碳纖維是複合材料領域集大成之作
碳纖維是一種碳含量在90%以上的高強度高模量纖維材料,耐高溫性能居所有化纖之首。作為新一代纖維,碳纖維密度低,質量比金屬輕,強度卻是鋼鐵的16倍,楊氏模量是凱夫拉縴維的2倍,傳統玻璃纖維的2-3倍。它既具纖維的柔軟性,又不失碳材料本徵的固有屬性。在非氧化環境下耐高溫,熱膨脹係數小,耐疲勞性、耐腐蝕性好,在有機溶劑、酸、鹼中不溶不脹。
碳纖維複合材料是由碳纖維與金屬、陶瓷、樹脂等基體製作而成。碳纖維和樹脂製作的複合材料,其比強度和比模量在所有現存的工程材料中居首位。碳纖維複合材料具有各類優異性能,材料密度低、熱膨脹係數小、比熱容高,具有超強拉伸彈性,耐高溫,耐腐蝕性以及優越的能量吸收性能。因此,碳纖維複合材料在軍工、航天、交通、汽車以及體育領域都有廣泛應用。
碳纖維屬於複雜技術產業的典型代表,通過不同的製作工藝得到的產品也差異巨大。上遊原材料的要求高,中間過程產出複雜,需要大量穩定的核心機械設備。
碳纖維的分類
(1)按照強度和模量分類,有T300/700/800、M40J/55J等型號,T系列應用範圍最廣,如航空航天、工業等領域;而M系列產品更高端,主要用於航天、高端體育休閒等。
(2)按絲束大小分,大絲束強度和剛度方面的性能比小絲束差,主要用於風電葉片、汽車等領域,被稱為「工業級」碳纖維;小絲束主要應用於航空航天等領域,被稱為「宇航級」碳纖維。
(3)按原料分類,包括PAN/瀝青/粘膠基碳纖維,其中PAN基為主流。
碳纖維是軍工發展技術方向
碳纖維是軍工發展技術方向。世界航空史的發展其實就是材料學的發展,一代新材料的出現及應用會對整個行業帶來顛覆性的作用和效果。根據新聞報導,美國第四代軍機F-22價值相當於同等重量的黃金,原因之一是飛機大量採用了高性能碳纖維做機體結構材料。碳纖維因其質量輕、性能強等多種因素,非常適合應用於單體價值高、質量要求低的軍工航空航天產業,在我國航空動力發動機技術尚未取得突破的情況下,通過減輕質量推進超音速巡航性能的發展,有著重大意義。
航空航天領域的產品耗資巨大,即使是很小的減重也能對總成本產生巨大影響,據波音公司估算,噴氣客機質量每減輕1kg,飛機在整個使用期限內可節省2200美元;美國NASA數據顯示,太空飛行器每減重1千克,將增加1kg有效載荷,可以節約2萬美元。因此材料的輕量化在航空航天領域至關重要。
目前我國碳纖維對外依存率很高,按需求量算、達71%。中國碳纖維生產企業長期受制於歐美及日本企業,它們通過技術及價格優勢打壓國內碳纖維企業。高性能碳纖維屬於敏感的國防戰略新材料,為確保國防安全、避免長期受制於人的局面,國家出臺相關政策,大力扶持國產高性能碳纖維在航空航天等國防領域的廣泛應用。
我國碳纖維行業目前仍處於初級階段,掌握高性能碳纖維研發核心技術並能夠實現穩定、成本可控的規模化生產的企業較少,絕大多數企業不能滿足航空航天等高端產業的規模化應用需求,主要圍繞體育休閒、工業等低端領域,從而面臨非常大的國外產品傾銷和價格競爭壓力,長期處於虧損狀態。當前,國內碳纖維企業實現盈利的重要路徑之一是看其核心產品是否進入軍品的供應鏈中。一旦能夠順利進入,企業能享受到另外一種意義上的政策和財務支持。
軍品由於高回報的特徵,是碳纖維發展立足的基礎,但軍用市場相對民用市場較小、且增長較為平緩,所以碳纖維企業仍需重視且參與民用纖維市場以分散下遊客戶過於集中的風險、以及提高企業競爭力和行業內話語權。目前來看,雖然我國民用碳纖維產品競爭力較弱、生產規模較小,但我國軍品絲供應企業由於受益於軍品高效益,在研發開發民品絲的項目上有較充裕且持續的資金支持,有望實現具備自主智慧財產權的低成本民品絲生產技術的突破。屆時,我國碳纖維企業將真正走向成熟,具備與日本東麗和美國赫氏產品毫不遜色的競爭力,這也是中國碳纖維行業所走出的中國特色發展之路。
重點標的:光威復材、中簡科技。
光威復材:軍用T300級碳纖維穩定供應商,民品業務持續擴張。
中簡科技:國產ZT7系列領導者,募投項目解決產能瓶頸助力長期發展。