2022年碳基復(fù)合材料行業(yè)短中長(zhǎng)期路徑分析

1、2022年碳基復(fù)合材料行業(yè)短中長(zhǎng)期路徑分析1. 碳基復(fù)合材料：短中長(zhǎng)期路徑清晰，三大賽道百億空間碳基復(fù)合材料是以碳纖維為增強(qiáng)體，以碳或碳化硅等為基體的復(fù)合材料的總稱。碳 基復(fù)合材料屬于高溫結(jié)構(gòu)材料，且強(qiáng)度隨溫度的增加不降反升，并具備高尺寸穩(wěn)定 性、化學(xué)惰性、高導(dǎo)熱系數(shù)、高導(dǎo)電性、穩(wěn)定的摩擦因數(shù)、抗核輻射、高溫下的高模 量等優(yōu)點(diǎn)。碳基復(fù)合材料的制造工藝主要有化學(xué)氣相沉積或浸漬，可分為碳碳復(fù)合 材料（碳纖維增強(qiáng)基體碳）、碳陶復(fù)合材料（碳纖維增強(qiáng)碳化硅）。碳基復(fù)合材料業(yè)務(wù)是公司未來(lái)主要增長(zhǎng)點(diǎn)，短、中、長(zhǎng)期規(guī)劃擁抱百億成長(zhǎng)空間。 短期內(nèi)，公司進(jìn)軍碳碳熱場(chǎng)領(lǐng)域，江油 2,000 噸熱場(chǎng)產(chǎn)能已落地；中期，

2、公司拓展火 箭喉襯新業(yè)務(wù)，邁入軍工領(lǐng)域；長(zhǎng)期來(lái)看，公司布局碳陶復(fù)合材料產(chǎn)品的研發(fā)及生 產(chǎn)，打造大交通先進(jìn)材料平臺(tái)型企業(yè)。2.短期：切入碳碳光伏熱場(chǎng)賽道，2020-2025 年市場(chǎng)空間 CAGR 為 14%碳碳復(fù)合材料可應(yīng)用于光伏熱場(chǎng)的坩堝、導(dǎo)流筒、保溫筒等部件。光伏熱場(chǎng)是位于 單晶拉制爐內(nèi)、用于硅片拉晶過(guò)程中的耗材，由坩堝、導(dǎo)流筒、加熱器、保溫筒等部 件組成，是單晶硅棒、多晶硅錠制造的核心部件，對(duì)單晶硅、多晶硅的純度、均勻性 等品質(zhì)具有關(guān)鍵影響。隨著大尺寸硅片發(fā)展，碳碳材料正在加速替代石墨材料。熱場(chǎng)產(chǎn)品可采用碳碳復(fù)合 材料或傳統(tǒng)石墨材料，由于碳碳材料使用壽命更長(zhǎng)，導(dǎo)熱系數(shù)更低（可節(jié)約能耗），

3、以及更適用于生產(chǎn)大尺寸硅片的大直徑熱場(chǎng)系統(tǒng)（大型石墨材料成型困難），已在坩 堝、導(dǎo)流筒、保溫筒等關(guān)鍵部件基本實(shí)現(xiàn)了對(duì)石墨的替代。隨著大尺寸硅片的發(fā)展， 碳碳材料將加速替代石墨。碳碳復(fù)合材料在導(dǎo)流筒、保溫筒部件滲透率仍有提升空間。2020 年碳碳復(fù)材產(chǎn)品在 熱場(chǎng)部件中的整體滲透率已達(dá) 55%，其中坩堝部件的滲透率已超過(guò) 95%，導(dǎo)流筒、 保溫筒部件的滲透率仍有提升空間，分別達(dá) 60%、55%，其他部件的滲透率提升空間 更大。每年下游單晶制造熱場(chǎng)市場(chǎng)對(duì)碳基復(fù)合材料的需求可以分為三部分： （一）存量替換：光伏熱場(chǎng)部件屬于消耗品，需定期更換。導(dǎo)流 筒的使用壽命約為 2 年左右，保溫筒的使用壽命為 1

