碳纤维行业投资策略报告之二：碳纤维成型工艺及瓶颈探讨-20200424-万联证券-37页_1mb

报告摘要

碳纤维成型工艺及瓶颈探讨总结

核心内容概述

碳纤维是一种高强度、高模量的新型纤维材料，其含碳量超过95%，具有轻质、耐腐蚀、导电导热等优良性能。碳纤维的制造涉及复杂的工艺流程，包括原丝生产、碳化、石墨化、表面处理和复合材料成型等环节，是典型的多学科、高技术密集型产业。我国碳纤维生产技术近年来取得显著进展，小丝束和大丝束产品均实现稳定生产，但高端产品与国外仍存在明显差距。

主要观点

碳纤维产业链复杂：碳纤维产业链包括上游原丝生产、中游碳化和预浸料制造、下游复合材料及应用，各环节对技术要求高，流程中涉及上千个参数的高精度控制。
技术壁垒高：碳纤维制造技术复杂，涉及物理、化学、纺织、材料等多个领域，研发周期长、投入高，技术封锁和核心设备缺失导致我国与美日等国家存在代差。
国内技术突破：我国在小丝束方面已实现T300、T700、T800甚至少量T1000的稳定生产；大丝束方面，吉林化纤、上海石化等企业已投产，光威复材、兰州纤维等企业也在建设中。
下游需求增长：2019年中国碳纤维总需求达37,840吨，同比增长22%，主要增长点在风电领域，航天航空、新能源汽车等领域也具有较大潜力。
存在的问题：
- 高端碳纤维技术尚未实现本质突破；
- 关键设备依赖进口，国产化程度低；
- 下游应用程度较低，高端技术差距大；
- 生产成本高，存在“有产能，无产量”现象；
- 人才储备不足，产业链结构不平衡。

关键信息

碳纤维分类：
- 按原料分为PAN基、沥青基、黏胶基；
- 按产品形态分为长纤维、短切纤维、织物、编织物、纸、毡等；
- 按力学性能分为高强、高强中模、高模、高强高模；
- 按丝束大小分为小丝束（1K-24K）和大丝束（≥48K）。
PAN基碳纤维工艺流程：
- 聚合工艺：丙烯腈单体聚合，使用共聚单体如IA、AA、MAA等控制放热反应，提高原丝质量；
- 纺丝工艺：湿法和干湿法纺丝，湿法用于小丝束，干湿法用于大丝束；
- 预氧化：200-300℃，形成环状结构，提高密度；
- 碳化与石墨化：400-1500℃，形成石墨结构，提高性能；
- 表面处理：如电化学氧化、等离子处理、涂层法等，提高与树脂的粘接性能；
- 上浆处理：使用乳液型上浆剂，提高纤维的浸润性与机械性能。
碳纤维复合材料成型工艺：
- 手糊与喷射成型：适合小尺寸产品，但工艺效率低；
- 模压成型：适用于复杂结构，但设备和工艺成本高；
- 缠绕成型：适合管状、容器类制品；
- RTM成型：高效、低成本，适合中大型构件；
- 拉挤成型：适合标准化、连续成型产品；
- 注塑成型：适合热塑性树脂复合材料，但难以控制纤维取向；
- 铺放成型：适合大型复合材料部件，自动化程度高，效率显著提升。

风险提示

政策支持力度低于预期；
宏观经济下行；
下游应用水平低，产业带动能力弱。

投资要点

碳纤维行业技术密集，研发周期长、成本高，具有较强的先发优势；
我国碳纤维技术已实现突破，但高端产品仍依赖进口；
下游市场增长迅速，应用领域广泛，但需进一步拓展；
高温设备、核心工艺等仍需突破，以提升国产化率和竞争力。

图表摘要

图表1：碳纤维与常见材料的性能对比，显示其优异的强度和模量；
图表2：不同原料碳纤维的特性对比；
图表3：碳纤维不同形态及其应用领域；
图表4：PAN基碳纤维国家分类标准；
图表5：大小丝束碳纤维的对比；
图表6：PAN基碳纤维产业链；
图表7：常见的PAN共聚单体；
图表8：聚合工艺路线对比；
图表9：干湿法纺丝工艺；
图表10：国内碳纤维原丝生产线种类；
图表11：从PAN原丝到碳纤维的流程示意；
图表12：预氧化过程中的热处理；
图表13：预氧化过程中分子结构变化；
图表14：工业用预氧化炉行走路线；
图表15：碳化过程中的分子结构变化；
图表16：不同碳化炉的差别情况；
图表17：表面氧化处理方式；
图表18：上浆剂类型及其特性；
图表19：预成型物的特点与用途；
图表20：预浸料的特点与应用；
图表21：预浸料基体材料比较；
图表22：预浸料涂膜与复合过程；
图表23：SMC制作过程；
图表24：碳纤维复合材料分类及其特点；
图表25：全球碳纤维复合材料需求；
图表26-27：手糊与喷射成型示意图；
图表28：热压罐成型技术；
图表29：缠绕成型技术；
图表30：RTM成型技术；
图表31：拉挤成型技术；
图表32：注塑成型技术；
图表33：人工/半自动与自动铺放成型对比；
图表34：国产大型自动铺带机系统；
图表35：2019年中国与全球碳纤维应用市场需求；
图表36：国内风电叶片碳纤维用量；
图表37：碳纤维在新能源汽车上的应用；
图表38：三代碳纤维性能指标汇总；
图表39：NEDO的电磁波碳化技术；
图表40：国内与国际碳纤维应用成熟度对比；
图表41：产能与碳纤维产品成本关系；
图表42：碳纤维及织物生产成本占比。

结论

碳纤维行业技术壁垒高、研发周期长，且对设备和工艺要求极为严格。我国碳纤维生产技术近年来取得显著进步，但高端产品仍需突破。随着下游需求的快速增长，碳纤维的应用前景广阔，但受限于核心技术、设备、人才和产业链结构，我国碳纤维行业仍面临诸多挑战。未来，需加强核心技术研发、提升设备国产化率、拓展应用领域，以推动行业持续发展。

展开完整摘要