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鉅派研究院

【軍工投資系列研究|無限風光在上游:軍工新材料(下篇)】

2018年07月11日

5
軍工材料三劍客之碳纖維

碳纖維是發展國防軍工和國民經濟的重要戰略物資,屬于技術密集型的關鍵材料,而碳纖維產業也是國家重點發展的戰略性新興產業,代表新一輪科技革命和產業變革的方向,是培育發展新動能、獲取未來競爭新優勢的關鍵領域。


1
碳纖維的性質與應用

碳纖維是由有機纖維經過一系列熱處理轉化而成,含碳量高于90%的無機高性能纖維,是一種力學性能優異的新材料。碳纖維具有一般碳素材料的特性,如耐高溫、耐摩擦、導電、導熱及耐腐蝕等,但與一般碳素材料不同的是,其外形柔軟、可加工成各種織物,沿纖維軸方向表現出很高的強度。碳纖維比重小,因此有很高的比強度。


圖1:碳纖維的優良性質


資料來源:公開資料,鉅派研究院


碳纖維是50年代初應火箭、宇航及航空等尖端科學技術的需要而產生的,現在還廣泛應用于體育器械、紡織、化工機械及醫學領域。


由碳纖維和環氧樹脂結合而成的復合材料,由于其比重小、剛性好和強度高而成為一種先進的航空航天材料。因為航天飛行器的重量每減少1公斤,就可使運載火箭減輕500公斤。所以,在航空航天工業中爭相采用先進復合材料。美國航天飛機上火箭推進器的關鍵部件以及先進的MX導彈發射管等,都是用先進的碳纖維復合材料制成的。


現在的F1賽車,車身大部分結構都用碳纖維材料。頂級跑車的一大賣點也是周身使用碳纖維,用以提高氣動性和結構強度。


2
碳纖維的行業特點

1.  技術壁壘高,研發周期長,資金投入大,產品穩定性要求高。碳纖維屬于技術密集型產品,產業鏈長,產品系列眾多,生產技術復雜,產業發展涉及產、學、研各個環節。


2. 下游應用領域廣泛,潛在市場不斷拓展。碳纖維下游應用技術的開發難度比較高,各工藝參數必須系統配合。早期由于重點企業對國防軍工和航空航天等高端市場的壟斷和碳纖維生產研發的較高成本,碳纖維的應用范圍長期受到嚴重限制。


近年來,隨著碳纖維應用成本的下降,碳纖維下游應用領域逐步由航空航天、體育休閑等拓展到一般工業領域,如風力發電、壓力容器、交通運輸和輸電電纜等。


3. 日本及美國領先企業壟斷全球市場。國際碳纖維行業的集中度較高,極高的技術壁壘和巨額的資金投入使得國際上真正具備碳纖維研發和規模化生產能力的公司屈指可數。


日本東麗、日本東邦和日本三菱麗陽目前占據了全球丙烯腈基碳纖維50%以上的市場份額。日本東麗作為世界高性能碳纖維研究與生產龍頭,是波音公司最穩定、最主要的供貨商。除日本企業之外,美國的赫克塞爾和氰特等公司也具備極強的技術實力。


4. 市場和政府在行業發展中發揮重要作用。碳纖維與國防軍工密不可分,各國都有不同的產業政策。俄羅斯由國家主導,國有部門負責開發研究和生產制造,以保障國防和重大工程的需求。美國和日本采取以市場為主的模式,主要依靠大企業研發和生產,同時供應國防和民用領域。


美國規定國防軍工所需的重要材料都必須立足于本國生產,波音可以使用日本東麗的碳纖維,但是國防軍工產品必須使用美國赫克塞爾或者氰特的碳纖維,同時對碳纖維高端產品的技術裝備出口進行嚴格的管控。


圖2:碳纖維的行業特點


資料來源:公開資料,鉅派研究院


3
碳纖維的市場情況

隨著航空航天、體育休閑和工業應用對碳纖維的需求大幅度增加,全球碳纖維市場規模快速增長。2008 年全球碳纖維的需求量達3.64萬噸。2009年至2017年,全球碳纖維需求量一路走高,年均增長率達10%,2017年全球需求總量達到8.42萬噸。


從下游行業看,2017年全球碳纖維需求排名前三的行業為航空航天、風電葉片與體育休閑,需求占比分別為22.8%、19.2%、13.2%,在航空航天領域,碳纖維需求主要由商用飛機驅動,2017年全年,波音復材飛機B787交付136架,而空客復材飛機A350WB共交付78架,較上年同期增加60%,直接導致17年航空航天領域碳纖維需求量同比增長10%。


受美國、日本等國家對中國實行出口限制等影響,中國碳纖維需求長期被抑制,2006至2011年碳纖維的需求量始終處于較低水平。2013年,中國碳纖維需求量出現激增,年需求量由8000噸躍升至萬噸級別。自2014年起,碳纖維需求量呈現逐年上升態勢,2017年達到2.35萬噸,4年間年均增長率達12.25%。


從下游行業看,2017年中國碳纖維需求排名前三的行業為體育休閑、風電葉片與建筑補強,需求占比分別為51%、13%、8%,而航空航天用碳纖維需求僅占總需求4%左右。目前中國碳纖維需求仍以低端產品為主。


圖3:2017年中國碳纖維需求結構圖


資料來源:中國玻璃纖維復合材料信息網,鉅派研究院


從供給上看,當前國產碳纖維產品仍以跟蹤日本東麗等國外品種為主,缺乏自主產品研發,具有市場競爭力的碳纖維產業化工藝與裝備的核心技術沒有完全掌握,技術成熟度仍不足。


所以,目前中國碳纖維行業仍處于初級階段,掌握高性能碳纖維研發核心技術并能夠實現穩定、成本可控的規模化生產的企業較少,絕大多數企業不能滿足航空航天等高端產業的規模化應用需求,生產主要圍繞體育休閑等低端領域,面臨非常大的國外產品傾銷和價格競爭壓力。


