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碳纤维行业:应用领域广泛

作者:admin来源:东方财富网 日期:2012-4-11 13:51:52 人气: 标签:90

  基于未来全球能源工业领域对碳纤维需求的持续爆发,以及碳纤维产能的快速扩张,必然推动全球碳纤维价格出现快速下滑,并将推动下游需求的急速放量。而中国碳纤维产业在未来一段时间,必将在中低端产品中异军突起,利用成本优势快速催动本国需求崛起,并将占领全球中低端市场主流。我们对碳纤维行业给予看好评级。
  碳纤维:先进复合材料中最重要的增强材料
  碳纤维是利用各种有机纤维在惰性气体中、高温状态下,以碳化方法制得的含碳量90%以上的纤维状碳素材料。碳纤维是高性能纤维中具有最高比强度和最高比模量的纤维(强度高于钢铁材料10倍,质量仅有铝材的1/2),除具有优异的力学性能外,还兼具低密度、耐高温、耐腐蚀、耐摩擦、抗疲劳、震动衰减性高、电及热传导性高、热膨胀系数低、光穿透性强、电磁屏蔽型好等诸多优良性能,因而碳纤维成为先进复合材料中最重要的增强材料,是国防军工和国民经济中均具有举足轻重地位的战略原材料。
  碳纤维产业是由原丝(PAN)生产再到预浸料再到具体的终端厂家这么一个产业链。当生产PAN基碳纤维的时候,被称为母体的聚丙烯腈纤维首先要通过聚合和纺纱工艺加工聚丙烯腈而成。然后,将这些母体放入氧化炉中在200到300摄氏度进行氧化。另外,还要在碳化炉中,在温度为1000到2000摄氏度间进行碳化制成碳纤维。
  应用领域深入拓展碳纤维需求爆发
  自20世纪70年代,碳纤维在航天航空领域应用以来,其应用潜力日益受到各国高度重视。随着碳纤维原丝工艺技术的逐渐成熟,干喷湿纺和射频法新工艺正逐步取代传统的干法和湿法纺丝,碳纤维品质的提升节节攀升、价格显著下降,极大的拓展了高性能碳纤维的应用领域。在碳纤维品质提升与价格下降的双推动下,能源工业领域的应用将进一步深化发展。
  能源和工业领域成就碳纤维需求快速爆发
  2010年能源和工业用途的碳纤维需求总量已占到PAN-CF总需求量的50%以上,我们预计到2019年能源和工业领域的需求可望提高至75%,并长期推动碳纤维需求的急速前行。根据我们测算,由于风电叶片、压力容器、汽车等行业的需求快速释放,能源和工业领域的碳纤维需求量将从2011年的2.96万吨增长至2019年为10.5万吨,CAGR高达17%.
  (1)CFRP在风电叶片领域快速渗透,成碳纤维最大需求端。风能是一种可以长期利用的可再生自然资源。目前,风电技术已很成熟,风力发电设备的关键部件:叶片,现多使用玻璃纤维增强材料(GFRP)制造,但是GFRP难于满足叶片尺寸加大对刚性的要求。碳纤维增强材料(CFRP)在叶片上的应用,无疑将促进风能发电产业的发展。风力发电机超过3MW、叶片长度超过40m时,在叶片制造时采用CFRP已成必然的选择。在大尺寸叶片生产中,由于材料用量、运输和安装成本等的下降,CFRP叶片的成本反而比GFRP叶片低。另外,利用碳纤维的导电性能,通过特殊的结构设计,可有效的避免雷击对叶片造成的损伤。目前,就GFRP叶片的模量和强度来说,其临界长度大约是60m,而CFRP的比强度是GFRP的2倍,比模量约是GFRP的3倍,采用CFRP叶片能有效的增加临界长度。CFRP叶片大容量风机已成为主导趋势,这点在欧洲和亚洲非常明显。
  风电叶片一直是PAN-CF的一大市场,2010年以来,全球风电产业发展明显减速,而我国的风电产业已失去国家的扶持和补贴,在激烈竞争的环境下,风电企业将更多的考虑经营成本和风险,不仅要考虑每千瓦的造价,更要重视度电成本,从风电投资、风电场运营维护成本和发电量等综合考虑,长期来看,将有利于叶片的大型化和碳纤维化。随着2011年全球风电装机增速有所下滑,但是预计2019年全球将生产2.7万台风机以及8.2万片叶片,其中碳纤维增强塑料(CFRP)叶片将占全部叶片材料的7%左右,即需求量接近6.4万吨/a.2010、2019年风电所需碳纤维量分别为9990吨、64190吨,年复合增长率达到23%.
  (2)碳纤维复合材料在CNG储存的增长动能极大。压缩天然气(CNG)是一种较理想的能源,具有成本低、效益高、无污染、使用安全等特点,作为汽车动力和生活燃料来源已有几十年历史。作为CNG储存容器的气瓶是CNG动力的关键部件。由于CNG汽车的逐渐推广,CNG气瓶将具有十分广阔的前景。
  压力容器是个具有较大增长潜力的CFRP终端市场,特别是汽车的压缩天然气瓶(CNG),2010年的需求量为1480t,根据我们测算到2019年有望增至11470t,将增长8倍,约占碳纤维总量的10%,年复合增长率27.4%.
