤维需求排名前三的行业为体育休闲、风电叶片与建筑补强,需求占比分别为51%、13%、8%,而航空航天用碳纤维需求仅占总需求4%左右。目前中国碳纤维需求仍以低端产品为主。


图3:2017年中国碳纤维需求结构图


资料来源:中国玻璃纤维复合材料信息网,和记娱乐研究院


从供给上看,当前国产碳纤维产品仍以跟踪日本东丽等国外品种为主,缺乏自主产品研发,具有市场竞争力的碳纤维产业化工艺与装备的核心技术没有完全掌握,技术成熟度仍不足。


所以,目前中国碳纤维行业仍处于初级阶段,掌握高性能碳纤维研发核心技术并能够实现稳定、成本可控的规模化生产的企业较少,绝大多数企业不能满足航空航天等高端产业的规模化应用需求,生产主要围绕体育休闲等低端领域,面临非常大的国外产品倾销和价格竞争压力。


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军用碳纤维在中国的发展前景

由于国际厂商的高性能碳纤维对中国实施严格封锁,中国也尚不具备研发高性能碳纤维的能力,因此2005年之前中国军用飞机并未应用碳纤维复合材料。直到2008年中国航空航天级碳纤维成功批量生产后,新研制的军机型号才开始广泛使用国产碳纤维复合材料作为次承力结构件。


与中国军用飞机的需求趋势相对应,军用碳纤维市场需求将主要来源于:(1)目前军用飞机保有量相较于世界主要大国存在较大差距,未来补短板加速列装将带来碳纤维的巨大需求;(2)目前中国军机碳纤维应用比例仍然较低,未来有进一步提升的趋势。


根据World Air Force2016数据显示,目前中国拥有各型军用飞机接近3000架,仅为美军的1/5。从军机类型来看,除战斗机数量约为美军保有量的55%,武装直升机约为美军保有量的21%,其余机种包括教练机、运输机、特种飞机等均不足美军保有量的1/5。且约40%至50%的军用飞机面临退役,装备建设急需提速。2020年前将逐步淘汰二代机,以三代机为主体开始向四代机转变,三代、四代战机将陆续迎来不同程度的批量交付。未来5-10年补短板列装需求将持续释放。


图4:2016年中美俄各型军用飞机数量对比


资料来源:World Air Force2016,和记娱乐研究院


碳纤维复合材料的使用比例是衡量军用飞机先进程度的重要标准之一,世界主要战机F35、F22碳纤维材料使用比例为20%左右,先进军用直升机使用率超过40%,无人机使用率超过90%。目前中国军用航空碳纤维使用比例仅为3%-5%,较世界平均水平仍有极大的提升空间。


值得欣喜的是,中国军机碳纤维使用率已出现上升趋势,歼10后续批次机型在次承力结构部分均批量使用了碳纤维复合材料,歼11B、歼11BS及L-15均使用了碳纤维垂直尾翼部件,未来碳纤维材料在军用航空中的使用比例将继续上升。


根据东兴证券的测算,假设未来10 年中国战斗机全部换装完成三代机及以上,且保有量达到美国现役战斗机相当数量,其他各类型飞机数量均达到美军现役飞机数量的60%左右,按照碳纤维应用比例提升至20%-50%进行测算,未来10 年我国军用碳纤维的市场空间将达到250亿元左右。


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军用碳纤维四巨头

近年来,一些具备核心竞争优势的碳纤维企业开始崭露头角,国内深耕军用碳纤维领域的企业主要有光威复材、中简科技、吉林碳谷和恒神股份四家。


光威复材是国内第一家实现碳纤维工程化的企业,率先打破国外垄断,逐步形成从原丝到碳纤维制品的全产业链布局,主持制定了《聚丙烯腈基碳纤维》和《碳纤维预浸料》两项国家标准,拥有94 项发明专利。近三年军品收入贡献占比维持在70%左右,年均增速达25%,是一家高成长的民参军优质企业。2017年8月,光威复材在创业板上市。


中简科技股份有限公司是专业从事高性能碳纤维及相关产品研发、生产、销售和技术服务的高新技术企业。公司产品主要应用于航空航天领域,各项指标参数要求较高,在航空航天装备论证阶段即对碳纤维各项指标予以确定,已达到同类产品国际先进水平。因为其基本都是军品销售,因此毛利率较高。


吉林碳谷位于吉林市“国家碳纤维高新技术产业化基地”,基地内有从化工源头到终端产品完备的产业链,公司主要从事聚丙烯腈基(PAN)碳纤维原丝的研发、生产和销售,主要客户是碳纤维生产商及碳纤维复合材料生产厂商和贸易商。


江苏恒神股份有限公司主要从事碳纤维、碳纤维织物、预浸料及其复合材料的研发、生产、销售和技术服务。公司产品主要应用于重大装备、高端工业装备、体育休闲等领域。重大装备涵盖航空、航天等领域,主要客户包括中国航空工业集团下属公司、中国航天科技及科工集团下属公司、中国船舶工业及重工集团下属公司等。


对比中简科技、光威复材、吉林碳谷、恒神股份四家的毛利率:可以看出,中简科技最高,相对于民用碳纤维,军用碳纤维技术要求含量更高,因此毛利率也更高。


图5:中简科技、光威复材、吉林碳谷、恒神股份的毛利率对比


资料来源:Wind,和记娱乐研究院


政策上,高性能碳纤维及先进复合材料产业是国家重点支持发展的战略新兴产业,在国家“十三五规划”和《中国制造2025》的总体指引下,国家各部委和地方政府纷纷出台了一系列产业引导与扶持政策。


未来一些规模相对较小、技术水平落后的企业将在新一轮的市场竞争中被淘汰,少数优质碳纤维企业将获得更多的市场资源,带动行业良性发展,其中以军品为主、具备规模化生产能力的企业将脱颖而出!


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总结

篇幅所限,高温合金材料的投资机会将在今后的文章中给大家介绍,军工新材料,作为军工产业链的上游领域,在2018年下半年这个时点,将给投资者一次难得的介入机会。相信如果在这个节点投资,在“十三五”的末期会得到丰厚的回报!