4、年半左右，坩堝的使用壽命約 為 6-8 個(gè)月，加熱器的使用壽命約 6 個(gè)月。 （二）改造需求：為了提升設(shè)備性能，部分原有的使用石墨材料的熱場(chǎng)會(huì)進(jìn)行升級(jí)改 造，由使用等靜壓石墨材料改為使用碳基復(fù)合材料，會(huì)帶來(lái)一部分改造需求。 （三）新增需求：新增熱場(chǎng)設(shè)備需要購(gòu)買與之配套的坩堝、保溫筒、導(dǎo)流筒等等碳基 復(fù)合材料制品?；炯僭O(shè)： （1）2025 年全球光伏新增裝機(jī)量將達(dá)到 300GW。 （2）根據(jù)歷史數(shù)據(jù)和市場(chǎng)判斷，預(yù)計(jì)容配比（硅片產(chǎn)量/新增裝機(jī)量）將由 2021 年 的 1.15 增長(zhǎng)至 2025 年的 1.20。 （3）2020-2021 年單晶硅片產(chǎn)能利用率平均為 83.7%。假設(shè) 2020-

5、2025 年全球硅片企業(yè)產(chǎn)能利用率為 80%。 （4）根據(jù) CPIA 預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，預(yù)計(jì) 2025 年單晶硅片占全部光伏硅片的 99%。（5）根據(jù)金博股份公告，平均 1GW 硅片對(duì)應(yīng)的單晶拉制爐約 75-80 臺(tái)。隨單晶拉 制爐尺寸增大，假設(shè) 1GW 對(duì)應(yīng)的單晶拉制爐的數(shù)量下降至 2025 年的 69 臺(tái)。（6）隨著熱場(chǎng)大型化、N 型硅片取代 P 型硅片以及碳/碳復(fù)合材料制造商優(yōu)化工藝降 低成本，碳碳熱場(chǎng)滲透率有望提升。假設(shè) 2025 年加熱器、坩堝、導(dǎo)流筒、保溫筒的 碳碳復(fù)材滲透率分別可達(dá) 15%、98%、90%、85%。 （7）假設(shè)耗材的替換周期為：加熱器每年消耗 2 件；坩堝每年 消耗 2

6、件；導(dǎo)流筒每年消耗 0.5 件；保溫筒每年消耗 0.7 件。 （8）為提升設(shè)備性能，部分存量石墨熱場(chǎng)存在向碳碳熱場(chǎng)的改造需求。假設(shè)每年坩 堝改造需求占當(dāng)年非碳基復(fù)合材料坩堝存量的 10%，導(dǎo)流筒、保溫筒改造需求占當(dāng) 年非碳基復(fù)合材料導(dǎo)流筒、保溫筒存量的 5%，加熱器改造需求占當(dāng)年非碳基復(fù)合材 料加熱器存量的 1%。 （9）預(yù)計(jì)碳碳熱場(chǎng)市場(chǎng)價(jià)格隨各廠商擴(kuò)產(chǎn)、競(jìng)爭(zhēng)加劇而逐步下降，假設(shè)從 2021 年 的約 830 元/千克下降至 2025 年的約 600 元/千克。根據(jù)以上假設(shè)測(cè)算可得：2021 年碳碳熱場(chǎng)市場(chǎng)空間約 31 億元，2020-2025 年復(fù)合增 速達(dá) 14%。根據(jù)綜合測(cè)算，預(yù)計(jì)到 2

7、025 年，單晶碳碳熱場(chǎng)改造需求市場(chǎng)空間約 0.3 億元， 占比 1%；替換需求市場(chǎng)空間為 41.5 億元，占比 89%；新增需求市場(chǎng)空間達(dá) 5.0 億 元，占比 11%?？傮w趨勢(shì)為替換需求占比持續(xù)提升，新增、改造需求占比逐步下降。光伏熱場(chǎng)碳碳復(fù)材產(chǎn)業(yè)鏈上游原材料主要有碳纖維及碳纖維預(yù)制體、樹(shù)脂、丙 烯等化工產(chǎn)品，中游為光伏熱場(chǎng)供應(yīng)商，下游為光伏行業(yè)的硅片及電池組件供應(yīng)商。未來(lái)三年碳碳熱場(chǎng)供需緊平衡，頭部企業(yè)市占率有望提升。根據(jù)各公司公告， 我們測(cè)算 2022-2024 年碳碳熱場(chǎng)市場(chǎng)合計(jì)產(chǎn)能達(dá) 5167/7288/7919 噸，對(duì)應(yīng)需求為 5026/6155/6947 噸，考慮產(chǎn)能折損和庫(kù)存

