(报告出品方/分析师:中银国际证券陈浩武余嫄嫄)
1高性能碳纤维龙头,混合所有制企业典范高性能碳纤维龙头企业:公司是专业从事碳纤维研发、生产和销售的国家高新技术企业,对外销售产品主要为碳纤维。
年,鹰游纺机和奥神集团共同出资设立神鹰新材料。
年,中国复合材料集团注资,神鹰新材料更名为中复神鹰。
年,中建材联合投资首次注资。
年,奥神集团将其所持中复神鹰5.58%股权转让给连云港市工业投资集团。
年,中复神鹰整体变更设立为股份有限公司。年,公司在上交所科创板上市。
年,公司总产能达到14,吨(包括连云港生产基地的3,吨/年产能以及西宁万吨碳纤维项目的11,吨/年产能),国内产能第一梯队。
中国建材集团为实际控制人,混合所有制企业典范:截至年6月30日,公司控股股东为中建材联合投资,持股比例为33.16%;实际控制人为中国建材集团,中国建材集团通过中联投、中国复材合计控制公司57.27%的股权;其他主要股东为鹰游纺机和工投集团,分别持有公司26.67%、4.96%的股权。公司作为混合所有制企业典范,兼具央企实力和民企活力,紧跟国家新材料产业战略规划布局,致力于打造具有全球竞争力的“世界一流碳纤维企业”。
设立子公司,扩大产能,为产品结构升级铺路:公司现有全资子公司四家,分别为神鹰西宁、神鹰上海、神鹰工程中心和神鹰连云(暂定名)。
神鹰西宁和连云港本部的主营业务为高性能碳纤维的生产和销售,其“万吨高性能碳纤维及配套原丝项目”是公司降本增效的重要着力点,全面投产后将降低生产成本,进一步落实连云港本部的产品结构转型,放大高毛利润产品及高性能产品产量。
神鹰上海的主营业务为新材料,专注于航空树脂、航空用碳纤维中间制品和成型工艺的研究、开发和制造。
神鹰工程中心处于研究和试验发展阶段。神鹰连云是公司为建设“年产3万吨高性能碳纤维建设项目”而成立的全资子公司,该项目建设周期为年4月至年8月。
公司管理团队具有过硬技术背景:年以来,中国建材集团持续注资引导和支撑公司关键技术突破,助推公司攻克国内空白的干喷湿纺碳纤维技术。董事长张国良具有武汉理工大学机械制造及其自动化专业博士学位,年起担任鹰游集团董事长至今,年起担任中复神鹰董事长至今。
公司管理团队具有过硬的技术背景,带领公司获得国家科学技术进步一等奖、全国化纤行业“十二五”最具创新技术突破奖等荣誉。
2产品型号丰富,应用领域广泛碳纤维产品型号丰富,应用领域广泛:公司在攻克干喷湿纺关键技术的基础上,实现了高性能碳纤维规模化生产和批量供应市场。
公司对外销售的碳纤维产品多样,主要包括SYT45、SYT45S、SYT49S、SYT55S、SYT65和SYM40等型号,基本实现对日本东丽主要碳纤维型号的对标,涵盖了高强型、高强中模型、高强高模型等类别,广泛应用于在航空航天、风电叶片、体育休闲、压力容器、碳/碳复合材料、交通建设等领域。
产品结构优化,高附加值碳纤维产品占比增加:产品结构方面,公司生产的碳纤维型号丰富,可以满足下游不同领域的市场需求。早期,公司产品主要应用于体育休闲、交通建设等领域,年营收占比分别为52.0%、24.2%。
随着碳纤维关键技术的突破,公司高附加值碳纤维产品占比逐渐增加。H1,体育休闲、交通建设营收占比下降至27.2%、7.9%,而碳碳复合材料、风电叶片、航空航天营收占比增加至22.4%、15.0%、14.0%。
