【研報】合成纖維及樹脂行業碳纖維系列報告之（一）：碳纖維概覽及生產壁壘詳解-20200729[19頁].pdf

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1、 1 本報告版權屬于安信證券股份有限公司。本報告版權屬于安信證券股份有限公司。 各項聲明請參見報告尾頁。各項聲明請參見報告尾頁。 碳纖維系列報告之（一） ：碳纖維概覽及生產壁壘詳解碳纖維系列報告之（一） ：碳纖維概覽及生產壁壘詳解 碳纖維指的是含碳量超過 90%的纖維狀碳材料，憑借密度小、強度高、 耐腐蝕、易成型等特點，已成為輕量化材料的重要一員，逐步取代以往的 金屬材料，在民用和軍事領域已成為核心應用材料。鑒于碳纖維的重要戰 略意義，上世紀 60 年代至今，從政府層面到產業層面，對碳纖維行業的 發展都傾注了大量的心血， 一代一代的科學家和工程師為中國碳纖維獨立 自主發展貢獻了自己的力量。在

2、2008 年以前，國內碳纖維生產產量小、 品質穩定性不高、性價比優勢不明顯。2008 年后，中國的碳纖維企業在軍 品纖維生產方面實現了真正的突破， 并在低成本民品纖維的研發開發上進 行大量投入、以與海外產品展開正面競爭。中國碳纖維行業已經迎來了最中國碳纖維行業已經迎來了最 佳發展時期， 這也是我們撰寫本篇報告的出發點和初心， 希望通過我們對佳發展時期， 這也是我們撰寫本篇報告的出發點和初心， 希望通過我們對 行業資料的梳理，幫助投資者了解中國碳纖維行業，并發現其中的投資價行業資料的梳理，幫助投資者了解中國碳纖維行業，并發現其中的投資價 值。值。 碳纖維系列報告分為三篇， 此為第一篇， 主要梳理

3、碳纖維的分類及生產碳纖維系列報告分為三篇， 此為第一篇， 主要梳理碳纖維的分類及生產 工藝， 并從生產技術角度討論碳纖維生產壁壘高在哪里、 國內在突破碳纖工藝， 并從生產技術角度討論碳纖維生產壁壘高在哪里、 國內在突破碳纖 維低生產成本道路上面臨的挑戰點是什么。維低生產成本道路上面臨的挑戰點是什么。 碳纖維的分類：碳纖維的分類： （1）按照強度和模量分類，有 T300/700/800、M40J/55J 等型號，T 系列應用范圍最廣，如航空航天、工業等領域；而 M 系列產品 更高端，主要用于航天、高端體育休閑等。 （2）按絲束大小分，大絲束強 度和剛度方面的性能比小絲束差，主要用于風電葉片、汽車

4、等領域，被稱 為“工業級”碳纖維；小絲束主要應用于航空航天等領域，被稱為“宇航 級”碳纖維。 （3）按原料分類，包括 PAN/瀝青/粘膠基碳纖維，其中 PAN 基為主流。 碳纖維及復材生產工藝比較：碳纖維及復材生產工藝比較：碳纖維生產主要分為兩步，即單體聚合并 紡成原絲，接下來原絲氧化碳化成碳絲（碳纖維） 。按紡絲方法可分為濕 法、干法、干濕法等，其中干濕法生產效率高、生產出的碳纖維品質好、 生產成本更低。 碳纖維生產壁壘高，我國技術突破及成本優化任重道遠。碳纖維生產壁壘高，我國技術突破及成本優化任重道遠。 （1）碳纖維生 產過程繁雜，任何一道工序出現問題都會影響產品質量，所以在紡絲液粘 度、

5、溫度及時間、真空度等指標控制上非常嚴格且需要豐富的經驗。 （2） 折舊和能源在碳纖維生產成本中約占 40%，行業具有明顯的規模經濟性： 從千噸線到萬噸線，成本可降低 30%至 17.44 美元/kg，若再將干噴濕紡工 藝繼續優化、提高紡絲速度，則成本可降低至 12-13 美元/kg。國內企業大 絲束成本跟東麗等海外龍頭相比存在較大差距，仍需在提高紡絲速度、設 備國產化等方面重點攻關。 （3）國內碳纖維生產龍頭企業包括光威復材、 中簡科技等， 近年來公司不斷突破及優化生產工藝， 生產負荷有明顯提高， 使得毛利率也有較大幅度提升。 風險提示：風險提示：工藝開發及改進風險；安全生產風險；價格下滑風險

