本文數(shù)據(jù)和模型請(qǐng)聯(lián)系:孫瀟雅/郝占一
摘要
1、碳纖維下游需要多而分散,但展望未來(lái),增速快、占比提升高、有前景的三個(gè)細(xì)分賽道分別系風(fēng)電、碳碳復(fù)材和壓力容器。以2020年為例,全球需求10.7萬(wàn)噸,其中風(fēng)電3.1萬(wàn)噸,占比29%;碳碳復(fù)材0.5萬(wàn)噸,占比5%; 壓力容器0.88萬(wàn)噸,占比8%。
但這三個(gè)市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品參數(shù)和性能要求不同,其中風(fēng)電對(duì)成本較為敏感,主流產(chǎn)品為T300-25K/50K(代表詞,也可能是24k/49k),一方面產(chǎn)品技術(shù)壁壘不算高成本要求高,另一方面由于風(fēng)電在碳纖維占比之高,幾乎成為各家碳纖維企業(yè)必爭(zhēng)之地。
針對(duì)風(fēng)電市場(chǎng)的碳纖維產(chǎn)能快速擴(kuò)張,而短期產(chǎn)能增量上,原絲小于碳絲,原絲供不應(yīng)求。因此,需求端,在風(fēng)電碳纖維全產(chǎn)業(yè)鏈,我們更加關(guān)注原絲的投資機(jī)會(huì)。
2、而供給端,原絲競(jìng)爭(zhēng)要素-技術(shù)/工藝和成本:其中技術(shù)和工藝上,復(fù)盤(pán)海外大絲束龍頭的成長(zhǎng)路徑,腈綸生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)較為重要,歐洲蒙特、土耳其阿克薩以及美國(guó)卓爾泰克,均有一定的腈綸經(jīng)驗(yàn)積淀。腈綸生產(chǎn)工藝與大絲束原絲較為接近,能夠縮短技術(shù)突破時(shí)間,降低投產(chǎn)難度。
成本上,同樣復(fù)盤(pán)海外巨頭,既有腈綸產(chǎn)能的溶劑回收體系可以提升原絲的溶劑回收效率,降低溶劑回收成本。此外,原料耗量管控、單線產(chǎn)能優(yōu)勢(shì)以及設(shè)備國(guó)產(chǎn)化和自產(chǎn)的差距都構(gòu)成了較強(qiáng)的成本壁壘。
需求端
從總量角度看,預(yù)計(jì)到2025年全球碳纖維需求量22.7萬(wàn)噸,CAGR16.2%。分下游看,風(fēng)電的占比最高,增速最快。2020年全球風(fēng)電碳纖維需求量3.1萬(wàn)噸,預(yù)計(jì)到2025達(dá)到9.3萬(wàn)噸,CAGR25%。2020年全球風(fēng)電碳纖維需求占比29%(第二名航空航天15%),到2025年預(yù)計(jì)風(fēng)電需求占比40%以上(第二名航空航天12%)。
風(fēng)電需求高增的原因:1、風(fēng)機(jī)大型化趨勢(shì)明顯,近期招標(biāo),陸上最大單機(jī)容量6MW,海上最大單機(jī)容量11MW。5MW風(fēng)機(jī)對(duì)碳纖維需求增加,10MW90米以上的風(fēng)機(jī)葉片均需要使用碳纖維。2、維斯塔斯專(zhuān)利今年7月到期,目前國(guó)內(nèi)整機(jī)廠東方電氣、上海電氣、明陽(yáng)智能等均有碳纖維葉片應(yīng)用。
產(chǎn)品方面,風(fēng)電對(duì)于價(jià)格敏感度較高,故風(fēng)機(jī)葉片的應(yīng)用在強(qiáng)度滿足要求的前提下(T300即可),會(huì)盡可能去降低碳纖維采購(gòu)價(jià)格(通過(guò)大絲束產(chǎn)品24K/50K),因此,我們更看好風(fēng)電下游對(duì)應(yīng)的T300大絲束產(chǎn)品。
供給端
短期供給:風(fēng)電對(duì)T300需求的高增刺激碳纖維廠商擴(kuò)產(chǎn),據(jù)我們不完全統(tǒng)計(jì),國(guó)內(nèi)碳纖維擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃超過(guò)25萬(wàn)噸。而目前原絲產(chǎn)能增速較慢,市場(chǎng)上萬(wàn)噸以上的獨(dú)立原絲供應(yīng)商僅有吉林碳谷。
長(zhǎng)期供給:2023年下半年,上海石化、國(guó)泰大成、廣東金輝等廠商陸續(xù)補(bǔ)齊原絲產(chǎn)能缺口,一體化程度提升,原絲供需趨于平衡,但獨(dú)立原絲供應(yīng)商如吉林碳谷,也可依托化纖集團(tuán)的碳化產(chǎn)能轉(zhuǎn)型自供。因此,我們更看好上游原絲環(huán)節(jié)的格局。
原絲工藝
聚合環(huán)節(jié):分為一步法和兩步法,一步法穩(wěn)定性強(qiáng)、速度慢;兩步法產(chǎn)能彈性強(qiáng)、速度快。出于成本考慮,大絲束產(chǎn)線多使用反應(yīng)速度較快的兩步法;而出于對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性的考慮,小絲束產(chǎn)線均使用一步法。