主营碳纤维产品,销售区域集中于华东地区:公司主营业务是碳纤维的研发、生产和销售,其他业务包括废料销售、碳纤维织布销售等。其中废料来自正常生产过程中产生的次等原丝和碳丝产品,碳纤维织布主要是公司为了满足客户附带产品需求,对外采购并予以转售。
公司营业收入中碳纤维占比稳定在99%左右,其他业务营收占比较小。
从销售区域来看,公司主要生产经营地址在江苏连云港经济开发区,华东地区营收占比约为60%,华中地区营收占比从年的2.27%逐渐增加至年上半年的14.4%,其他地区占比较小。
年业绩快速增长营收净利大幅增长,年业绩表现亮眼:-年,公司的营业收入从3.08亿元增加至19.95亿元,CAGR为59.5%;归母净利润从-0.24亿元增加至6.05亿元,CAGR为58.4%。
年公司业绩表现亮眼:相较年,营业收入同比增加70.0%;归母净利润同比增加.1%,主要原因是碳纤维应用领域快速拓展、需求高度景气,叠加神鹰西宁万吨碳纤维项目投产,公司产品量价齐升。
盈利能力持续提升,费用管控较好:年至年,公司销售毛利率从11.5%大幅增加至48.1%,净利率从-8.0%大幅增加至30.3%,均创下历史新高。同时,销售、财务和管理费用率持续下降,年至年,销售费用率从1.8%下降至0.3%,财务费用率从7.6%下降至1.1%,管理费用率从12.9%下降至7.9%。研发费用率呈现增长趋势,年达到7.8%,主要原因是公司加大了航空级碳纤维及预浸料等研发支出。
行业介绍1碳纤维材料性能优异碳纤维具有出色的力学性能和化学稳定性:碳纤维是由有机纤维(粘胶基、沥青基、聚丙烯腈基纤维等)在高温环境下裂解碳化形成碳主链结构的、含碳量高于90%的无机高分子纤维。碳纤维具有出色的力学性能和化学稳定性,密度比铝低,强度比钢高,具有低密度、耐腐蚀、耐高温、耐摩擦、抗疲劳、热及湿膨胀系数低等特点。
碳纤维可以按照原丝类型、性能等多维度进行分类,常见的分类方式有按原丝类型、力学性能、丝束大小、制造方法分类:
1)按原丝类型分类
PAN基碳纤维应用广泛,市占率超过90%:碳纤维按照原丝种类,可以分为PAN(聚丙烯腈)基碳纤维、沥青基碳纤维和粘胶基碳纤维,三者的主要原料分别为丙烯腈、沥青和人造丝。其中,PAN基碳纤维生产工艺相对简单,而且产品兼有碳材料和纺织纤维的优良特性,自20世纪60年代问世以来,逐渐成为碳纤维行业发展的主要领域,占碳纤维总量90%以上。目前碳纤维一般指PAN基碳纤维。
2)按按力学性能分类
业内产品分类主要参考东丽牌号:碳纤维因其优异的力学性能作为增强材料而广泛应用,因此业内主要采用力学性能进行分类,主要的力学性能指标是拉伸强度和拉伸模量。拉伸强度材料产生最大均匀塑性变形的应力,其单位为MPa,国际上以T(Tense)值表示碳纤维的拉伸强度,常见类型有T、T、T、T1、T。
拉伸模量材料在拉伸时的弹性,其单位为GPa,国际上以M(Modulus)值表示碳纤维的拉伸强度,常见类型有M40、M60等。
国标GB/T-,PAN基碳纤维分为高强型、高强中模型、高模型、高强高模型四类:公司为聚丙烯腈基碳纤维国家标准GB/T-、GB/T-的主要起草单位。按照现行聚丙烯腈基碳纤维国家标准GB/T-的力学性能分类,PAN碳纤维分为高强型、高强中模型、高模型、高强高模型四类。