6、。 Tabl e_Ti t l e 2020 年年 07 月月 29 日日 合成纖維及樹脂合成纖維及樹脂 Tabl e_BaseI nf o 行業深度分析行業深度分析 證券研究報告 投資投資評級評級 領先大市領先大市-A 首次首次評級評級 Tabl e_C hart 行業表現行業表現 資料來源：Wind資訊 % 1M 3M 12M 相對收益相對收益 -0.73 -8.69 -26.68 絕對收益絕對收益 10.43 9.44 -8.16 孟瞳媚孟瞳媚 分析師 SAC 執業證書編號：S1450520040003 010-83321073 張汪強張汪強 分析師 SAC 執業證書編號：S145051

7、7070003 010-83321072 -10% -7% -4% -1% 2% 5% 8% 2019-072019-11 合成纖維及樹脂 滬深300 行業深度分析/合成纖維及樹脂 2 本報告版權屬于安信證券股份有限公司。本報告版權屬于安信證券股份有限公司。 各項聲明請參見報告尾頁。各項聲明請參見報告尾頁。 內容目錄內容目錄 1. 序言序言. 4 1. 碳纖維的分類碳纖維的分類. 4 1.1. 按強度模量分類，T 系列碳纖維應用最廣 . 4 1.2. 按原料分類，PAN 基碳纖維是主流 . 6 1.2.1. PAN 基碳纖維 . 6 1.2.2. 瀝青基碳纖維 . 7 1.2.3. 粘膠基碳纖

8、維 . 8 2. 碳纖維及復材生產工藝比較碳纖維及復材生產工藝比較. 8 2.1. 紡絲工藝比較 . 8 2.1.1. 濕法紡絲工藝 . 8 2.1.2. 干法紡絲工藝 . 9 2.1.3. 干噴濕紡紡絲工藝 . 10 2.2. 碳纖維增強復合材料（CFRP）成型工藝. 10 2.2.1. 預浸料熱壓罐工藝 . 10 2.2.2. 樹脂傳遞模塑工藝（RTM） .11 2.2.3. 拉擠成型工藝 . 12 2.2.4. 纏繞成型工藝 . 12 3. 碳纖維生產壁壘高，我國技術突破及成碳纖維生產壁壘高，我國技術突破及成本優化任重道遠本優化任重道遠. 12 3.1. 紡絲及氧化碳化環節控制均有難度

9、. 12 3.2. 生產效率低是影響成本優化的重要因素之一 . 13 3.3. 國內碳纖維企業在型號突破及成本優化方面不斷進步 . 14 3.3.1. 光威復材 . 14 3.3.2. 中簡科技 . 15 4. 風險提示風險提示. 17 圖表目錄圖表目錄 圖 1：東麗各型號碳纖維物理性質. 4 圖 2：2019 年全球各類碳纖維需求分布（按模量）. 5 圖 3：各類碳纖維市場份額 . 6 圖 4：PAN 原絲到碳纖維制作流程. 7 圖 5：瀝青基碳纖維工藝流程. 7 圖 6：粘膠基碳纖維工藝流程. 8 圖 7：濕法紡絲制作流程. 9 圖 8：干法紡絲制作流程. 9 圖 9：干濕法紡絲制作流程

10、. 10 圖 10：預浸料熱壓罐工藝示意圖 .11 圖 11：樹脂傳遞模塑工藝示意圖 .11 圖 12：拉擠成型工藝示意圖 . 12 圖 13：纏繞成型工藝示意圖 . 12 圖 14：PAN 基碳纖維及復合材料的制備流程 . 13 圖 14：紡絲工藝流程. 13 圖 16：碳纖維完全成本及生產成本構成. 14 圖 17：2019 年光威復材碳纖維生產成本構成 . 17 qRsNrRsNrOnPzRqPrNsNsR6MdN8OnPnNsQoOiNqQsNeRpMrR8OnNuNwMpPrQxNrMrP 行業深度分析/合成纖維及樹脂 3 本報告版權屬于安信證券股份有限公司。本報告版權屬于安信證券股