紡絲環(huán)節(jié):分為干法、濕法和干噴濕紡,目前主流廠商應(yīng)用集中在濕法和干噴濕紡。與濕法相比,干噴濕紡的產(chǎn)品表面結(jié)構(gòu)和拉伸強(qiáng)度更好,因此T700以上的產(chǎn)品主要采用干噴濕紡,而T300/T400產(chǎn)品主要采用濕法。
從兩個(gè)方面考慮大絲束原絲的競(jìng)爭(zhēng)壁壘
回溯海外龍頭發(fā)展歷程:土耳其阿克薩,從1971年開(kāi)始生產(chǎn)腈綸;歐洲蒙特,從2017年開(kāi)始生產(chǎn)腈綸;美國(guó)卓爾泰克(被東麗收購(gòu)):1992年收購(gòu)匈牙利腈綸公司。三家海外碳纖維龍頭都具有腈綸的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn),可帶來(lái)兩點(diǎn)優(yōu)勢(shì):
第一,腈綸與大絲束原絲生產(chǎn)工藝接近,從腈綸轉(zhuǎn)原絲生產(chǎn)難度小。
第二,既有腈綸產(chǎn)能的溶劑回收體系可以提升原絲的溶劑回收效率,降低溶劑回收成本。
從成本端考慮:大絲束產(chǎn)品的主要競(jìng)爭(zhēng)點(diǎn)并不在性能上而在成本端,因此成本優(yōu)勢(shì)是大絲束產(chǎn)能最重要的競(jìng)爭(zhēng)要素。成本差異主要來(lái)源于三點(diǎn):1、原料耗量;2、單線產(chǎn)能增大帶來(lái)的規(guī)模效應(yīng);3、設(shè)備國(guó)產(chǎn)化甚至自產(chǎn)帶來(lái)的制造費(fèi)用優(yōu)勢(shì)。
投資建議
建議關(guān)注吉林碳谷:
1、從產(chǎn)品端來(lái)看:公司集中精力做T300/T400大絲束產(chǎn)品,目前70%以上產(chǎn)品為25K,今年有望實(shí)現(xiàn)50K的突破。此外,公司積極研發(fā)針對(duì)T700市場(chǎng)的高端產(chǎn)品,與公司工藝相似的土耳其阿克薩已經(jīng)實(shí)現(xiàn)T700產(chǎn)品的穩(wěn)定生產(chǎn),我們認(rèn)為公司未來(lái)也有望實(shí)現(xiàn)濕法T700的突破。
2、從成本端來(lái)看:公司產(chǎn)品集中度高,規(guī)模效應(yīng)明顯,相較其他牌號(hào)較多的廠商,生產(chǎn)效率更高。公司單線產(chǎn)能逐年高增,通過(guò)提升噴絲孔徑,基礎(chǔ)紡速提升,18、19、20年基礎(chǔ)紡速分別為75、85、100m/min。此外,公司充分利用集團(tuán)大腈綸體系的廢液回收系統(tǒng),在溶劑的回收效率和回收成本上顯著優(yōu)于其他碳纖維企業(yè),從溶劑耗量上看,吉林碳谷(DMAC)僅為0.7kg/t,而中復(fù)神鷹(DMSO)和上海石化(NaSCN)分別為73.49kg/t和2.99kg/t。
盈利預(yù)測(cè):預(yù)計(jì)22年公司營(yíng)業(yè)收入27.38億元,同增110%,其中原絲收入26.9億元,原絲銷(xiāo)量7萬(wàn)噸,單噸扣非凈利1.1萬(wàn)元,其他業(yè)務(wù)扣非凈利潤(rùn)0.1億元。
風(fēng)險(xiǎn)提示:下游需求不及預(yù)期;技術(shù)變革風(fēng)險(xiǎn);50K大絲束產(chǎn)品進(jìn)度不及預(yù)期;T700產(chǎn)品研發(fā)進(jìn)度不及預(yù)期;測(cè)算具有一定主觀性,僅供參考
1、碳纖維:性能優(yōu)越,未來(lái)最值得期待的下游之一系風(fēng)電,對(duì)應(yīng)的產(chǎn)能T300-大絲束
碳纖維材料比強(qiáng)度高、穩(wěn)定性強(qiáng),目前受制于價(jià)格滲透率較低
與常見(jiàn)的鋼鐵材料相比,碳纖維有明顯優(yōu)勢(shì):碳纖維擁有摩擦系數(shù)較高,良好的導(dǎo)電性,較低的比熱容,X光穿透性等優(yōu)勢(shì)性能。故在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中,碳纖維的材料特性能夠?yàn)楫a(chǎn)品帶來(lái)顯著的性能提升,近年來(lái),下游不同領(lǐng)域?qū)μ祭w維的需求逐步增長(zhǎng)。
不過(guò)由于目前的碳纖維成本過(guò)高,21年全年,碳纖維價(jià)格持續(xù)上漲,更加限制了應(yīng)用層面的碳纖維開(kāi)發(fā)與替代。所以受困于價(jià)格考量,材料之王碳纖維目前市場(chǎng)滲透率仍有待提升。
圖:中復(fù)神鷹不同牌號(hào)碳纖維產(chǎn)品
資料來(lái)源:中復(fù)神鷹招股書(shū),天風(fēng)證券研究所
表:碳纖維主要特性
資料來(lái)源:中復(fù)神鷹招股書(shū),天風(fēng)證券研究所
碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈條短,工藝難度體現(xiàn)在產(chǎn)品一致性和穩(wěn)定性
碳纖維材料產(chǎn)業(yè)鏈前端:產(chǎn)業(yè)鏈的起點(diǎn)是從主要原油開(kāi)采國(guó)或者大宗商品交易獲得原油,原油經(jīng)過(guò)煉制得到輕油,進(jìn)而裂解制成丙烯、再通過(guò)氨氫化生成丙烯腈。成品丙烯腈能夠作為產(chǎn)品直接向下游銷(xiāo)售,國(guó)內(nèi)市場(chǎng)主要碳纖維廠商均采購(gòu)丙烯腈作為原材料。
碳纖維材料產(chǎn)業(yè)鏈中段:通過(guò)聚合丙烯腈方式獲得聚丙烯腈(雖然聚合本身的技術(shù)難度不是很高,但是要獲得能夠在后續(xù)過(guò)程中適合紡絲、氧化,碳化等流程的成品丙烯腈較為困難)。將聚丙烯腈置于紡絲設(shè)備中,經(jīng)高壓釜和噴頭紡絲得到聚丙烯腈原絲(即PAN原絲)。國(guó)內(nèi)有部分碳纖維廠商通過(guò)外購(gòu)原絲,再經(jīng)過(guò)自己碳化產(chǎn)線完成碳化流程制成碳纖維。
碳纖維材料產(chǎn)業(yè)鏈末端:原絲先通過(guò)預(yù)氧化制成預(yù)氧絲,達(dá)到增加纖維密度和形成更加熱穩(wěn)定的鍵合模式的目的,氧化階段需要1-2小時(shí),是產(chǎn)業(yè)鏈末端耗時(shí)最長(zhǎng)的工藝。預(yù)氧絲通過(guò)碳化(耗時(shí)以分鐘為時(shí)間單位)提升碳元素占比,過(guò)程中會(huì)造成非碳元素的流失,所以根據(jù)我們估計(jì),生產(chǎn)1噸碳纖維所需的原絲耗量在2.2-2.5噸左右。
圖:碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈流程一覽
資料來(lái)源:華經(jīng)情報(bào)網(wǎng),科工力量公眾號(hào),中復(fù)神鷹招股說(shuō)明書(shū),天風(fēng)證券研究所
下游應(yīng)用廣泛,以風(fēng)電、航空航天、體育休閑等為主
碳纖維應(yīng)用:碳纖維結(jié)合樹(shù)脂材料通過(guò)改變浸漬法、溫度、步驟等程序控制碳纖維性能可以得到受力結(jié)構(gòu)用碳纖維、耐焰碳纖維、活性碳纖維(吸附活性)、導(dǎo)電用碳纖維、潤(rùn)滑用碳纖維、耐磨用碳纖維,輔以成型工藝得到相應(yīng)的碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用于航空航天、風(fēng)電葉片、汽車(chē)用品等下游行業(yè)。目前國(guó)內(nèi)的主要碳纖維產(chǎn)品以通用碳纖維為主,受限于國(guó)內(nèi)技術(shù)工藝仍處于碳纖維初期,市場(chǎng)滲透率還有待提升,短期沒(méi)有看到根據(jù)下游需求做定制化趨勢(shì),但碳纖維長(zhǎng)期有望根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景獲取差異化優(yōu)勢(shì)。
圖:2020年全球碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈下游應(yīng)用占比(千噸)
圖:碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈下游應(yīng)用方向
數(shù)據(jù)來(lái)源:制造界公眾號(hào),賽奧碳纖維技術(shù),2020全球碳纖維報(bào)告,天風(fēng)證券研究所
風(fēng)機(jī)大型化趨勢(shì)明朗,風(fēng)電需求占比大、增速高
細(xì)分賽道增速較高,風(fēng)電占比大、增速高:賽奧碳纖維預(yù)計(jì),2025年全球碳纖維需求22.7萬(wàn)噸,2020-2025年CAGR16%以上。其中,風(fēng)電葉片、碳碳復(fù)材和壓力容器的增速較快,均在20%以上,2025年碳碳復(fù)材和壓力容器的需求合計(jì)約4萬(wàn)噸,占總需求的20%,而風(fēng)電需求將會(huì)達(dá)到9.3萬(wàn)噸,占總需求超過(guò)40%。
風(fēng)電需求高增原因主要是風(fēng)機(jī)大型化趨勢(shì):2020年我國(guó)海上風(fēng)電單機(jī)容量4.9MW,陸上2.6MW,同比+0.7和0.2MW,而近期招標(biāo)中,陸上單機(jī)容量最高達(dá)到6MW,海上達(dá)到11MW。大兆瓦風(fēng)機(jī)葉片長(zhǎng)度增加,出于減重考慮,碳纖維葉片的滲透率將提升,目前來(lái)看,10MW/90米以上的風(fēng)機(jī)葉片都需要采用碳纖維。此外,維斯塔斯的碳纖維專(zhuān)利今年7月到期,國(guó)內(nèi)東方電氣、上海電氣、明陽(yáng)智能等企業(yè)都開(kāi)始有碳纖維葉片應(yīng)用。
圖:2018-2025E全球風(fēng)電葉片碳纖維需求(噸)