3)按丝束大小分类
碳纤维可以分为小丝束和大丝束,小丝束性能较好、价格较高:按照每束碳纤维中的单丝根数,碳纤维可以分为小丝束和大丝束,丝束大小用K表示,12K指每束碳纤维中含有12,根单丝。
大丝束:40K以上(48K、50K、60K为主),性能与成本相对较低,多用于建筑、交通、能源等行业。
小丝束:1K、3K、6K、12K、24K为主,性能与成本较高,多用于航空航天以及体育产品中附加值较高的下游领域。据百川盈孚数据,大丝束碳纤维市场价格约为小丝束的70%。
2生产流程复杂,技术、资金壁垒高
完整的碳纤维产业链包含从一次能源到终端应用的完整制造过程:从石油、煤炭、天然气均可以得到丙烯;丙烯经氨氧化后得到丙烯腈,丙烯腈聚合和纺丝之后得到聚丙烯腈(PAN)原丝,再经过预氧化、低温和高温碳化后得到碳纤维,并可制成碳纤维织物和碳纤维预浸料,作为生产碳纤维复合材料的原材料;碳纤维与树脂、陶瓷等材料结合,形成碳纤维复合材料,由各种成型工艺得到下游应用需要的最终产品。
公司碳纤维的生产流程分为原丝制备和碳化两个阶段:原丝环节中丙烯腈单体经过聚合形成纺丝原液并纺丝成形,碳丝环节成品原丝先经氧化得到预氧丝、再经低温碳化和高温碳化得到碳丝,碳丝表面处理后上浆、烘干得碳纤维产品。
原丝制备阶段包括聚合、纺丝工段:聚合工段中,丙烯腈单体等原料和溶剂DMSO(二甲基亚砜)在一定温度下进行溶液聚合反应,随后进行脱单、脱泡等处理得到聚丙烯腈原液。纺丝工段中,聚丙烯腈原液通过干喷湿纺技术形成原丝,根据喷头的选择可决定丝束的大小,喷头类型有1,个细孔、3,个细孔、4,个细孔和6,个细孔,对应喷丝可以制得1K、3K、6K、12K、24K等型号原丝。
喷丝产生的丝束在凝固浴中凝固成型。成型后的原丝再经过多段水洗,降低原丝中DMSO的残留量;随后进行热水牵伸;再经过上油、干燥致密化,达到防黏隔离和降低摩擦的作用;最后再经过蒸汽牵伸工段,最终原丝卷绕成轴。
原丝制备工艺可以按照纺丝溶剂、聚合工艺的连续性、纺丝工艺分类:
(1)纺丝溶剂,碳纤维原丝的纺丝溶剂包括DMSO(二甲基亚砜)、DMAc(N,N-二甲基乙酰胺)、NaSCN(硫氰酸钠)等不同溶剂。
(2)按照聚合工艺的连续性,原丝制备工艺可以分为一步法、两步法。一步法指聚丙烯腈直接在溶剂中聚合为纺丝原液,两步法指丙烯腈先经水相聚合得到聚合物,再经溶剂溶解得到纺丝原液。两步法工艺较为复杂,但所得聚丙烯腈分子质量较高,原液和聚合产量较大。
(3)按照纺丝工艺,可以分为湿法和干喷湿纺法,后者纺丝速度高,且制成的产品性能较好。
碳丝制备阶段包括预氧化、碳化工段:原丝制备阶段的成品原丝经多段氧化炉在空气气氛下反应得到预氧丝;预氧丝在氮气保护下,分别经过低温碳化、高温碳化得到碳丝;随后经表面处理后进行上浆,最后经烘干得到高强型碳纤维产品。
碳化阶段可以进一步提升产品的弹性模量,将高强型、高强中模型碳纤维在惰性气氛下经2,℃以上的温度石墨化处理,再经过表面处理、上浆和干燥处理,得到石墨纤维。