11、份有限公司。 各項聲明請參見報告尾頁。各項聲明請參見報告尾頁。 圖 18：2019 年中簡科技碳纖維生產成本構成 . 17 圖 19：光威復材碳纖維銷量增加，單位成本下降. 17 圖 20：中簡科技碳纖維銷量增加，單位成本下降. 17 圖 21：光威復材產能利用率增加，毛利率提升 . 17 圖 22：中簡科技產能利用率增加，毛利率提升 . 17 表 1：不同型號碳纖維的應用領域. 5 表 2：碳纖維性能比較 . 6 表 3：不同生產規模原絲成本構成. 14 行業深度分析/合成纖維及樹脂 4 本報告版權屬于安信證券股份有限公司。本報告版權屬于安信證券股份有限公司。 各項聲明請參見報告尾頁。各項聲

12、明請參見報告尾頁。 1. 序言序言 碳纖維作為高性能纖維的翹楚，一直以來民和軍事領域高端應用場景的核心材料之一。鑒于 碳纖維的重要戰略意義，上世 60 年代今，從政府層面到產業層面，對碳纖維行業的發展都 傾注了大量的心血，一代一代的科學家和工程師為中國碳纖維獨立自主發展貢獻了自己的力 量。在 2008 年以前，國內碳纖維生產產量小、品質穩定性不高、性價比優勢不明顯。2008 年后，中國的碳纖維企業在軍品纖維生產方面實現了真正的突破，并在低成本民品纖維的研 發開發上進行大量投入、以與海外產品展開正面競爭。同時長期的研發和生產經驗的積累也 讓中國碳纖維企業開始沖擊高端民用碳纖維領域，與常規產品一道

13、，豐富了中國碳纖維行業 的生命力。 供應與需求相互映襯， 國內碳纖維下游市場快速啟動， 包括航空航天、 風電葉片、 汽車、壓力容器等領域，對碳纖維的需求正快速涌現，中國成為全球碳纖維需求增長最快的 市場。 中國碳纖維行業已經迎來了最佳發展時期，這也是我們撰寫本篇報告的出發點和初心，希望 通過我們對行業資料的梳理，幫投資者了解中國碳纖維行業，并發現其中的投資價值。 碳纖維系列報告分為三篇，此為第一篇，主要梳理碳纖維的分類及生產工藝，并從生產技術碳纖維系列報告分為三篇，此為第一篇，主要梳理碳纖維的分類及生產工藝，并從生產技術 角度討論碳纖維生產壁壘高在哪里、國內在突碳纖維低生產成本道路上面臨的挑戰

14、點是什么。角度討論碳纖維生產壁壘高在哪里、國內在突碳纖維低生產成本道路上面臨的挑戰點是什么。 1. 碳纖維的分類碳纖維的分類 1.1. 按強度模量分類，按強度模量分類，T 系列碳纖維應用最系列碳纖維應用最廣廣 碳纖維按拉伸強度和拉伸模量這兩項力學性能指標來分，碳纖維可分為通用型碳纖維、高強 碳纖維、高模碳纖維、超高強碳纖維、超高模纖維這幾種。目前業內沒有統一的碳纖維型號 劃分標準，在實際使用中，龍頭企業日本東麗公司的產品編號常被作為行業標準，如東麗的 碳纖維產品編號有 T300、T800、M30 等多種，其中 T 表示強度，M 表示模量。強度上，T 后綴的數字越大代表產品的強度越大，因此強度是

15、 T300 T600 T700 T800 T1000 T1100 ；模量上，M 后綴的數字越大代表產品的模量越大，因此模量是 M30 M40 M46 M50 M60 3500 230 1.76-1.94 0.6-1.2 瀝青基瀝青基 1600 279 1.7 1 粘膠基粘膠基 2100-2800 414-552 2 0.7 資料來源：王小謙PAN基碳纖維組成結構高溫演變規律及其對熱氧化性能的影響 、安信證券研究中心 圖圖 3：各類碳纖維市場份額各類碳纖維市場份額 資料來源：智研咨詢、安信證券研究中心 1.2.1. PAN 基碳纖維基碳纖維 大多數 PAN 基碳纖維生產企業具備由原絲生產開始到制

