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【行研干货 新材料类】复合材料产业的发展现状与投资建议

2020-09-25

战略发展部  司鹏



复合材料作为新材料产业的重要分支,是国防建设及国民经济重大工程的关键战略材料,并同先进制造业的发展息息相关。我国高度重视复合材料产业的发展,将其列为战略性新兴产业予以大力支持,力求实现“一代装备,一代材料”向“一代材料,一代装备”的转变。本文分析了复合材料行业的发展现状、问题和趋势,并提出了在该领域的投资建议,以供参考。


一、复合材料概述
(一)基本概念

复合材料由两种或两种以上性质不同的材料组合而成,达到单一材料无法比拟的综合性能。复合材料通常由基体材料和增强材料两部分构成。按基体材料的不同,复合材料可分为树脂基复合材料、金属基复合材料及陶瓷基复合材料。树脂基复合材料一般在350℃以下使用,金属基复合材料耐热温度可达1000℃,陶瓷基复合材料耐热温度可达2000℃。尽管金属基及陶瓷基复合材料在耐高温性能方面优于树脂基复合材料,但技术难度大且产量低,目前主要应用在航空航天领域,难以实现大规模的工业化应用,2019年全球金属基复合材料的产量仅为8820吨,陶瓷基复合材料的研发制造也主要集中在GE、罗·罗等航空发动机制造商,树脂基复合材料是目前应用范围最为广泛的复合材料。


纤维增强树脂基复合材料是树脂基复合材料中最重要的一种,它以树脂作为基体,以纤维作为增强材料,经过特殊成型工艺复合而成,具有性能可设计、高比强度和比刚度、疲劳性能好、耐腐蚀、可整体成型和多功能一体化等优点。纤维作为主要受力部分,决定着复合材料的性能,也带动着复合材料的发展。目前发展最为成熟、应用最为广泛的是玻璃纤维,玻璃纤维增强复合材料占复合材料总产量的90%以上,性能更优异的碳纤维及芳纶纤维等高性能纤维也在快速发展。

图1 纤维增强复合材料基本构成



(二)发展历程

复合材料以1942年制备出的玻璃纤维增强塑料为起点,经过几十年的发展,应用于复合材料中的增强材料和基体材料种类都在不断丰富。纵观其发展历程,大致可分为四个阶段:1)1940年~1960年,主要以玻璃纤维增强树脂基复合材料为标志;2)1960年~1980年,主要以碳纤维、芳纶纤维增强环氧树脂复合材料为标志;3)1980年~1990年,主要以纤维增强铝基复合材料为标志;4)1990年至今,出现了多功能复合材料、梯度复合材料等。先进复合材料总是先应用于航空航天等国防军用领域,而后从军用转向民用。


图2 复合材料的发展历程



(三)产业链构成

复合材料的产业链上游为纤维及树脂基体的制造商,中游为复合材料的制造商,下游为复合材料应用行业,包括高端装备制造、军用和民用产品制造等。具体如下图:

图3 复合材料产业链



二、复合材料行业发展现状

(一)全球复合材料行业发展现状

1.行业规模保持增长。智研咨询数据显示,2018年全球复合材料市场规模达到971亿美元,相比于2016年的820亿美元增长18.4%。其中,北美地区的复合材料产值占比为30%,中国大陆的产值占比为25%,欧洲的产值占比为20%。


2.发达国家在上游高性能纤维领域具有制造技术优势和占据大部分市场。目前,全球碳纤维制造的主导者是日本东丽、东邦、三菱丽阳,美国Hexcel、Cytec公司,和德国SGL公司,日本企业占据50%以上的市场份额。芳纶II纤维的主导者是美国杜邦公司和日本帝人亚博总网址,芳纶Ⅲ纤维市场主要被俄罗斯企业所占据,超高分子量聚乙烯纤维市场主要被荷兰帝斯曼亚博总网址、美国Honeywell公司和日本东洋纺公司所占据。


(二)国内复合材料行业发展现状

1.国内政策鼓励复合材料的发展。


表1 国内复合材料政策整理



2.国内复合材料市场调整后预计将稳步增长。根据中国复合材料工业协会数据,经过环保督察,国内复合材料行业在2017年及2018年行业调整后规模出现下滑,在2019年恢复增长,预计今后几年将稳步发展。