碳纤维增强复合材料应用广泛:碳纤维增强复合材料是以碳纤维为增强材料,树脂、金属、水泥、碳纤维等材料为基体,通过复合工艺制备而成,具有明显优于原组分性能的新型材料。碳纤维复合材料主要包括碳纤维增强树脂基复合材料(CF增强树脂)、碳纤维增强碳基复合材料(简称碳/碳复材或CF增强碳)、碳纤维增强金属基复合材料(CF增强金属)和碳纤维增强水泥基复合材料(CF增强水泥),在电子、汽车、航空航天、建筑建材等领域得到广泛应用。
3下游需求多点开花,风光氢领域有望高速发展
全球碳纤维需求增快速增长,中国需求增速更快:根据中国复合材料学会统计,年全球碳纤维需求量约11.8万吨,-年CAGR达14.1%。年中国碳纤维需求量约6.2万吨,-年CAGR达26.4%。
风电、体育、航空航天是全球碳纤维需求的主要来源:从全球范围来看,风电叶片、体育休闲和航空航天对碳纤维的需求量占比较为稳定,根据中国复合材料学会统计,年三大领域的需求比例分别为28.0%、15.7%、14.0%,合计占比为57.7%,碳碳复材和压力容器领域对碳纤维的需求量占比有所增加。
国内航空航天、风电、汽车领域碳纤维需求还有广阔发展空间:国内碳纤维需求中,体育休闲在-年需求量占比最大,年起风电叶片取代体育休闲占据第一的位置,碳碳复材需求占比也有所提升。
根据中国复合材料学会统计,年,风电叶片、体育休闲、碳碳复材需求量占比分别为36.1%、28.1%、11.2%,合计占比为75.4%。与全球碳纤维需求结构相比,国内航空航天、风电、汽车领域碳纤维需求占比较小,市场还未完全打开。
大、小丝束需求量占比均在40%左右:碳纤维可按模量进行分类,标准模量是指拉伸模量为-GPa;中等模量是指拉伸模量为-GPa;高模量是指拉伸模量超过GPa。
-年,全球不同类别碳纤维中,标模需求量从80.4%增加至86.8%,中模、高模需求量占比分别从18.3%下降至12.5%、1.3%下降至0.6%。在标模碳纤维中,大丝束和小丝束需求量占比均为40%左右。
以下表中的丝束类型和主要应用领域为标准,-年,大、小丝束需求量CAGR分别为19.8%、14.1%。
风电:叶片大型化趋势叠加工艺专利放开,风电领域碳纤维需求强劲
全球风电装机量持续增长,中国风电行业增长迅速:据全球风能协会报告,-年,全球风电装机容量从GW增至GW,CAGR为11.5%;据国家能源局统计,-年中国风电装机容量从GW增至GW,CAGR达16.2%。年全球新增风电装机容量GW,较年继续提升;年我国新增风电装机容量37.0GW,较年减少约21.3%,主要系疫情多点散发影响了装机进程。据全球风能协会预测,-年全球新增装机量CAGR将维持在6.6%平稳增速,五年内新增装机量将超过GW。
海上风电装机量占比持续提升,发展空间较大:在全球及国内,海上风电占比都出现了快速提升,-年全球及国内海上风电装机量CAGR分别为32.4%和74.7%,远超陆上风电装机量增速。年是我国海上风电享受国家补贴的最后一年,与年陆上风电抢装的情况相同,年内我国海上风电高度景气,新增装机容量17.4GW,接近年累计装机容量的2倍。
相比于陆上风电,海上风电的前期准备工作时间较长,建设期中的设备费用、施工安装费用显著增加,且运行期的维护成本也远高于陆上风电,目前其发展还处于初级阶段。但是海上风电具有风力资源丰富、运行效率高、不占用土地、适合大规模建设等优点,发展前景较好。据全球风能协会预测,-年,全球海上风电新增装机量CAGR接近8.3%,未来5年全球新增海上风电装机容量将超过90GW。