圖:2025年全球分行業(yè)碳纖維需求量預(yù)測(cè)(噸)
圖:2010-2020年我國(guó)風(fēng)機(jī)平均單機(jī)容量(MW)
資料來(lái)源:制造界公眾號(hào),賽奧碳纖維技術(shù), 2020全球碳纖維報(bào)告,CWEA,天風(fēng)證券研究所
碳纖維下游規(guī)格需求不同,大絲束T300應(yīng)用更加廣泛
從強(qiáng)度上分類(lèi):碳纖維的力學(xué)性能是最重要指標(biāo),由于日本東麗發(fā)展較早、產(chǎn)品覆蓋較廣,業(yè)內(nèi)均采用其牌號(hào)作為力學(xué)性能的參考,從T300至T1100,力學(xué)性能逐漸增強(qiáng)。從絲束上分類(lèi):可分為大絲束和小絲束,以K來(lái)表示,1K即1個(gè)絲束含1000根碳纖維,大小絲束無(wú)明確定義,一般以24K以上(包括24K)為大絲束,以下為小絲束。大絲束的生產(chǎn)成本低,但較難做成T700以上的高性能產(chǎn)品,小絲束的生產(chǎn)成本高,但產(chǎn)品性能較好。
下游對(duì)大絲束T300需求旺盛,以風(fēng)電最為突出:目前碳纖維市場(chǎng)的主要需求領(lǐng)域?qū)τ谔祭w維的要求都在T300以上,因此目前T300的需求量是最大的,其中風(fēng)電需求的產(chǎn)品主要都集中在T300,而25K、50K的大絲束產(chǎn)品均能滿足T300強(qiáng)度要求,滿足了風(fēng)電葉片對(duì)性?xún)r(jià)比的需求,因此以風(fēng)電為代表的對(duì)價(jià)格敏感度較高的行業(yè)需求均以大絲束T300產(chǎn)品為主。
表:東麗產(chǎn)品牌號(hào)對(duì)應(yīng)力學(xué)性能
表:不同領(lǐng)域?qū)μ祭w維產(chǎn)品的要求
資料來(lái)源:吉林碳谷公告,中復(fù)神鷹招股書(shū),天風(fēng)證券研究所2、原絲供需關(guān)系:短期供不應(yīng)求,長(zhǎng)期趨于合理;大絲束-風(fēng)電市場(chǎng)原絲格局優(yōu)于下游
一體化碳纖維企業(yè)原絲自供為主,吉林碳谷原絲供應(yīng)一家獨(dú)大
原絲市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)程度極低:國(guó)內(nèi)主要原絲生產(chǎn)企業(yè)吉林碳谷在原絲供給層面一家獨(dú)大,具備腈綸改造原絲產(chǎn)線能力的上海石化沒(méi)有大額原絲擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃,預(yù)計(jì)只有2.4萬(wàn)噸產(chǎn)能,其仍將重心放到了傳統(tǒng)主營(yíng)業(yè)務(wù)上。未來(lái)或沒(méi)有激烈的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。市面上的原絲供給主要需要依靠吉林碳谷的銷(xiāo)售。
國(guó)內(nèi)其他原絲制造商自供不足:中復(fù)、光威等碳纖維生產(chǎn)企業(yè)也具備原絲生產(chǎn)能力,但這些企業(yè)大都選擇小絲束方向主推軍工碳纖維份額,其原絲產(chǎn)能受限于原絲性能的要求,只能采用干法紡絲生產(chǎn),所以出于對(duì)自身產(chǎn)品性能和原料供給的考量,我們認(rèn)為,他們的原絲產(chǎn)線主要用于自身配套碳化產(chǎn)線配套。從下圖中可知,假設(shè)不同企業(yè)用于生產(chǎn)碳纖維的原絲耗量在2-2.5t/t之間,除了吉林化纖集團(tuán)相關(guān)的吉林碳谷原絲之外,其他廠商所擁有的原絲產(chǎn)能即使能夠?qū)ν怃N(xiāo)售,也只是少量出貨,無(wú)法和碳谷原絲萬(wàn)噸以上的量級(jí)競(jìng)爭(zhēng)。
圖:2020年國(guó)內(nèi)主要企業(yè)碳纖維及原絲產(chǎn)能(噸)
資料來(lái)源:制造界公眾號(hào),賽奧碳纖維技術(shù), 2020全球碳纖維報(bào)告,天風(fēng)證券研究所
暫時(shí)原絲供給不足,未來(lái)放量在即
原絲、碳化產(chǎn)能極速攀升:未來(lái)2-3年內(nèi)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)碳纖維新增產(chǎn)能將超過(guò)25萬(wàn)噸,而2024年之前,碳化的產(chǎn)能增速仍然高于原絲產(chǎn)能增速,原絲供應(yīng)存在缺口,而市場(chǎng)上規(guī)模較大的獨(dú)立原絲供應(yīng)商僅有吉林碳谷一家。