8、效應(yīng)，未來(lái)三年市場(chǎng)供需處于緊平衡狀態(tài)。 隨頭部廠商加速擴(kuò)產(chǎn)、低端產(chǎn)能出清，頭部企業(yè)市占率（按產(chǎn)能）有望從 80%提升 至 86%。公司碳碳復(fù)合材料業(yè)務(wù)以天力新陶、天啟光峰為主體，2000 噸產(chǎn)能已落地。天力新 陶主要產(chǎn)品為碳碳板材、坩堝、導(dǎo)流筒、保溫筒等，天啟光峰主要產(chǎn)品為碳基復(fù)合材 料預(yù)制體。2021 年，公司已完成江油 2000 噸碳碳復(fù)合材料生產(chǎn)線廠房及碳纖維預(yù)制 體生產(chǎn)線一期廠房建設(shè)，產(chǎn)能已順利投產(chǎn)。 大尺寸、高純度趨勢(shì)下，公司大規(guī)格設(shè)備可有效提高生產(chǎn)效率。公司采用目前光伏 熱場(chǎng)碳碳領(lǐng)域中批量化生產(chǎn)最大規(guī)格尺寸的沉積設(shè)備，可滿足 36 寸甚至更大的產(chǎn)品批量化生產(chǎn)，同時(shí)具備強(qiáng)大的過(guò)濾系統(tǒng)

9、、冷卻系統(tǒng)、保溫系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的快速沉 積和快速冷卻，節(jié)約能耗并有效提高了生產(chǎn)效率。公司工藝先進(jìn)，產(chǎn)品品質(zhì)及一致性有保障。公司在工藝以及工裝設(shè)計(jì)方面行業(yè)領(lǐng)先， 保證了在整個(gè)沉積過(guò)程中可以做到定向受氣、均勻受熱，使得沉積效率有效提升，產(chǎn) 品擁有較好的一致性。結(jié)合大尺寸設(shè)備在產(chǎn)品效能及成本方面的優(yōu)勢(shì)，公司采用套 裝產(chǎn)品的性能和密度有保障。積極應(yīng)對(duì)熱場(chǎng)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，擬對(duì) 2000 噸級(jí)碳碳材料制品產(chǎn)線進(jìn)行自動(dòng)化及裝備升 級(jí)。隨著光伏市場(chǎng) P 型電池發(fā)電效率已經(jīng)接近理論極限，N 型電池技術(shù)將是未來(lái)發(fā) 展方向。N 型電池對(duì)于硅片純度要求相應(yīng)更高，因此也對(duì)熱場(chǎng)的純度提出了更高要 求。2022 年，公司擬

10、對(duì) 2000 噸級(jí)碳碳材料制品產(chǎn)線進(jìn)行自動(dòng)化和裝備升級(jí)，有助于 提升公司碳碳熱場(chǎng)產(chǎn)品純度以及產(chǎn)線的自動(dòng)化水平，系公司積極應(yīng)對(duì)未來(lái)光伏熱場(chǎng) 產(chǎn)業(yè)未來(lái)發(fā)展方向進(jìn)行的準(zhǔn)備。擬募資 3.5 億元用于預(yù)制體產(chǎn)能擴(kuò)張，進(jìn)一步降本增效。2022 年公司擬向特定對(duì)象 發(fā)行 A 股股票募集資金總額不超過(guò) 23.2 億元，其中擬募資 3.5 億建設(shè)碳碳熱場(chǎng)相關(guān) 預(yù)制體及火箭發(fā)動(dòng)機(jī)喉襯產(chǎn)品產(chǎn)線，達(dá)產(chǎn)后新增碳碳材料制品預(yù)制體年產(chǎn)能 5.5 萬(wàn) 件，預(yù)制體產(chǎn)能將進(jìn)一步釋放，不僅可以滿足內(nèi)部需求，還可實(shí)現(xiàn)對(duì)外銷售。3. 中期：進(jìn)軍火箭發(fā)動(dòng)機(jī)喉襯市場(chǎng)，具備耗材屬性需求高景氣火箭發(fā)動(dòng)機(jī)喉襯是固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵部件。固體火箭

11、發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)主要由藥 柱、殼體、耐燒蝕組件和點(diǎn)火裝置等組成，其中耐燒蝕組件包括噴管和喉襯。喉襯的 燒蝕條件最為惡劣，要經(jīng)受上千度的高溫和高速燃?xì)饬鞯臒g和粒子沖刷，直接影 響到發(fā)動(dòng)機(jī)各項(xiàng)性能的發(fā)揮，是發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵部件之一。 碳碳復(fù)合材料是固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴管喉襯的首選材料。碳碳復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度是 高強(qiáng)石墨的 38 倍，模量是 712 倍；抗熱震性能優(yōu)良；耐燒蝕性強(qiáng)而均勻，且可 預(yù)示性能特別好；性能可設(shè)計(jì)性突出；便于制成大型、復(fù)雜形狀的產(chǎn)品，因而為整體 式噴管創(chuàng)造了條件。采用碳/碳材料后大大地簡(jiǎn)化了噴管設(shè)計(jì)，噴管質(zhì)量減輕 30% 50%，已成為固體發(fā)動(dòng)機(jī)噴管喉襯的首選材料，應(yīng)用十分普遍。碳碳復(fù)

