碳纤维:飞行汽车轻量化关键材料,布局龙头全梳理

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当前，低空经济加速爆发，飞行器减重成为关注热点。

碳纤维材料是飞行器轻量化关键赛道，碳纤维材料具有轻质坚固且高强高弹性和耐高温等特性，有望成为低空经济上游材料核心增长点。


碳纤维行业概览
碳纤维被誉为“新材料之王”，其制造过程独特且精密，在1000-3000°C的高温惰性气体环境中，由有机纤维如聚丙烯腈(PAN)、沥青或粘胶等转化而来，其直径在5-10微米之间，含碳量高达90%以上。经过裂解碳化后形成碳主链结构。这种含碳量超过90%的无机高分子纤维，是目前最轻的无机材料之一。碳纤维在航空航天、军工、能源、体育用品、汽车以及建筑补强等众多领域均有广泛应用。

作为单独的脆性材料而言，碳纤维使用场景较为有限，但是在复合材料中发挥重要的作用。复合材料是由两种或两种以上的材料经过特定的复合工艺而得到的新型材料，不仅保留了原有组分的主要特性，更通过协同效应获得了原组分所无法比拟的特异性能。碳纤维是复合材料重要的细分领域，一般以树脂碳纤维的形式出现，在复合材料中担任增强体的角色。以碳纤维为增强材料，结合碳或碳化硅等基体，通过化学气相沉积或液相浸渍等工艺，可以形成各种复合材料，如碳/碳复合材料、碳/陶复合材料等。由碳纤维复合材料制成的零部件质量仅为传统铝合金材质的15%-30%，具有显著的轻量化优势。可以通过不同的加工方式，形成碳纤维编织物、碳纤维预浸料、碳纤维拉挤板等产品。根据纤维数量的不同，碳纤维可以分为大丝束和小丝束。一般来说，丝束数量小于24K的碳纤维被称为小丝束，而24K以上的则为大丝束。小丝束由于其优异的性能，主要应用于国防军工、航空航天等领域；而大丝束则因其成本较低，主要应用于工业领域。


碳纤维产业链梳理
从产业链角度来看，碳纤维产业链包含了从原料提炼到最终成型的全过程。产业链上游企业从石油、煤炭、天然气等化石燃料中提炼出丙烯，经过氨氧化反应得到丙烯腈，丙烯腈通过聚合和纺丝工艺加工成聚丙烯腈（PAN）原丝，这是碳纤维制备的关键前驱体。产业链中下游的厂商接过PAN原丝，进行预氧化处理，使其转化为耐热梯形结构。经过低温碳化和高温碳化，PAN原丝逐渐转化为具有乱层石墨结构的碳纤维。这中游环节中，制备高质量的PAN原丝是获得高性能碳纤维的前提条件。碳纤维的制备过程中，氧化炉和碳化炉是核心设备。氧化炉用于将PAN原丝转化为耐热梯形结构，而碳化炉则负责在高温下将原丝中的非碳元素逐渐排除，最终得到含碳量超过99%的高性能碳纤维。
碳纤维产业链图示：



碳纤维产业竞争格局和龙头梳理
全球碳纤维市场呈现国际巨头所垄断的格局，美日等碳纤维巨头在行业内形成了寡头地位。从产能分布来看，日本企业在全球小束丝碳纤维市场上占据着绝对的优势地位，主要包括东丽旗下的卓尔泰克、日本三菱等；而大丝束产能集中度更高主要分布在欧美地区，主要由美国的Hexcel和德国的SGL两家公司所控制，形成了双寡头垄断的局面。近年来国内的部分厂商也在加速国产替代，产业链上下游代表厂商如吉林化纤、中复神鹰、光威复材、宝旌、中简科技、上海石化、宝武碳业、兰州蓝星、新创碳谷、江苏恒神、金博股份等。吉林化纤等领军企业正加速扩产，推动国内大丝束供应量的持续增长；光威复材是碳纤维全产业中的龙头；中复神鹰是与日本东丽对标的民用高性能碳纤维领导者；吉林碳谷是碳纤维原丝龙头；上海石化已成功建设了国内首套万吨级大丝束碳纤维国产线，并实现了首套装置的交付。

碳纤维因其优异的性能近年来备受各领域关注，整体来看，在新兴产业的加速推动下，下游需求长期仍具有较好的增长空间，应用场景有望进一步拓展。



文章来源：AI汽车制造业、新能源车用新材料

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