叶片大型化、轻量化,带动碳纤维需求:未来风电的发展趋势依然是通过大型化降低成本,提升机组功率的关键因素包括长叶片、高塔筒。
过去几年风电装机容量和叶片大型化趋势显著,我国陆上/海上风电单机容量均值分别由年的1.5/2.7MW增长至年的3.1MW/5.6MW;我国新增装机平均风轮直径由年的78米左右提升至年的米。
据中国巨石公告,年全玻纤能做到的叶片长度在到米左右,更长的叶片都需要在主梁中加入碳纤维。据《碳纤维在风电叶片中的应用进展》(牟书香等),采用碳纤主梁的叶片可实现减重20-30%;叶片重量的减轻可以大幅降低因自重传递到主机上的载荷,使风机输出更加平稳、运行效率更高。
碳纤维拉挤板工艺优点颇多,在风电叶片的渗透率将逐渐提升:碳纤维复合材料主梁的成型工艺主要有碳纤维织物真空灌注、预浸料成型和拉挤成型工艺,其中拉挤成型工艺具有减重明显、生产效率高、材料利用率高、综合成本低等明显优势。
在叶片大型化趋势下,拉挤成型工艺的渗透率持续提升。据WoodMackenzie预测,碳纤维拉挤板材将逐渐成为主要的陆上风电叶片主梁材料;而对于海上叶片,碳纤维拉挤板材将迅速占据主梁材料的主导地位。
风电主机厂维斯塔斯针对应用碳梁制作叶片的专利于年7月到期,目前国内中材科技、时代新材、中复连众、艾朗等叶片厂家以及主机厂三一重工、明阳电气、上海电气等均已陆续发布了使用碳纤维或碳玻混合拉挤大梁叶片。
风电领域碳纤维需求强劲,但大规模应用对成本提出要求:据赛奥碳纤维预测,年全球风电叶片领域的碳纤维需求量为33,吨,预计年将达到80,吨,-年CAGR为25.0%。但碳纤维在叶片中能否大规模应用还取决于成本。
年3月,国内大丝束碳纤维价格超10万元/吨,是玻纤价格的10倍有余;且近年风机行业价格战激烈,风电机组价格腰斩,对上游叶片价格挤压明显,采用碳纤维主梁导致的叶片成本增加难以被市场接受。
据《碳纤维在风电叶片中的应用进展》,当碳纤维价格降低到80元/kg时,其规模化应用将较为可行,目前碳纤维巨头卓尔泰克可批量供应价格在13美元/公斤左右的碳纤维,可作为国内大丝束碳纤维价格的参照。
体育:国内碳纤维需求的压舱石,稳健增长对需求形成支撑
体育休闲是碳纤维传统应用领域之一:体育领域已形成对碳纤维的稳定需求。年,碳纤维在体育休闲领域的应用主要有钓鱼竿、高尔夫、自行车,三者占比分别为35.1%、22.2%、19.5%。年受新冠疫情影响,体育运动开展受限,体育领域对碳纤维需求的增速放缓;年,该全球体育休闲碳纤维需求反弹式增长到18,吨,在碳纤维需求中占比达到了15.7%,仅次于风电。
我们认为体育领域对碳纤维的需求有望稳定增长:一方面,人们对健康的重视程度不断提高,越来越多人积极参与到各类体育运动中,带动各类体育器材需求;另一方面,碳纤维在体育器材中的渗透率也在提升,如过去只有高档鱼竿才会使用碳纤维,如今一次性鱼竿也由碳纤维制成。据《全球碳纤维复合材料市场报告》预测,年该领域全球碳纤维需求将达到22,吨,-年CAGR为5.0%。
碳碳复材:单晶硅下游产业快速发展,碳碳复材渗透率明显提升
碳/碳复合材料逐渐替代高纯石墨在热场系统中的应用:单晶拉制炉热场系统是光伏、半导体行业中生产单晶硅的关键设备,单晶拉制法是在惰性气体保护下,在熔化的多晶硅料中引入籽晶,在单一方向上拉伸得到单晶产品。