16、作碳纖維到最終完成碳纖維產品的 完整生產線。目前全球生產 PAN 碳纖維的企主要分布在日本和美國，其中日本東麗是全球 PAN 基碳纖維最主要的生產企業之一。 從 PAN 原絲到碳纖維，需要經過碳化、表面處理、上漿處理等過程。碳化指的是去除材料 中的非碳元素，使其碳含量超過 90%，由于 PAN 原絲的玻璃化溫度低于 100 攝氏度，因此 不能直接碳化，而需要先經過預氧化過程。碳化后，為了賦予纖維更好的粘合性能，需要對 它們進行表面處理，向纖維表面添加氧原子以提供更好的化學鍵合性，使它們的表面被輕微 91% 8% 1% PAN基碳纖維 瀝青基碳纖維 粘膠基碳纖維 行業深度分析/合成纖維及樹脂 7

17、 本報告版權屬于安信證券股份有限公司。本報告版權屬于安信證券股份有限公司。 各項聲明請參見報告尾頁。各項聲明請參見報告尾頁。 氧化，并且對表面進行蝕刻和粗糙化以獲得更好的機械粘合性能，可通過將纖維浸入各種氣 體如空氣、二氧化碳或臭氧中以及各種液體，如次氯酸鈉或硝酸中可以實現氧化。在表面處 理之后，需要涂覆纖維以保護它們在纏繞或編織期間免受損壞，此過程稱為上漿處理，涂層 材料包括環氧樹脂，聚酯，尼龍，聚氨酯等。 圖圖 4：PAN 原絲到碳纖維制作流程原絲到碳纖維制作流程 資料來源：帝人官網、安信證券研究中心 1.2.2. 瀝青瀝青基碳纖維基碳纖維 瀝青基是制造碳纖維的第二大路線，該路線原料來源豐

18、富且碳化收率高，根據王鵬瀝青基 碳纖維工藝流程學術報告，瀝青基碳纖維生產成本僅為 PAN 基碳纖維的 1/3-1/4，但因原 料調制雜、產品性能較低而未得到大規模發展。瀝青基碳纖維的制備工藝包括：原料瀝青 瀝青熔化處理瀝青過濾沉降法或熱濾法的調制熔噴法或熔紡法紡絲不熔化處理 炭化或石墨化處理。瀝青基碳纖維最早于上世紀 60 年代末由日本吳羽化學公司實現工業化 生產，1970 年美國聯合碳化物公司也成功完成開發，并于1982 年投入工業化生產。與 PAN 碳纖維相比，瀝青基碳纖維強度方面不如 PAN 基碳纖維，但高性能瀝青基碳纖維在模量、 摩擦和導熱方面具有優勢，因此在航空航天領域具有不可替代的

19、優勢地位。 圖圖 5：瀝青基碳纖維工藝流程瀝青基碳纖維工藝流程 資料來源：王鵬瀝青基碳纖維工藝流程 、安信證券研究中心 行業深度分析/合成纖維及樹脂 8 本報告版權屬于安信證券股份有限公司。本報告版權屬于安信證券股份有限公司。 各項聲明請參見報告尾頁。各項聲明請參見報告尾頁。 1.2.3. 粘膠粘膠基碳纖維基碳纖維 粘膠基碳纖維的制備工藝包括：粘膠原絲水洗催化浸漬預氧化低溫碳化高溫碳化。 原料主要為木漿和棉漿， 美國、 俄羅斯和白俄斯多用木漿， 我國則以棉漿為主。 根據李輝 復 合催化劑種有機硅組分在粘膠基碳纖維制備中的作用學術報告，由于粘膠纖維理論總碳量 僅為 44.5%，加上制造過程中的熱

20、解反應，粘膠基碳纖維生產效率只有 10%-30%，所以制 備成本相對更高。且其強度較低，不能像 PAN 基碳纖維那樣以高倍張力進行預氧化，只有 在完成預氧化后的高溫處理階段才可以施加張力。粘膠基碳纖維的優點在于其原材料粘膠纖 維是天然產物，粘膠纖維加工過程中無需添加催化劑，因此纖維中可以不含金屬離子。憑借 這個其他種類碳纖維不具備的優勢，在需要保證信號不受干擾的情況下、要求所用的碳纖維 不能含有金屬離子時（如戰略武器的隔熱材料、防靜電和防電磁波服裝的防護材料） ，就必 須使用粘膠基碳纖維。此外，粘膠基碳纖維具有耐燒蝕的特點，在制造隔熱保溫材料時不可 替代。 圖圖 6：粘膠基碳纖維工藝流程粘膠基