图4 2011-2019年国内复合材料产量(万吨)

数据来源:中国复合材料工业协会


3.上游纤维制造集中度强,中游复合材料产能分散。玻璃纤维方面,巨石亚博总网址、泰山玻纤和重庆国际占据近70%的产能;碳纤维方面,国内产能集中在中复神鹰、江苏恒神、光威复材等企业;芳纶纤维方面,国内产能集中在泰和新材、仪征化纤、中蓝晨光等公司。而我国复合材料生产企业多达4000余家,行业产能比较分散。


4.上游纤维产能集中在中低端产品,高端产品依赖进口。中国作为全球碳纤维需求量最大的国家,2019年共消耗碳纤维37840吨,但消耗的碳纤维仅约32%来自国产,且国内T300以下的低端产能较多。芳纶纤维方面,我国间位芳纶已有过剩趋势,低端产品市场竞争激烈,而对位芳纶进口依存度超过70%。


三、复合材料行业发展趋势
(一)国内上游高性能纤维将逐步实现进口替代。

高性能纤维产品附加值高,国内技术正加速追赶。玻璃纤维方面,巨石亚博总网址开发出的E9玻璃纤维再次刷新了玻璃纤维的模量记录;碳纤维方面,我国已具备T1000级别的生产能力。工信部已将高性能碳纤维、芳纶纤维、连续玄武岩纤维等高性能纤维列入《重点新材料首批次应用示范指导目录(2019年版)》,随着国内企业在高性能纤维技术上实现突破,将逐步替代进口的上游高性能纤维产品。


(二)热塑性复合材料的发展将更为迅速。

树脂基复合材料可分为热固性复合材料与热塑性复合材料两种。随着热塑性复合材料的快速追赶,当前我国复合材料产业中的热塑性复合材料与热固性复合材料产能已基本持平。与热固性复合材料相比,热塑性复合材料在生产的自动化、智能化方面,在生产的污染排放方面以及在材料的回收利用方面均更具备优势,随着“中国制造2025”以及高质量发展的进一步落实,预计热塑性复合材料相较于热固性复合材料的发展将更为迅速。


(三)工业轻量化是复合材料的重要应用方向。

复合材料具有比强度和比刚度高、耐腐蚀性等优点,“以塑代钢”,具有广泛的应用前景。在市场巨大的车用材料方面,2016年10月发布的《节能与新能源汽车技术路线图》中轻量化是七大技术路线图之一,该路线图提出到2030年汽车碳纤维使用量占车重5%。2019年数据显示,国内碳纤维在工业应用的占比相较于全球仍有较大差距,在航空航天、汽车等领域应用较少。随着国内商用飞机、轨道交通、新能源汽车等领域的发展,复合材料的应用将逐步拓展,助推相关工业领域的轻量化发展。



图5 2019年国内(左)/全球(右)碳纤维市场需求结构占比

数据来源:前瞻产业研究院


四、行业投资建议

(一)从产业链来看,建议关注上游技术门槛高的高性能纤维生产企业。国内玻璃纤维发展已较为成熟,碳纤维是目前最值得关注的高性能纤维。总体来看,上游高性能纤维的生产工序复杂、生产过程控制要求高,通常需大量的研发及设备投入,壁垒高。国内高性能纤维替代进口以及下游应用范围拓展是重要的驱动力,且上游高性能纤维企业易于向中游扩展,建议关注碳纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维等高性能纤维生产企业。


(二)从细分领域来看,建议关注未来市场空间大的车用复合材料。新能源汽车的里程焦虑对汽车轻量化的需求更为迫切,复合材料应用比例的提升是汽车实现轻量化的重要解决方案,除了应用于汽车内外饰材料之外,汽车结构件从钢材到镁铝合金再到复合材料也是大势所趋。工信部《重点新材料首批次应用示范指导目录(2019年版)》已将汽车用碳纤维复合材料列入关键战略材料。另外,碳纤维在风电领域的应用加快,在轨道交通的应用亦值得期待。但限制碳纤维规模应用的原因除了碳纤维自身价格不低之外,碳纤维复合材料的工艺成本依然较高。因此,具备低成本复合材料成型工艺的企业更值得关注。



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