一个脚踩军工和新能源两大风口的产业

时间: 2024-03-23 02:34:46 |   作者: 棉花

  人类对材料的认知和利用能力直接决定了社会形态与人类生活水平。纵观整个材料发展史,以时间为维度可将其归纳为石器/青铜器/铁器/钢铁/硅/新材料这六个发展时期。

  今天要介绍的是碳纤维,它被誉为21世纪新材料之王,是材料皇冠上的一颗璀璨明珠。如今,碳纤维脚踩军工和新能源两大风口。

  碳纤维(Carbon Fiber,简称 CF)是一种含碳量高于90%的无机纤维。由有机纤维(粘胶基、沥青基、聚丙烯腈基纤维等)在高温环境下裂解碳化形成碳主链机构而制得。作为新一代增强纤维,碳纤维具有非常出色的力学性能和化学性能,既具有碳材料固有的本性特征,又兼备纺织纤维的柔软可加工性。

  1879年,爱迪生发明了以碳纤维为发光体的白炽灯并于美国取得初步成功,但随后因被钨丝取代而陷入沉寂。到20世纪50年代,美苏争霸期间,美国为研发大型火箭和人造卫星以及全方面提升飞机性能,急需新型结构材料和耐烧蚀材料,碳纤维又重新出现在材料科学舞台。

  碳纤维可分为三类,世界上能达到工业规模化生产的主要有聚丙烯腈(PAN)基碳纤维、沥青基碳纤维和黏胶基碳纤维三种,其中 PAN基碳纤维占据绝对主要地位,份额达 90%以上,其次是沥青基碳纤维约占 6-8%,黏胶基碳纤维产量最低。

  根据2020年碳纤维应用市场数据,在数量方面,碳纤维在风电叶片中的应用排在首位,达30600吨,占全部市场需求的28.64%;其次为航空航天方面,应用需求量为16450吨,占比为15.39%;最后,汽车行业中采用碳纤维材料的车型越来越丰富,尤其实新能源汽车,在制作的完整过程中,许多部件(如电池盒)都用到了碳纤维材料,2020年需求应用共12500 吨,占市场总需求的 11.70%。总的来看,碳纤维在军工和新能源产业中有重大作用。

  风电叶片一直是碳纤维材料应用的主要领域,是最具有前景的领域之一。风电机组极大程度上拉动了碳纤维的需求,碳纤维材料轻便的特点使得风电叶片的整体质量有了较好的优化,保证叶片在长度增加的同时,重量更轻。在风电产业快速扩张的情况下,碳纤维在这一领域的产能也将以较高速度不断拓展,预计在2025年将达到93384吨的全球市场需求。

  此外,碳纤维材料还是生产武器装备的重要材料。在战斗机和直升机上,碳纤维复合材料应用于战机主结构、次结构件和战机特殊部位的特种功能部件。国外常常使用碳纤维/环氧和碳纤维/双马复合材料来制作战机机身、主翼、垂尾翼、平尾翼及蒙皮等部位,能够更好的起到减重的作用。

  1959年,日本大阪工业试验所近藤昭男博士发明PAN基碳纤维制备技术,随后60年代日、英率先开始PAN基碳纤维技术攻关,而同时期美国还在攻克粘胶基技术,导致其PAN基碳纤维研究起步较晚。

  20世纪70年代,日、美、英开始频繁技术合作,美国从英国获得碳化技术并与日本东丽、东邦和三菱展开技术转让,随后美国与日本于1972年制得碳纤维高尔夫球杆和鱼竿,风靡全球。

  90年代之后,碳纤维迎并购浪潮,各大碳纤维厂商开始抢占市场占有率,SGL从阿尔笛处拉收购了合资碳纤维的股份、日本东邦收购了美国福塔菲尔碳纤维、日本东丽收购了卓尔泰克,美、日地位进一步稳固,寡头局面初步形成。

  从目前的产能分区域份额图来看,世界主要碳纤维生产企业有日本的东丽、东邦、三菱,美国的Cytec、Hexcel,德国的SGL,土耳其的AKSA等企业。美国、日本依旧领跑全球,在行业中占据举足轻重的地位,大陆地区紧随其后,达到17%左右的份额。

  我国自20世纪60年代后期便开始PAN基碳纤维研究,历经半个世纪发展,现阶段虽仍与国外有显著差距但已可自主制备以T700、T800、M55J等为代表的一系列高端碳纤维,成功打破国外的技术封锁,成绩斐然。

  但从理性出发,国内技术水平总体上还是落后日本、美国的领先企业20年,竞争不充分,熟练掌握核心技术并能使起生产规模化的企业相对较少,虽然当前我国理论产能达到 2.68 万吨,慢慢的变成了世界三甲,但整体产能利用率仅为34%,碳化单线吨/年,远低于国际标准2700吨/年,缺少国际竞争优势。

  本土行业领军的碳纤维上市公司为光威复材、中简科技、精功科技,上述三家公司均属于国内碳纤维行业国产企业的领跑者。

  光威复材是我国碳纤维行业的绝对龙头,现有适用于军品的小丝束碳纤维产能 3100吨/年,预计2022年以后投产适用于民品的大丝束碳纤维1万吨/年。光威的产能虽不是国内最大的,但在技术性能、稳定生产、产业链一体化和生产所带来的成本这4个层面的综合竞争优势是最大的。目前,光威已具备军品高性能碳纤维稳定生产能力,受益于我国军费预算开支提高,同时公司在低成本风电碳梁等民品碳纤维技术不断突破,市场占有率提升。

  中简科技现有一条设计产能50吨/年(3K)高性能碳纤维生产线,近年来随技术一直在改进,其产量已超过100吨/年。2016-2020 年,随着下游需求激增,公司年产量已由45.3吨提升至114.1吨。中简科技募投项目——千吨级规模氧化碳化生产线年转固,现正进行等同性认证,未来将逐步释放产能,为公司新增 T700级碳纤维产能1000吨/年(12K)。据悉该生产线系列(T1000/T1100级)碳纤维以满足多种高端客户需求。

  随着国内新能源产业和军工产业景气度的不断的提高,对碳纤维的需求势必也会提升,而国内能够生产碳纤维的企业又屈指可数,订单基本被它们锁定,因此这一些企业是需要我们来关注的。

  本文为澎湃号作者或机构在澎湃新闻上传并发布,仅代表该作者或机构观点,不代表澎湃新闻的观点或立场,澎湃新闻仅提供信息发布平台。申请澎湃号请用电脑访问。