長(zhǎng)期看,一體化程度加深,原絲供需緩解:2023年后,上海石化、國(guó)泰大成、廣東金輝等企業(yè)的原絲產(chǎn)能也將陸續(xù)投放,屆時(shí),原絲供應(yīng)缺口將縮窄,預(yù)計(jì)2024年后原絲供應(yīng)不再緊張。我們認(rèn)為,獨(dú)立原絲供應(yīng)商在長(zhǎng)期來(lái)看也將走向一體化路徑,如吉林碳谷,可以依托化纖集團(tuán)的碳化產(chǎn)能,逐步轉(zhuǎn)型內(nèi)部自供。
圖:國(guó)內(nèi)主要碳纖維企業(yè)未來(lái)產(chǎn)能規(guī)劃(噸)
圖:國(guó)內(nèi)原絲擴(kuò)產(chǎn)規(guī)劃(噸)
資料來(lái)源:PVinfolink,IEA,CPIA,天風(fēng)證券研究所
3、原絲:決定碳纖維性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)
原絲是碳纖維關(guān)鍵半成品:決定最終碳纖維性能,成本占比超50%
原絲具有碳纖維性能決定性:在原絲生產(chǎn)階段,會(huì)因?yàn)楣に嚰?xì)節(jié)與材料配比的區(qū)別產(chǎn)生一定程度的空隙、毛絲、絲線不均一等問(wèn)題,原絲的這些缺陷并不會(huì)在碳化階段中消失。好的碳纖維應(yīng)該具備均一性特質(zhì),遺傳了原絲的缺陷之后,每段碳纖維的均一性會(huì)出現(xiàn)差異,造成碳纖維拉伸強(qiáng)度不足。所以成品碳纖維的質(zhì)量直接取決于用于生產(chǎn)碳纖維的原絲質(zhì)量。雖然碳纖維可以結(jié)合樹(shù)脂材料可以通過(guò)改變浸漬法、溫度、步驟等程序控制碳纖維性能,但在原絲制造過(guò)程中,也可以通過(guò)添加氣體,液體和其他材料,為碳纖維中創(chuàng)建各種特性應(yīng)用于不同下游。所以從原絲階段做起更加能夠生成特定性能更優(yōu)的定制化碳纖維產(chǎn)品。
原絲的成本占比高:從碳纖維成本來(lái)看,原絲在碳纖維中的占比達(dá)到了51%,是第二成本占比碳化的兩倍以上,所以碳纖維的成本直接取決于原絲的成本,半成品原絲也是碳纖維未來(lái)實(shí)現(xiàn)降本目標(biāo)收益最高的渠道。
PAN原絲的性能主要取決于其中的PAN分子的結(jié)構(gòu)和排列形式,其中PAN分子結(jié)構(gòu)的控制主要集中在聚合工藝,而PAN分子的排列形式則主要在紡絲工藝中形成。所以性能優(yōu)良的碳纖維,首先要具備性能優(yōu)良的PAN原絲。
圖:碳纖維原絲產(chǎn)線及產(chǎn)品
圖:碳纖維成本占比一覽
原絲的兩個(gè)關(guān)鍵步驟-聚合:一步法穩(wěn)定性強(qiáng)、速度慢;兩步法產(chǎn)能彈性大、速度快
聚合工藝主要分為兩種,均相溶液聚合(一步法)和非均相溶液聚合(兩步法):一步法指所用溶劑既能溶解單體、又能溶解生成的聚合物,因此反應(yīng)完成后聚合液可直接用作紡絲。兩步法指溶劑只能溶解單體而不能溶解生成的聚合物(一般采用水作為介質(zhì),又稱(chēng)水相沉淀聚合),紡絲前再用溶劑重新溶解聚合物制成紡絲溶液。
從生產(chǎn)彈性和速度來(lái)考慮,首先兩步法較容易掌握,且可以實(shí)現(xiàn)間歇生產(chǎn),產(chǎn)能彈性更強(qiáng);其次,兩步法可以在生產(chǎn)過(guò)程中持續(xù)填料,生產(chǎn)速度更快。但若從聚合熱、聚合物質(zhì)量、操作難度等來(lái)考慮,一步法對(duì)規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)而言,更加有利于生產(chǎn)工藝控制和產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性。目前來(lái)看,國(guó)內(nèi)外主要廠商采用一步法生產(chǎn)工藝路線較多,海外的陶氏和蒙特以及國(guó)內(nèi)的吉林碳谷采用兩步法。
溶劑的使用上,DMAC、DMSO和NaSCN為主流:一步法使用的主要溶劑有DMSO、DMF、DMAC、NaSCN、ZnCl2;兩步法使用的溶劑主要有DMSO、DMF、DMAC。從海內(nèi)外的廠商選擇來(lái)看,主流溶劑為DMAC、DMSO和NaSCN,其中DMAC和NaSCN更適合大絲束產(chǎn)品,而DMSO更適合小絲束產(chǎn)品,因此即便DMSO的價(jià)格遠(yuǎn)高出其他溶劑,但聚焦小絲束的廠商大多數(shù)仍選擇DMSO。
表:不同溶劑溶解度和價(jià)格(以3月10日價(jià)格為參考)
表:海內(nèi)外不同公司聚合環(huán)節(jié)技術(shù)路線
資料來(lái)源:《聚丙烯腈溶解行為的研究》,宋文迪,生意社,吉林碳谷公告,天風(fēng)證券研究所原絲的兩個(gè)關(guān)鍵步驟-紡絲:干法產(chǎn)品性能好,濕法成本低
干法紡絲:將紡絲原液經(jīng)噴絲頭形成細(xì)流,溶劑被紡絲甬道中熱空氣揮發(fā)帶走的同時(shí),聚合物通過(guò)濃縮和固化形成初生纖維,方法操作簡(jiǎn)單,溶劑的回收率大。干法紡制的原絲截面更規(guī)則,所以遺傳到后續(xù)預(yù)氧化和炭化環(huán)節(jié)的缺陷更少,有利于生產(chǎn)高性能原絲,T700以上的碳纖維生產(chǎn)工藝都基本采用干法。