21、碳纖維工藝流程 資料來源：李輝復合催化劑種有機硅組分在粘膠基碳纖維制備中的作用 、安信證券研究中心 2. 碳纖維及復材生產工藝比較碳纖維及復材生產工藝比較 2.1. 紡絲工藝比較紡絲工藝比較 原絲生產是碳纖維的核心技術，原絲的質量好壞直接決定了碳纖維產品的質量、產量、生產 成本和市場競爭能力。 質量低劣、 均勻性差的絲在后續過程中會產生毛絲纏結、 斷絲的情況， 導致原絲損耗。原絲成本是整個碳纖維生產成本比例最大的一部分，占 50以上，所以控制 好原絲質量至關重要。原絲按紡絲方法可分為濕法、干法、干濕法等。原絲按紡絲方法可分為濕法、干法、干濕法等。 2.1.1. 濕法紡絲工藝濕法紡絲工藝 濕法紡

22、絲是將聚合物溶于溶劑中，通過噴絲孔噴出細流，進入凝固浴形成纖維的紡絲方法， 其工藝流程包括制備紡絲原液、原液從噴絲孔出形成細流、原液細流凝固成初生纖維、最后 再將初生纖維卷裝或直接進行后處理。濕法紡絲的速度較低，且工藝流程復雜，生產成本較 高。 行業深度分析/合成纖維及樹脂 9 本報告版權屬于安信證券股份有限公司。本報告版權屬于安信證券股份有限公司。 各項聲明請參見報告尾頁。各項聲明請參見報告尾頁。 圖圖 7：濕法紡絲制作流程濕法紡絲制作流程 資料來源：互動百科濕法紡絲、安信證券研究中心 2.1.2. 干法紡絲工藝干法紡絲工藝 干法紡絲和濕法紡絲一樣，都是采用成纖高聚物的濃溶液來形成纖維，但與

23、濕法紡絲不同的 是，干法紡絲時原液從噴絲孔壓出形成的細流是進入凝固浴液，而是進入紡絲甬道中。甬道 中的熱空氣流會使原液細流中的溶劑快速揮發,并將揮發出來的溶劑蒸汽帶走。 在逐漸脫去溶 劑的同時原液發生固化，經拉伸定型洗滌干燥等后處理過程便可得到成品纖維。干法紡絲可 以進行連續生產，且紡絲速度高、產量大、對環境污染少，并且纖維質量及耐化學性和染色 性能比濕紡纖維好。干法紡絲的缺點在于生產的纖維耐氯性較差、工藝技術難度較大，生產 成本比干濕法高，比濕法低。 圖圖 8：干法紡絲制作流程干法紡絲制作流程 資料來源：百度百科干法紡絲、安信證券研究中心 行業深度分析/合成纖維及樹脂 10 本報告版權屬于安

24、信證券股份有限公司。本報告版權屬于安信證券股份有限公司。 各項聲明請參見報告尾頁。各項聲明請參見報告尾頁。 2.1.3. 干噴濕紡紡絲工藝干噴濕紡紡絲工藝 干濕法，也稱干噴濕紡法，是將干法與濕法紡絲相結合的紡絲方法。干濕法紡絲是將紡絲原 液從噴絲頭壓出后，先經過一段空氣層，再進凝固浴，初生纖維從凝固浴液中導出后處理過 程與濕法紡絲相同。紡絲原液流出噴絲頭后通過空氣層時形成的纖維能在空氣層中經受噴絲 頭拉伸，并且液流脹大區形變不大，這樣可進行高倍的噴絲頭拉伸。根據高分子材料加工 工藝學 書中提到， 絲條進入凝固浴時已有一定取向度， 且脫溶劑化程度較高， 能快速固化，絲條進入凝固浴時已有一定取向度

25、， 且脫溶劑化程度較高， 能快速固化， 因此紡絲速度比一般濕法紡絲快因此紡絲速度比一般濕法紡絲快 510 倍，可達到倍，可達到 200400m/min，紡絲機的生產率能極，紡絲機的生產率能極 大提高。大提高。干濕法紡絲溶液黏度可達 50100Pas 及以上，可提高紡絲原液的濃度，減少溶 劑的回收及單耗。此外，相比于濕法紡絲，干濕法能比較有效地調節纖維的結構形成過程。 干噴濕紡工藝生產效率高、生產出的碳纖維品質好、生產成本低。干噴濕紡工藝生產效率高、生產出的碳纖維品質好、生產成本低。美國日本的碳纖維龍頭公 司掌握干濕法技術，使用干濕法生產的碳纖維成為主流，但同時干濕法也是碳纖維行業公認 的難以突