12、合材料制成的耐燒蝕組件內(nèi)型面燒蝕比較均勻、光滑，沒(méi)有前、后燒蝕臺(tái)階或 凹坑，顯著地提高了耐燒蝕組件的沖質(zhì)比、可靠性和效率，逐步替代了早期火箭耐燒 蝕組件大多采用的高熔點(diǎn)金屬、熱解石墨、多晶石墨以及抗燒蝕塑料復(fù)合材料等。目 前，我國(guó)航天領(lǐng)域火箭發(fā)動(dòng)機(jī)耐燒蝕組件中的喉襯均采用碳碳復(fù)合材料。固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)所需反應(yīng)和準(zhǔn)備時(shí)間更短，能承受更強(qiáng)的震蕩和碰撞，發(fā)射成本更 低。固態(tài)火箭燃料構(gòu)造簡(jiǎn)單，不需要貯箱、閥門、泵、管路等復(fù)雜裝置，固體推進(jìn)劑 裝藥成型后，可以放在發(fā)動(dòng)機(jī)殼體中長(zhǎng)期貯存，且對(duì)儲(chǔ)存的溫濕度以及力學(xué)環(huán)境要 求不苛刻，能隨時(shí)處于待命狀態(tài)。固態(tài)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)沒(méi)有管線或者是加壓設(shè)備，對(duì)于外 界的震蕩或者是

13、碰撞的忍耐程度比液態(tài)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)要高。固體火箭推進(jìn)劑的能量密 度高，在相同運(yùn)載能力條件下，火箭可以做得更小、更輕，從而提高運(yùn)輸?shù)撵`活性， 降低發(fā)射成本。導(dǎo)彈系統(tǒng)中絕大多數(shù)導(dǎo)彈使用的都是固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，高耗材屬性帶來(lái)廣闊市場(chǎng)空 間。發(fā)動(dòng)機(jī)在導(dǎo)彈系統(tǒng)中的價(jià)值量占比約 20-25%，2022-2027 年全球?qū)棶a(chǎn)量總計(jì)將達(dá)到 21.2 萬(wàn)枚（年均產(chǎn)量達(dá) 3.5 萬(wàn) 枚），產(chǎn)值可達(dá) 885.6 億美元，測(cè)算可得 2022-2027 年全球?qū)椣到y(tǒng)中發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)值合 計(jì)將達(dá) 221.4 億美元，喉襯作為關(guān)鍵部件市場(chǎng)空間廣闊?！笆奈濉笔俏覈?guó)裝備快速換裝，追趕國(guó)際先進(jìn)軍事力量及前沿技術(shù)國(guó)防裝備加速 突破時(shí)期，

14、預(yù)計(jì)導(dǎo)彈需求將迎來(lái)快速增長(zhǎng)。導(dǎo)彈需要大量?jī)?chǔ)備以備戰(zhàn)時(shí)所需，當(dāng)前 實(shí)彈化的訓(xùn)練模式也增加了對(duì)導(dǎo)彈的需要，進(jìn)而帶動(dòng)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)喉襯需求。2021 年 6 月，國(guó)防部新聞發(fā)言人表示，2021 年上半年“各部隊(duì)開(kāi)訓(xùn)即掀起練兵熱潮，突出按 綱施訓(xùn)打基礎(chǔ)，堅(jiān)持實(shí)戰(zhàn)練兵強(qiáng)能力，與往年同期相比，全軍彈藥消耗大幅增加，高 難訓(xùn)練課目比重持續(xù)加大，部隊(duì)訓(xùn)練質(zhì)效穩(wěn)中有升”。喉襯市場(chǎng)進(jìn)入壁壘較高，競(jìng)爭(zhēng)格局良好。當(dāng)前國(guó)內(nèi)碳碳新材料航天部件生產(chǎn)廠商較 稀缺，主要集中在少數(shù)大型國(guó)有企事業(yè)單位。航天體系內(nèi)的生產(chǎn)廠商主要有西安航 天復(fù)合材料研究所（中國(guó)航天科技集團(tuán)公司 43 所）、航天材料及工藝研究所（703 所） 等國(guó)內(nèi)航天的