  (3)碳纤维复合材料在汽车领域的增长不可忽视。当前,汽车工业正面临资源和环境的严峻挑战,推进汽车轻量化以降低油耗,是汽车工业发展的主题。复合材料因具有加工能耗低、轻质高强、可设计性强、耐腐蚀、成型工艺性好等优点,成为汽车工业以塑代钢的理想材料。据数据显示,汽车用复合材料已占全球复合材料总量的23%以上,并呈逐步上升的趋势。
  同时,碳纤维复合材料在电动车上的应用空间更加巨大。以BMW为例,其生产的i3是第一款主要由碳纤维材料制成的量产汽车。新型碳纤维复合材料技术的应用使得BMWi3的车身质量比传统电动车减轻了250-350kg.
  汽车领域将是碳纤维复合材料最具有潜力、需求量巨大的市场之一,特别是电动汽车领域轻量化需求推动下,2010年汽车产业的碳纤维需求量为2300t,根据我们测算到2019年有望增至9300t,年复合增长率17%.
  (4)其它能源和工业领域也将出现不同程度的需求增量。在能源和工业的其它领域,以电力生产和输送、石油开采为例,碳纤维复合材料都保持了不同程度的需求增量。
  实现核电清洁能源的关键是核燃料的供应,一个核燃料生产工厂一般由数十万台相同的专用分离器组成,如果能够提高每个分离器的生产能力,则整个工厂的生产能力会得到极大的提高。采用全碳纤维复合材料结构的分离器,生产效率是第一代分离器的8倍多。
  碳纤维在输电领域的利用,主要是用来制作成碳纤维复合材料芯铝导线(ACCC)。我国每年新增输电线路100万km,老化改造线路约20万km,并且这个数字以每年50%左右的速度递增,这为ACCC的大力推广提供了潜在的需求市场。
  碳纤维复合材料由于具有模量高、强度大(钢的7-9倍)、耐腐蚀性强、易于修补、抗冲击性强、热膨胀系数和导热性低、质量轻又无浮力等诸多优点,被广泛应用于深海石油平台的结构件,如脐带管加强杆、锚链线缆、采油立管、柔性立管等上。碳纤维复合材料支撑的系缆可用于开采深度达3000m的深海作业平台,且耐腐蚀性优异,工作寿面可达25年。
  我们预测核电、电力传输、石油开采等领域,每年的需求扩张基本保持在年复合增长率9%左右,是能源和工业领域的另外极大重要领域。
  航天航空对碳纤维的需求依然可持续爆发
  随着B787、A-380、A-350和COMACC919等大型项目的强劲支撑,航空航天领域对碳纤维的需求依然会持续爆发。CFRP在飞机结构材料的使用上限约为50%-55%,除B-787和A-380外,目前正在研发中的支线飞机(小于200座的窄体商用飞机)有2种,一是上海的COMACC919,另外一种是莫斯科的苏霍伊100民用飞机,他们预计将采用15-37%的符合材料。在2011-2020年的10年间,通用航空领域可望增加12400架飞机,公务机市场将新增13600架。新飞机上的符合材料约占54%,公务机中占68%左右。
  我们预计,随着B787、A-380、A-350和COMACC919等大型项目的强劲支撑,航空航天领域对碳纤维的需求也将出现大幅上升。2011年全球航空航天领域对碳纤维的需求量约为7010吨,而至2019年我们预计将达到18100吨,年复合增长率达到13%.
  消费和娱乐领域对碳纤维的需求保持平稳
  消费和娱乐领域中,最早应用PAN-CF的是钓鱼竿,现在世界上碳纤维钓鱼竿的年生产量为1200万根左右,每一万根钓鱼竿大概消耗一吨碳纤维,因此全球目前每年钓鱼竿的碳纤维用量约1200吨;全球碳纤维高尔夫球杆的年生产量约4000万根左右,每一万根高尔夫球杆大概消耗0.5吨碳纤维,总量相当于2000吨碳纤维的用量;目前世界上年生产碳纤维球拍约450万个,需碳纤维用量约500吨;在其他方面,碳纤维还广泛应用于滑雪板、棒球棒、公路赛以及船舶类体育用品。
  投资建议
  基于未来全球能源工业领域对碳纤维需求的持续爆发,以及全球(特别是亚洲地区)的碳纤维产能的快速扩张,必然推动全球碳纤维价格出现快速下滑,并将推动下游需求的急速放量。而中国碳纤维产业在未来一段时间,必将在中低端产品中异军突起,利用成本优势快速催动本国需求崛起,并将占领全球中低端市场主流。我们对碳纤维行业给予看好评级。推荐行业内上市公司:中钢吉炭、st吉纤;同时可关注:博云新材、金发科技、s上石化。
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