大絲束碳纖維——民用工業新材料佼佼者。碳纖維具有除一般碳素材料耐高溫,耐磨擦,導電,導熱及耐腐蝕等特性,還可表現出穩定的化學性能及物理性能。將每束碳纖維中所含單纖維的根數作為標準進行分類,24K 以上的為大絲束,與小絲束相比大絲束受到制作工藝的限制其模量與強度稍顯遜色,但是制作成本與售價具備高性價比,在泛工業領域尤其是風電領域得到了較為廣泛應用。
1、工業領域應用繁多,風電葉片為需求提振主力。無論是全部碳纖維類別還是大絲束碳纖維的應用領域中,風電葉片需求應用均排名第一。其中,2021 年我國大絲束需求中風電葉片需求占比超過 70%。風電葉片在技術與材料的不斷變革中,尺寸更大、質量更輕、性能更強成為核心訴求,能夠滿足上述訴求的增強材料屈指可數,碳纖維走進人們視野.
2、海風的發展為碳纖維在風電葉片上的應用提供機遇。《“十四五”可再生能源發展規劃》提供政策支撐,重點建設山東半島、長三角、閩南、粵東和北部灣五大海上風電基地。2021 年中國累計海上風電裝機容量為26.39GW。海風葉片大型化趨勢相比陸風更加明顯,目前最長葉片已經超過 120 米,且大型葉片運輸相比陸地便捷。加之維斯塔斯碳梁拉擠工藝專利到期,我國在拉擠工藝上已實現技術突破,后續拉擠碳梁規模應用將會進一步推動碳纖維在葉片應用滲透率提升。
3、大絲束碳纖維在 2023 年總需求為 4.75 萬噸,同比增長 48.38%。其中風電領域碳纖維需求為 3.8 萬噸,同比增加 61.31%。其中海風貢獻了1.4 萬噸需求。按照正文測算在 2025 年我國風電領域碳纖維需求量達到7.82 萬噸,復合增長率超過 40%。若碳纖維制造成本逐漸降低,碳纖維風電領域需求釋放節奏將進一步加快。
1、預計 2023 年我國大絲束碳纖維產能為 8.2 萬噸,同比增加超過 70%。有效產能(考慮到公司產線的投產日期,以及歷年來的產能利用率)為4.46 萬噸,至“十四五”末的 2025 年,預期共 20.8 萬噸產能投放。
2、供給創造需求的動態平衡有望是未來常態。若隨著產能提升——規模效應體現——成本下降,而帶來的價格下降,則下游應用領域的滲透率將會得到提升,未來大絲束碳纖維價格將會呈現:供給增加——價格下降——需求增加——價格上升——供給增加的動態平衡中,整體價格趨勢將波動式下降。
1. 大絲束碳纖維:民用工業新材料佼佼者
碳纖維按照絲束大小可分為小絲束和大絲束。碳纖維的一個重要的指標是每束碳纖維中所含單纖維的根數:小絲束碳纖維,通常指碳纖維根數在 48000 根以下(不含48000)的纖維束,包括 1K,3K,6K,12K,24k 等,主要用于國防軍工、航空航天等高端技術領域,產量低、成本高,價格高,被稱為“宇航級材料”;大絲束碳纖維,通常指碳纖維根數在 48000 根即 48k 或以上的纖維束,包括 48K,50k,60K,廣泛用于紡織、醫藥衛生、機電、土木建筑、交通運輸和能源等工業和民用領域,成本低,但生產控制難度大,被稱為“工業級材料”。
碳纖維大絲束的制作工藝主要采用聚合的兩步法和紡絲的濕法。在碳纖維的制備過程中,原絲的制備過程是決定碳纖維性能的關鍵。原絲的兩個重要環節為聚合和紡絲,聚合是將丙烯腈單體聚合成紡絲液,紡絲決定了原絲的性能。
聚合按工藝不同可分為一步法和二步法,小絲束主要采用聚合轉化率高,工藝流程短的一步法,大絲束更適合二步法。紡絲過程分為干法、濕法、干濕法,大絲束主要采用濕法工藝:將聚合物溶于溶劑中,通過噴絲孔噴出細流,進入凝固浴形成纖維,最后再將初生纖維卷裝或直接進行后處理。濕法成本較低, 但紡速較慢。
相較于小絲束,大絲束產能在性能上偏弱,但性價比較強。從大絲束生產工藝可看出其生產成本較低,這也是大絲束的核心競爭力。從性能上來看:大絲束碳纖維拉伸強度 3.5-5.0 GPa、拉伸模量 230-290GPa。相比之下,小絲束碳纖維力學性能更加優異,拉伸強度 3.5-7.0 GPa、拉伸模量 230-650GPa。從成本上看:大絲束原絲成本比小絲束低,且大絲束碳纖維售價只有小絲束的 50-60%。
也正是因為大絲束性價比高的特點,常把大絲束碳纖維運用于工業領域。碳纖維大絲束的性能雖然不比小絲束,但是其成本更低,隨著科技的發展,大絲束的運用也更加廣泛。其主要可以應用于機電、交通運輸、土木建筑、能源、紡織等工業領域,因此也被稱為工業級碳纖維。
2021 年國內碳纖維的主要應用領域均是風電葉片。根據賽奧碳纖維《2016—2021 全球碳纖維復合材料市場報告》,2021 年國內碳纖維需求量占比前三的領域分別是風電葉片(36.10%)、體育休閑(28.10%)和碳/碳復材(11.30%)。
2021 年國內大絲束的主要應用領域中風電葉片占比第一。國內碳纖維大絲束的主要具體細分應用領域有風電葉片、混配模成型、建筑、電纜芯與船舶。根據 2021 全球碳纖維復合材料市場報告中的數據,風電葉片占主要大絲束應用領域需求的 78.4%,位居第一,第二與第三分別為占比 10.5%的混配模成型與 8.7%的建筑。