与等静压石墨相比,新材料碳基复材具有性价比高、安全性强、更耐高温、适应大尺寸单晶热场制备等优点,逐渐替代等静压石墨材料在热场单晶拉制炉中的应用:-年,碳碳复材在坩埚、导流筒、保温桶的渗透率分别由不到10%提升至超85%、55%、45%。
光伏新增装机量持续增长,单晶硅片市场份额快速提升:根据国家能源局统计,年中国光伏新增装机容量为54.88GW,同比增长13.9%。在风光大基地、分布式光伏发展下,国内光伏新增装机容量预计仍将持续增长。硅片是电池的关键材料,下游光伏行业稳步前进推动晶硅需求增加。
硅片有单晶和多晶之分:单晶具有固定晶向,多晶则没有统一固定晶向。单晶硅晶片具有使用寿命长、光电转换效率高的优点。根据中商情报网数据,单晶硅片(P型+N型)市场占比逐年增加,预计年将占据主要市场,市场份额达到96.4%。
碳碳复材式增长,-年碳纤维需求量CAGR达30%:我国碳碳复材领域受光伏行业驱动,近年来保持超高速增长,已经跃升成为国内碳纤维应用第三大市场。
据《全球碳纤维复合材料市场报告》,年碳碳复材领域的碳纤维需求达8,吨,预计年该领域全球碳纤维需求将达到24,吨,-年CAGR高达30.0%,碳碳复材将迎来快速增长。
建筑:碳纤维优良性能适配建筑领域,市场空间开阔
碳纤维在建筑领域的应用范围广泛,市场空间大:碳纤维具有抗腐蚀能力强、柔韧性好、高拉伸强度、低热膨胀等多种优良性能,在建筑修复补强、建筑加固中得到广泛应用:
1)碳纤维补强技术:土木建筑发生损坏或承载力不足时需要进行结构补强,传统的钢筋混凝土结构补强施工复杂、周期较长,目前碳纤维补强已经成为国际上补强的新趋势,将碳纤维布粘贴在建筑结构构件表面,可以提高结构体的承载能力以及抗震性能。
2)直接用作建筑结构材料:碳纤维水泥基复合材料是在水泥中掺加碳纤维,加强其抗拉、抗裂、抗渗、抗变形及抗冻等性能,广泛用于建筑结构承载、道路、桥梁等。
建筑领域碳纤维需求稳步增长:我国土木建筑市场广阔,碳纤维在该领域的应用不断发展,前景较好。据《全球碳纤维复合材料市场报告》,年建筑领域的碳纤维需求达4,吨,预计年该领域全球碳纤维需求将达到6,吨,-年CAGR为10.0%,需求稳步增长。
航空航天:碳纤维高精尖领域,国内市场正在打开
碳纤维是航空航天领域理想的材料:碳纤维材料轻质、高强的特性能够满足航空航天领域的要求。据《碳纤维增强复合材料在航空航天领域的应用》,飞行器每减少1kg将带来25美元-30,美元的经济效益,尤其在飞行速率较大的飞行器中更为明显,采用先进轻量化材料是目前的有效方法之一;此外,碳纤维复合材料具备耐烧蚀、耐高温的性能特点,在飞行器的热防护方面表现突出。
航空航天是全球碳纤维市场应用价值最高的领域:据《全球碳纤维复合材料市场报告》,年全球碳纤维在航空航天领域用量占比为14%,而销售金额占比达到34.9%,该领域碳纤维销售单价为72.0美元/公斤,产品价值远远高于其他领域;民用客机、无人机、军用飞机是碳纤维在航空航天需求端的主力,年分别占比35%、21%、16%。
碳纤维复合材料广泛应用于波音多型号飞机:碳纤维增强树脂(CFRP)在波音飞机机身制造的应用已较为成熟,可以有效减轻飞机机身质量并节约能耗。
据中国复合材料学会