4
軍用碳纖維在中國的發展前景

由于國際廠商的高性能碳纖維對中國實施嚴格封鎖,中國也尚不具備研發高性能碳纖維的能力,因此2005年之前中國軍用飛機并未應用碳纖維復合材料。直到2008年中國航空航天級碳纖維成功批量生產后,新研制的軍機型號才開始廣泛使用國產碳纖維復合材料作為次承力結構件。


與中國軍用飛機的需求趨勢相對應,軍用碳纖維市場需求將主要來源于:(1)目前軍用飛機保有量相較于世界主要大國存在較大差距,未來補短板加速列裝將帶來碳纖維的巨大需求;(2)目前中國軍機碳纖維應用比例仍然較低,未來有進一步提升的趨勢。


根據World Air Force2016數據顯示,目前中國擁有各型軍用飛機接近3000架,僅為美軍的1/5。從軍機類型來看,除戰斗機數量約為美軍保有量的55%,武裝直升機約為美軍保有量的21%,其余機種包括教練機、運輸機、特種飛機等均不足美軍保有量的1/5。且約40%至50%的軍用飛機面臨退役,裝備建設急需提速。2020年前將逐步淘汰二代機,以三代機為主體開始向四代機轉變,三代、四代戰機將陸續迎來不同程度的批量交付。未來5-10年補短板列裝需求將持續釋放。


圖4:2016年中美俄各型軍用飛機數量對比


資料來源:World Air Force2016,鉅派研究院


碳纖維復合材料的使用比例是衡量軍用飛機先進程度的重要標準之一,世界主要戰機F35、F22碳纖維材料使用比例為20%左右,先進軍用直升機使用率超過40%,無人機使用率超過90%。目前中國軍用航空碳纖維使用比例僅為3%-5%,較世界平均水平仍有極大的提升空間。


值得欣喜的是,中國軍機碳纖維使用率已出現上升趨勢,殲10后續批次機型在次承力結構部分均批量使用了碳纖維復合材料,殲11B、殲11BS及L-15均使用了碳纖維垂直尾翼部件,未來碳纖維材料在軍用航空中的使用比例將繼續上升。


根據東興證券的測算,假設未來10 年中國戰斗機全部換裝完成三代機及以上,且保有量達到美國現役戰斗機相當數量,其他各類型飛機數量均達到美軍現役飛機數量的60%左右,按照碳纖維應用比例提升至20%-50%進行測算,未來10 年我國軍用碳纖維的市場空間將達到250億元左右。


5
軍用碳纖維四巨頭

近年來,一些具備核心競爭優勢的碳纖維企業開始嶄露頭角,國內深耕軍用碳纖維領域的企業主要有光威復材、中簡科技、吉林碳谷和恒神股份四家。


光威復材是國內第一家實現碳纖維工程化的企業,率先打破國外壟斷,逐步形成從原絲到碳纖維制品的全產業鏈布局,主持制定了《聚丙烯腈基碳纖維》和《碳纖維預浸料》兩項國家標準,擁有94 項發明專利。近三年軍品收入貢獻占比維持在70%左右,年均增速達25%,是一家高成長的民參軍優質企業。2017年8月,光威復材在創業板上市。


中簡科技股份有限公司是專業從事高性能碳纖維及相關產品研發、生產、銷售和技術服務的高新技術企業。公司產品主要應用于航空航天領域,各項指標參數要求較高,在航空航天裝備論證階段即對碳纖維各項指標予以確定,已達到同類產品國際先進水平。因為其基本都是軍品銷售,因此毛利率較高。


吉林碳谷位于吉林市“國家碳纖維高新技術產業化基地”,基地內有從化工源頭到終端產品完備的產業鏈,公司主要從事聚丙烯腈基(PAN)碳纖維原絲的研發、生產和銷售,主要客戶是碳纖維生產商及碳纖維復合材料生產廠商和貿易商。


江蘇恒神股份有限公司主要從事碳纖維、碳纖維織物、預浸料及其復合材料的研發、生產、銷售和技術服務。公司產品主要應用于重大裝備、高端工業裝備、體育休閑等領域。重大裝備涵蓋航空、航天等領域,主要客戶包括中國航空工業集團下屬公司、中國航天科技及科工集團下屬公司、中國船舶工業及重工集團下屬公司等。


對比中簡科技、光威復材、吉林碳谷、恒神股份四家的毛利率:可以看出,中簡科技最高,相對于民用碳纖維,軍用碳纖維技術要求含量更高,因此毛利率也更高。


圖5:中簡科技、光威復材、吉林碳谷、恒神股份的毛利率對比


資料來源:Wind,鉅派研究院


政策上,高性能碳纖維及先進復合材料產業是國家重點支持發展的戰略新興產業,在國家“十三五規劃”和《中國制造2025》的總體指引下,國家各部委和地方政府紛紛出臺了一系列產業引導與扶持政策。


未來一些規模相對較小、技術水平落后的企業將在新一輪的市場競爭中被淘汰,少數優質碳纖維企業將獲得更多的市場資源,帶動行業良性發展,其中以軍品為主、具備規模化生產能力的企業將脫穎而出!


6
總結

篇幅所限,高溫合金材料的投資機會將在今后的文章中給大家介紹,軍工新材料,作為軍工產業鏈的上游領域,在2018年下半年這個時點,將給投資者一次難得的介入機會。相信如果在這個節點投資,在“十三五”的末期會得到豐厚的回報!


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