15、相關(guān)院所。非航天體系內(nèi)從事碳碳材料制造業(yè)務(wù)的企業(yè)/高校主要有博 云新材、西北工業(yè)大學(xué)、上海大學(xué)等。4. 長(zhǎng)期：碳陶制動(dòng)盤順應(yīng)輕量化需求，大交通藍(lán)海市場(chǎng)發(fā)展?jié)摿Υ筇继諒?fù)合材料是由碳纖維的三維氈體或編織體作為增強(qiáng)骨架、碳化硅作為連續(xù)基體 的一類新型復(fù)合材料。碳陶復(fù)合材料通過(guò)陶瓷化處理在基體中引入陶瓷相，不僅具 有碳碳復(fù)材“三高一低”的優(yōu)點(diǎn)（耐高溫（1650）、高比強(qiáng)、高耐磨、低密度）， 還具有高性能陶瓷的抗氧化、耐酸堿、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，顯著改善了摩擦性能在各種外 界環(huán)境介質(zhì)中的穩(wěn)定性。用碳陶復(fù)合材料制成的制動(dòng)盤對(duì)于解決汽車輕量化需求，提高剎車穩(wěn)定性具有重要 意義。碳陶剎車材料質(zhì)量輕、耐磨損、耐高溫，

16、可有效提升汽車操控性，能有效對(duì)于 提高剎車部件使用壽命，助力汽車、列車、飛機(jī)更節(jié)能高效運(yùn)行，延長(zhǎng)續(xù)航能力。碳陶制動(dòng)盤產(chǎn)品將主要應(yīng)用于新裝車市場(chǎng)（包括新能源汽車、中高端乘用車、商用 車及特種車）以及汽車后市場(chǎng)（汽車改裝）。新裝車市場(chǎng)方面，中國(guó)新能源汽車進(jìn)入快速發(fā)展階段，我們預(yù)計(jì) 2025 年中國(guó)新能源 汽車需求將達(dá) 1,160.4 萬(wàn)輛，2020-2025 年復(fù)合增速達(dá) 53%。汽車后市場(chǎng)方面，受益于政策對(duì)汽車改裝范圍的擴(kuò)大，中國(guó)仍處于萌芽狀態(tài)的汽車 改裝市場(chǎng)迎來(lái)發(fā)展機(jī)遇，根據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院預(yù)測(cè)，2027 年汽車改裝市場(chǎng)規(guī)模有望 突破 2,000 億元，2020-2027 年復(fù)合增速將達(dá) 17%

17、。目前碳陶制動(dòng)盤生產(chǎn)以國(guó)外廠商為主，國(guó)內(nèi)是推廣階段的藍(lán)海市場(chǎng)。由于碳陶制動(dòng) 盤生產(chǎn)成本較高，且為汽車高端性能部件，國(guó)內(nèi)尚處推廣階段，屬于市場(chǎng)開(kāi)發(fā)前期， 競(jìng)爭(zhēng)者較少，行業(yè)內(nèi)企業(yè)碳陶復(fù)合材料產(chǎn)能基本在 10 噸以下。當(dāng)前碳陶制動(dòng)盤生產(chǎn) 廠商主要為意大利的布雷博?；谝韵录僭O(shè)，對(duì)我國(guó)新裝車市場(chǎng)的碳陶制動(dòng)盤市場(chǎng)空間進(jìn)行測(cè)算： （1）根據(jù)生產(chǎn)成本疊加合理利潤(rùn)，碳陶制動(dòng)盤的平均售價(jià)約為 1.2 萬(wàn)元/套。 （2）根據(jù)中汽協(xié)、中國(guó)乘聯(lián)會(huì)數(shù)據(jù)，假設(shè)至 2025 年我國(guó)新能源乘用車、高端燃油乘 用車（售價(jià) 25 萬(wàn)元以上）、商用車銷量分別將達(dá) 1136 萬(wàn)輛、296 萬(wàn)輛、422 萬(wàn)輛。 （3）2022 年前碳陶制動(dòng)盤主要用于高端跑車，特斯拉在 Model S Plaid 引入碳陶剎 車套件后，引領(lǐng)了新能源汽車、高端燃油乘用車配置碳陶剎車盤以實(shí)現(xiàn)輕量化的趨 勢(shì)，假設(shè)碳陶制動(dòng)盤在兩種車型中的配備率逐年提升，至 2025 年分別達(dá)到 2.8%、 3.2%。（4）由于商用車較乘用車重量更大，輕量化需求下對(duì)碳陶制動(dòng)盤的需求也日益提升， 假設(shè) 2025 年碳陶制動(dòng)盤在商用車中的配備率達(dá)到 2