26、破的紡絲技術。國內中復神鷹于 2013 年率先突破技術難關，其干噴濕紡高性能碳 纖維工程化項目順利通過國家級鑒定。 江蘇恒神于 2012 年啟動 T800S 碳纖維干噴濕紡制造 技術的開發，于 2014 年 9 月建成干噴濕紡專用原絲生產線和碳化生產線。中簡科技也正在 研發干濕法工藝碳纖維。光威復材 2019 年 4 月發布公告，其 T700S 級碳纖維干濕法產業化 制備項目已通過鑒定，國產替代再獲突破進展。 圖圖 9：干濕法紡絲制作流程干濕法紡絲制作流程 資料來源：材料專業知識百科網、安信證券研究中心 2.2. 碳纖維增強復合材料（碳纖維增強復合材料（CFRP）成型工藝）成型工藝 將原材料轉

27、化成結構件還需要成型這一關鍵步驟。碳纖維增強復合材料的加工成型工藝有很 多種，包括預浸料熱壓罐、樹脂傳遞模塑（RM） 、拉擠成型、纏繞成型等。目前航空航天領 域常用預浸料熱壓罐工藝和樹脂傳遞模塑 （RTM） 工藝， 汽車零部件的生產則主要采用 RTM 工藝等模壓成型工藝。 2.2.1. 預浸料熱壓罐工藝預浸料熱壓罐工藝 預浸料熱壓罐工藝主要運用于制造高端復合材料，常常在航空航天領域被使用。其工藝流程 包括浸潤纖維預用樹脂將其制成半固化態材料再在模具上手工逐層干法鋪貼，然后將其制袋 密封，使內部處于真空，產生負壓，最后將其送入熱壓罐內固化成型。預浸料熱壓罐工藝制 造的部件品質高、性能穩定、機械強

28、度好，但由于采用手工積層，人工工時費用高、生產效 率低且存在一定人工管理難度。 行業深度分析/合成纖維及樹脂 11 本報告版權屬于安信證券股份有限公司。本報告版權屬于安信證券股份有限公司。 各項聲明請參見報告尾頁。各項聲明請參見報告尾頁。 圖圖 10：預浸料熱壓罐工藝示意圖預浸料熱壓罐工藝示意圖 資料來源：Airtech Advanced Materials Group、安信證券研究中心 2.2.2. 樹脂傳遞模塑工藝（樹脂傳遞模塑工藝（RTM） 樹脂傳遞模塑工藝是一種適用于高質量、多品種、中批量復合材料的制造工藝，技術成本較 低，被廣泛應用于航空航天、汽車、體育用品領域。其工藝流程包括將纖維

29、經預成型、預編 織處理后將預成型纖維體鋪放在模具型腔內，合模后用壓力設備往模腔中注入樹脂，浸潤纖 維，最后固化脫模成型。樹脂傳遞模塑工藝的生產效率高，制品雙面光潔且尺寸精度高，適 用于制作結構復雜的零件。 圖圖 11：樹脂傳遞模塑工藝示意圖樹脂傳遞模塑工藝示意圖 資料來源：材料專業知識百科網、安信證券研究中心 行業深度分析/合成纖維及樹脂 12 本報告版權屬于安信證券股份有限公司。本報告版權屬于安信證券股份有限公司。 各項聲明請參見報告尾頁。各項聲明請參見報告尾頁。 2.2.3. 拉擠成型工藝拉擠成型工藝 拉擠成型工藝適用于制造高纖維體積含量的低成本復合材料，如制造風電葉片的梁帽，其工 藝流程

30、包括在牽引設備的作用下將連續纖維進行樹脂浸潤浸后通過成型模具加熱，擠出多余 樹脂，使其固化。該工藝可以連續成型，制品長度不受限制，縱向力學性能突出，生產過程 自動化程度高，生產效率高，制品性能穩定，成本低。缺點是只能生產線形產品，且橫向強 度低。 圖圖 12：拉擠成型工藝示意圖拉擠成型工藝示意圖 資料來源：山川復合材料、安信證券研究中心 2.2.4. 纏繞成型工藝纏繞成型工藝 纏繞成型工藝常被用于制造壓力容器、釣竿、傳動軸等制品，在土木建筑領域也多有應用。 其工藝流程包括將浸過樹脂膠液的連續纖維按一定規律纏繞到芯模上，然后經固化、脫模獲 得制品。用纏繞成型工藝制成的纖維能保持連續完整、制品強度