濕法紡絲:將紡絲原液經(jīng)過(guò)濾、脫泡,通過(guò)計(jì)量泵從噴絲頭擠出,在凝固浴的作用下,原液細(xì)流凝固形成一層膜,凝固劑擴(kuò)散到細(xì)流內(nèi)部,而細(xì)流中的溶劑也通過(guò)皮層擴(kuò)散到凝固浴中,經(jīng)過(guò)雙擴(kuò)散成型,適當(dāng)?shù)膰娊z頭拉伸形成初生纖維,濕法成本較低,但紡速較慢。
干濕法(干噴濕紡):干噴濕紡結(jié)合了干法和濕法的技術(shù)優(yōu)勢(shì),在操作流程上和濕法更相似,紡絲原液經(jīng)噴絲孔噴出后不立即進(jìn)入凝固浴,而是先經(jīng)過(guò)空氣層再進(jìn)入凝固浴進(jìn)行雙擴(kuò)散、相分離和形成絲條。
圖:干法紡絲示意圖
圖:濕法紡絲示意圖
圖:干濕法(干噴濕紡)紡絲示意圖
資料來(lái)源:《腈綸NaSCN濕法紡絲與杜邦干法紡絲的比較》,林繼銳,中國(guó)化工貿(mào)易,紡織導(dǎo)報(bào),天風(fēng)證券研究所
紡絲不同工藝路線對(duì)比:濕法和干濕法為主流,小絲束采用干濕法、大絲束采用濕法
干法VS濕法:從紡絲階段看,由于噴絲板孔數(shù)的差異,濕法更適合于大絲束產(chǎn)品。牽伸速度上,干法明顯快于濕法,但通過(guò)改進(jìn),目前濕法的牽伸速度也有了明顯提升。由于干法需要原液在熱空氣中蒸發(fā),其成形溫度和原液溫度都要明顯高于濕法。干法濕法的工藝不僅影響紡絲階段,由于工藝不同,其對(duì)紡絲原液的要求也有較大差異,從而對(duì)聚合階段造成影響。無(wú)論從粘度、聚合物含量和溶劑濃度來(lái)看,干法對(duì)紡絲原液的要求都更高。
紡絲路線選擇:由于干法對(duì)工藝要求較高,成本相對(duì)較高,主流碳纖維原絲生產(chǎn)企業(yè)較少采用干法,此前干法工藝的企業(yè)也逐漸轉(zhuǎn)向干噴濕紡。以中復(fù)神鷹、光威復(fù)材以及海外的卓爾泰克為代表的小絲束產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)以干噴濕紡為主;以吉林碳谷、上海石化以及海外的蒙特、東邦為代表的大絲束產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)則以濕法為主。
圖:干法和濕法對(duì)比
圖:主要企業(yè)紡絲技術(shù)路線
資料來(lái)源:《腈綸NaSCN濕法紡絲與杜邦干法紡絲的比較》,林繼銳,吉林碳谷公告,中復(fù)神鷹招股書(shū),上海石化環(huán)評(píng)書(shū),天風(fēng)證券研究所
紡絲環(huán)節(jié)決定單線產(chǎn)能,紡速、絲束數(shù)影響較大,干法紡速大于濕法
紡絲單線產(chǎn)能:決定紡絲單線產(chǎn)能的因素較多,包括基礎(chǔ)紡速、年工作小時(shí)數(shù)、紡位數(shù)(錠數(shù))、噴絲孔數(shù)、纖度、成品率和收縮率等。從紡速來(lái)看,不同技術(shù)路線差異較大,一般干法>干噴濕法>濕法,相同技術(shù)路線下,各家企業(yè)的紡速又有差異,差異形成的原因包括噴絲孔孔徑、紡絲液粘度等。從噴絲孔數(shù)來(lái)看,這直接取決于產(chǎn)線生產(chǎn)的產(chǎn)品類(lèi)型,24K的生產(chǎn)線就需要2.4萬(wàn)個(gè)噴絲孔,而12K產(chǎn)線就需要1.2萬(wàn)個(gè)噴絲孔,因此,理論上看,絲束數(shù)與單線產(chǎn)能成正比,但實(shí)際上,由于不同產(chǎn)品造成紡速、紡位數(shù)的變化實(shí)際會(huì)有差異。
熱輥牽伸——提升紡速:傳統(tǒng)紡絲線的牽伸和烘干流程中均采用蒸汽加熱,由于蒸汽傳導(dǎo)熱能效率較低,因此牽伸的線速度較慢,大致為80~240 m/min。而熱輥牽伸采用電磁感應(yīng)直接加熱導(dǎo)絲輥,在同等輥徑條件下熱效率增加,能有效提升基礎(chǔ)紡速。即使大尺寸的導(dǎo)絲輥,預(yù)計(jì)線速度也在500m/min以上,紡速提升將有效增加單線產(chǎn)能。
圖:紡絲單線理論產(chǎn)能計(jì)算公式
圖:熱輥設(shè)備及參數(shù)
資料來(lái)源:上海聯(lián)凈,安慶安納特種纖維,天風(fēng)證券研究所
4、大絲束原絲的競(jìng)爭(zhēng)要素——腈綸經(jīng)驗(yàn)與成本控制
從海外看,大絲束的核心競(jìng)爭(zhēng)力:腈綸生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)及體系
土耳其阿克薩:從1971年開(kāi)始生產(chǎn)腈綸,2013年擁有腈綸產(chǎn)能30萬(wàn)噸,2008年試生產(chǎn)碳纖維原絲,到2013年,年銷(xiāo)量突破1000噸。
蒙特:2017年開(kāi)始生產(chǎn)腈綸,產(chǎn)量達(dá)到5000噸,2018年開(kāi)始生產(chǎn)碳纖維原絲,目前產(chǎn)能達(dá)到1.7萬(wàn)噸。
卓爾泰克(東麗):1995年收購(gòu)匈牙利腈綸公司,此后持續(xù)擴(kuò)張,在2014年被日本東麗集團(tuán)收購(gòu),目前總產(chǎn)能超過(guò)2萬(wàn)噸。
從海外原絲廠商來(lái)看,許多都擁有腈綸生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn),我們認(rèn)為這能帶來(lái)兩點(diǎn)優(yōu)勢(shì):
1、腈綸生產(chǎn)與大絲束碳纖維原絲生產(chǎn)工藝相似性較高,掌握腈綸生產(chǎn)再過(guò)渡至碳纖維原絲,可以縮短技術(shù)突破時(shí)間,降低技術(shù)摸索成本。
2、腈綸產(chǎn)能配有溶劑回收體系,碳纖維原絲產(chǎn)線可以依托腈綸溶劑回收系統(tǒng),提升溶劑回收效率,降低溶劑回收成本。
圖:海外三家碳纖維原絲生產(chǎn)企業(yè)發(fā)展歷程
資料來(lái)源:《土耳其AKSACA碳纖維發(fā)展?fàn)顩r及其對(duì)我國(guó)的借鑒》,白雪垠,申屠年,高科技纖維與應(yīng)用,ZOLTEC官網(wǎng),Monte官網(wǎng),天風(fēng)證券研究所
腈綸產(chǎn)能的溶劑回收體系帶來(lái)的優(yōu)勢(shì):從國(guó)內(nèi)原絲廠商中復(fù)神鷹、吉林碳谷和上海石化對(duì)比來(lái)看,擁有腈綸產(chǎn)能的吉林碳谷(集團(tuán)下面的奇峰化纖)和上海石化,在溶劑的回收效率上顯著高于中復(fù)神鷹,因此中復(fù)神鷹的溶劑耗量(DMSO)高達(dá)73.49kg/t,而上海石化(NaSCN)和吉林碳谷(DMAC)僅為2.99和0.7kg/t。從溶劑回收體系上具體來(lái)看,吉林碳谷完全依托于奇峰公司,紡絲廢液直接接入奇峰的四效蒸發(fā)器,回收DMAC重復(fù)利用,剩余凝水回用于奇峰的水牽引工序,不凝氣仍可進(jìn)一步通過(guò)奇峰的溶劑制造單元制造DMAC。而無(wú)腈綸產(chǎn)能的企業(yè)需自建溶劑回收車(chē)間,且僅通過(guò)四效蒸發(fā)和廢氣處理,回收損失較多。
根據(jù)各家環(huán)評(píng)書(shū),碳谷最新15萬(wàn)噸產(chǎn)能的DMAC三廢年損失45.3噸,1萬(wàn)噸對(duì)應(yīng)損失3噸;而中復(fù)神鷹僅3萬(wàn)噸原絲產(chǎn)能的DMSO三廢年損失就達(dá)到41.7噸,1萬(wàn)噸對(duì)應(yīng)損失14噸。
圖:吉林碳谷依托集團(tuán)下屬奇峰公司的溶劑回收工序
圖:國(guó)內(nèi)主要廠商原絲溶劑成本測(cè)算(價(jià)格使用3月10日數(shù)據(jù))
數(shù)據(jù)來(lái)源:吉林碳谷公告,生意社,各公司環(huán)評(píng)書(shū),天風(fēng)證券研究所從成本看,大絲束的核心競(jìng)爭(zhēng)力:成本控制水平
成本是大絲束產(chǎn)品的關(guān)鍵要素:相較于小絲束,大絲束產(chǎn)能在性能上偏弱,但性?xún)r(jià)比較強(qiáng),應(yīng)用在T300、T400的領(lǐng)域較多,因此,成本控制水平是大絲束產(chǎn)品較為重要的核心競(jìng)爭(zhēng)力。因?yàn)榧痔脊茸鳛槭袌?chǎng)上主要的原絲提供廠商,故我們結(jié)合吉林碳谷披露的信息,對(duì)碳纖維原絲成本進(jìn)行拆分。
成本結(jié)構(gòu)方面,2018-2020年直接材料占比穩(wěn)定在60%左右,其中丙烯腈為其最為主要的原材料;制造費(fèi)用和能源成本基本保持一致在17%左右。但2021年上半年由于原油影響,丙烯腈價(jià)格漲幅較大,導(dǎo)致直接材料占比出現(xiàn)較大提升。
整體來(lái)看,碳纖維原絲的成本快速下降,從2018年的2.73萬(wàn)元/噸,降至2021年上半年的1.65萬(wàn)元/噸,降幅近40%。即便21年原材料價(jià)格大幅上漲,成本仍在下降,隨著未來(lái)原材料價(jià)格下滑,預(yù)計(jì)成本仍有下降空間。
各原材料耗量方面,隨著工藝成熟、成本管控能力提升,同時(shí)規(guī)模效應(yīng)增強(qiáng),丙烯腈以及能源等原材料的單位耗量持續(xù)下降,其中能源的耗量下降幅度較為明顯,2年半的時(shí)間,水、電、氣的耗量降幅分別為39%、34%、27%。這也是原絲成本大幅下降的主要因素。
圖:2018-2021H1吉林碳谷碳纖維原絲成本構(gòu)成變化
圖:2018-2021H1吉林碳谷主要原材料耗量
資料來(lái)源:吉林碳谷公告,天風(fēng)證券研究所
降本空間1:丙烯腈大幅擴(kuò)產(chǎn),價(jià)格重心下移