31、高、可機械化連續性生產、 生產周期短。但該工藝生產設備復雜，需要雜繞機、芯模、固化加熱爐、脫模機等設備，存 在一定的技術難度，且不能纏任意結構形式的制品，產品形狀單一。 圖圖 13：纏繞成型工藝示意圖纏繞成型工藝示意圖 資料來源：江蘇歐鈦克、安信證券研究中心 3. 碳纖維生產壁壘高，我國技術突破及成本優化任重道遠碳纖維生產壁壘高，我國技術突破及成本優化任重道遠 3.1. 紡絲及氧化碳化環節控制均有難度紡絲及氧化碳化環節控制均有難度 完整的碳纖維產業鏈包含從一次能源到終端應用的完整制造過程。從石油、煤炭或天然氣得 到丙烯，丙烯經氨氧化后得到丙烯腈，丙烯腈合和紡絲之后得到聚丙烯腈（PAN）原絲，再

32、 經過預氧化、低溫和高溫碳化后得到碳纖維，并可制成碳纖維織物和碳纖維預浸料，作為生 產碳纖維復合材料的原材料；碳纖維經與樹脂、陶瓷等材料結合，形成碳纖維復合材料，最 后由各種成型工藝得到下游應用需要的最終產品。 行業深度分析/合成纖維及樹脂 13 本報告版權屬于安信證券股份有限公司。本報告版權屬于安信證券股份有限公司。 各項聲明請參見報告尾頁。各項聲明請參見報告尾頁。 聚丙烯腈（聚丙烯腈（PAN）基碳纖維的生）基碳纖維的生產過程主要經過聚合、紡絲、預氧化、碳化、表面處理、上產過程主要經過聚合、紡絲、預氧化、碳化、表面處理、上 漿等步驟， 全過程連續進行， 任何一道工序出現問題都會影響穩定生產和

33、碳纖維產品的質量。漿等步驟， 全過程連續進行， 任何一道工序出現問題都會影響穩定生產和碳纖維產品的質量。 圖圖 14：PAN 基碳纖維及復合材料的制備流程基碳纖維及復合材料的制備流程 資料來源：FP/CM、安信證券研究中心 在原絲的生產過程中，在原絲的生產過程中，比如聚合這一步，工業生產主要采用溶液聚合法，紡絲液的粘度能夠 直接體現紡絲液質量的好壞以及紡絲液的運動速度。 單體的種類和比例、 引發劑種類及濃度、 聚合溫度及時間、攪拌速度都要控制，否則會出現聚合度不均勻的情況。再比如說，在紡絲 前要進行脫單脫泡和后處理以除掉多余的單體、氣泡、雜質等，因為紡絲原液中單體 AN 在 一定溫度和真空度下

34、可以汽化、原液在聚合反應和輸送過程中產生氣泡，這個對于原絲性能 影響很大，弄不好就會斷絲，所以要在紡絲前要控制真空度和溫度脫泡。再比如說，紡絲這 一步，以濕法為例，紡絲液從噴絲孔擠出進入凝固浴，通過 DMSO 濃度差進行溶劑擴散實 現凝固，這個過程需要注意 DMSO 的濃度，濃度和溫度會影響原絲的界面性質和致密性； 要注意水洗和干燥溫度，這會對碳絲致密性產生比較大影響。此外，上油的量以及牽伸倍數 均對產品的質量有顯著影響。 圖圖 15：紡絲工藝流程紡絲工藝流程 資料來源：FP/CM、安信證券研究中心 氧化碳化環節，氧化碳化環節，主要體現在對溫度的控制上，由于氧化是放熱反應，控溫精度不好、溫度均 勻性不好會顯著影響碳絲的拉伸強度，容易發生斷絲。 3.2. 生產效率低是影響成本優化的重要因素之一生產效率低是影響成本優化的重要因素之一 通常碳纖維生產成本構成中，原絲占 51%左右，大約 2.2 公斤原絲生產 1 公斤碳纖維。原絲 的生產過程中， 折舊及能耗占比較大、 約 40%， 提高生產效率可以有效減少單噸折舊及能耗。 行業深度分析/合成纖維及樹脂 14 本報告版權屬于安信證券股份有限公司。本報告版權屬于安信證券股份有限公司。 各項聲明請參