丙烯腈價(jià)格影響—原油和供需:丙烯腈由原油裂解到丙烯然后聚合而成,因此丙烯腈價(jià)格波動(dòng)與原材料丙烯以及上游原油價(jià)格相關(guān)性較強(qiáng)。此外,丙烯腈價(jià)格還受到供需關(guān)系的影響。
從歷年供需情況來(lái)看,我國(guó)的丙烯腈產(chǎn)能仍低于需求,需要進(jìn)口來(lái)滿足,21年原油價(jià)格上漲疊加全球運(yùn)輸費(fèi)用上漲的背景下,丙烯腈價(jià)格出現(xiàn)了較大幅度的上漲。
從今年來(lái)看,隨著東方盛虹26萬(wàn)噸丙烯腈產(chǎn)能在21年底投產(chǎn),21年底丙烯腈產(chǎn)能達(dá)到近316萬(wàn)噸,足以支撐國(guó)內(nèi)需求。
從未來(lái)供需來(lái)看,仍有利華益26萬(wàn)噸以及天辰齊翔13萬(wàn)噸產(chǎn)能在建,未來(lái)供給充足,丙烯腈價(jià)格中樞有望下移。
表:2021年底國(guó)內(nèi)丙烯腈產(chǎn)能情況
圖:2012年1月–2022年1月丙烯腈、丙烯、原油價(jià)格走勢(shì)圖
圖:2011-2020年我國(guó)丙烯腈表觀消費(fèi)量(萬(wàn)噸)和產(chǎn)能(萬(wàn)噸)
資料來(lái)源:wind,華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院,第八元素,天風(fēng)證券研究所吉林碳谷大絲束成本下降更快:我們從不同產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的角度來(lái)分析公司的成本,其中12K和24K的成本下降趨勢(shì)較為明顯,2018-2021H1,12K成本下降40%,25K成本下降35%。我們認(rèn)為大絲束成本下降較快的原因主要來(lái)源于規(guī)模優(yōu)勢(shì)。
銷(xiāo)量占比上,24/25K產(chǎn)品的占比從2018年之后就一直穩(wěn)定在70%以上,12K的占比維持在20%左右,吉林碳谷集中大絲束12K和25K產(chǎn)品生產(chǎn),產(chǎn)線的規(guī)模效應(yīng)較強(qiáng)。
碳纖維紡絲線的特性決定,隨著絲束數(shù)增加,單線產(chǎn)能也會(huì)同比例增加,盡管紡速會(huì)出現(xiàn)一定下降,但整體增長(zhǎng)趨勢(shì)不變。因此,生產(chǎn)大絲束的產(chǎn)線產(chǎn)量更高,能夠?qū)挝怀杀緮偙 ?/span>
圖:2018-2021H1吉林碳谷碳纖維原絲成本構(gòu)成變化(萬(wàn)元/噸)
圖:2018-2021H1吉林碳谷產(chǎn)品銷(xiāo)量占比
資料來(lái)源:吉林碳谷公告,天風(fēng)證券研究所
降本空間3:設(shè)備國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程加速
國(guó)產(chǎn)設(shè)備價(jià)格優(yōu)勢(shì)明顯:碳纖維設(shè)備上,國(guó)產(chǎn)設(shè)備普遍比進(jìn)口設(shè)備價(jià)格低30%-50%。而目前,多數(shù)碳纖維企業(yè)的設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率仍處于較低水平,未來(lái)隨著國(guó)產(chǎn)設(shè)備崛起,產(chǎn)線投資額有望大幅下降,相應(yīng)折舊成本有望降低。從國(guó)內(nèi)兩家典型廠商的設(shè)備采購(gòu)來(lái)看:
中復(fù)神鷹-國(guó)產(chǎn)化先行者:目前中復(fù)神鷹的碳纖維設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率較高,設(shè)備主要采購(gòu)自控股股東鷹游集團(tuán)下屬的江蘇鷹游紡機(jī)有限公司,包括聚合釜、紡絲機(jī)等核心設(shè)備。性能上,公司已經(jīng)研發(fā)出了60m3的大容量聚合釜,完全能夠滿足原絲產(chǎn)線的要求,因此我們認(rèn)為,國(guó)產(chǎn)設(shè)備滲透率在未來(lái)幾年將出現(xiàn)較大的提升。
吉林碳谷-國(guó)產(chǎn)化規(guī)劃已定:目前吉林碳谷已經(jīng)開(kāi)始引進(jìn)國(guó)內(nèi)設(shè)備商,計(jì)劃在2024年前逐步實(shí)現(xiàn)全流程國(guó)產(chǎn)化。目前來(lái)看,紡絲線的國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程較快,聚合釜和收絲機(jī)也計(jì)劃將在2024年前實(shí)施國(guó)產(chǎn)化。
表:吉林碳谷原絲生產(chǎn)設(shè)備國(guó)產(chǎn)化計(jì)劃
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