【研報】軍用碳纖維行業報告：機型迭代推動滲透率提升航空航天市場空間廣闊-20200701[42頁].pdf

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1、 證券證券研究報告研究報告 | 行業行業深度報告深度報告 工業工業 | 軍工軍工 推薦推薦（首次首次） 軍用碳纖維行業報告軍用碳纖維行業報告 2020年年07月月01日日 機型迭代推動滲透率提升，航空航天市場空間廣闊機型迭代推動滲透率提升，航空航天市場空間廣闊 上證指數上證指數 3091 行業規模行業規模 占比% 股票家數（只） 66 1.7 總市值（億元） 8209 1.2 流通市值 （億元） 5833 1.1 行業指數行業指數 % 1m 6m 12m 絕對表現 4.6 13.9 11.5 相對表現 -2.3 10.2 3.6 資料來源：貝格數據、招商證券 相關報告相關報告 1、軍工行業 2

2、020 年中期投資策略： 關注高確定性投資主線 2020-06-16 2、 軍工行業周報（0525-0531） ：商 業航天迎里程碑 航空產業鏈估值優 勢凸顯2020-06-01 3、 軍工行業周報（0518-0524） 2020-05-26 本報告簡述了碳纖維行業的大類劃分、產業鏈格局、制造工藝、以及航空航天幾 大市場空間及 CAGR 預期情況。 考慮到目前碳纖維材料在航空航天領域的滲透率 逐步提升，我們認為這一賽道未來具有比較穩定的前景空間。 碳纖維是一種非金屬基與非金屬基相結合的復合材料，目前廣泛應用于航空 航天領域，其中連續碳纖維增強的樹脂基復合材料在目前所有復合材料結構 件中占比約為

3、 70%-90%。用碳纖維復合材料代替鋼或鋁，減重效率可達 20% 到 40%。而戰斗機或干線飛機自重每減少 1kg，相當于增加 450 美元的經濟效 益。美國主力艦載機的復材占比已由最初的不足 5%，變為目前的約 30%。我 們認為，伴隨著我國的新銳機型的列裝量產，未來我國航空航天碳纖維復材 滲透率將逐步提升，行業增速將長時間高于軍費增長。 根據2019 年全球碳纖維復合材料市場報告統計，2019 年全球碳纖維總需 求為 10.37 萬噸，對應 28.70 億美元，其中航空航天用量為 2.35 萬噸，對應 28.7 億美元；樹脂基碳纖維方面，全球總用量為 15.97 萬噸，總額為 173.9

4、 億 美元，其中航空航天用量為 3.62 萬噸，對應 108.5 億美元。相較全球，2019 年我國航空航天碳纖維用量僅為全球的 4.68%（1100 噸），樹脂基碳纖維用 量為全球的 5.95%（2154 噸），金額的 19.85%（150.77 億元，匯率 7 折算）， 整體與西方先進水平存有較大差距。 受益于軍機領域迭代升級，行業中短期有望保持中高速發展。目前全球航空 航天領域碳纖維用量端軍民比約為 3:7，以此計算，假設我國完成“2050 年建 設世界一流軍隊”目標時碳纖維用量追平西方，行業 CAGR 將在 13-17%，符 合我國近幾年軍費增長區間。我們認為以碳纖維為首的復材行業能夠

5、維持近 1-3 年的中高速增長期，預計 CAGR 在 20%-30%區間； 相關標的：中航高科、光威復材（招商化工覆蓋）、中簡科技、楚江新材（招 商軍工有色聯合覆蓋）。 風險提示。產業鏈訂單不及預期，價格出現超預期波動，新技術替代。 王超王超 010-57601716 S1090514080007 岑曉翔岑曉翔 S1090518090007 楊雨南楊雨南 S1090520050001 重點公司主要財務指標重點公司主要財務指標（2 2020020/ /06/3006/30） 股價股價 19EPS 20EPS 21EPS 19PE 20PE PB 評級評級 中航高科 16.92 0.38 0.28

6、 0.38 44.5 60.43 5.4 強烈推薦-A 光威復材 62.73 1.01 1.19 1.46 62.1 52.7 10 強烈推薦-A 中簡科技 36.20 0.34 0.51 0.67 106.5 71.0 15 強烈推薦-A 楚江新材 9.34 0.37 0.42 0.49 25.2 22.2 2.4 強烈推薦-A 資料來源：公司數據、招商證券 -15 -10 -5 0 5 10 15 Jul/19Oct/19Feb/20Jun/20 (%)軍工滬深300 行業研究行業研究 Page 2 正文目錄 一、航空復合材料概述 . 6 1、航空復合材料拆分 . 6 2、一代材料、一代航

7、空. 7 3、航空領域非金屬復合材料應用歷史 . 8 二、碳纖維行業概覽 . 12 1、 碳纖維種類劃分 . 13 2、 應用領域及全球市場格局 . 15 3、 航空航天領域細分機型迭代升級帶來滲透率持續提升 . 16 4、 產業鏈及制造工藝. 19 5、 產業鏈財務簡述 . 24 三、中國航空航天市場從“望其項背”到“并駕齊驅” . 25 1、 軍機領域 . 26 2、 民機領域 . 28 3、 無人機領域 . 30 四、成本端拆分及產業降本方式 . 31 1、 生產成本拆分 . 31 2、 大絲束及自動化技術 . 32 3、 干噴濕紡技術 . 32 4、 整體成形技術 . 33 5、 能源

8、成本控制 . 34 五、碳纖維軍轉民障礙及潛在民用市場展望 . 34 1、 軍轉民障礙（成本因素外） . 34 2、 非航領域民用化展望軌道交通 . 35 六、相關公司簡介 . 36 七、風險提示 . 41 圖表目錄 圖 1 部分復合材料拆分 . 6 圖 2 先進材料在美國國防關鍵技術中名列第二 . 7 圖 3 木質結構飛機 . 8 mNsNoQxPpPsNpPqPqOrPsRaQbP8OnPpPoMmMiNpPqPkPrRpR8OpPuNNZsOpPxNrRqN 行業研究行業研究 Page 3 圖 4 鋁鋼結構飛機 . 8 圖 5 鋁鋰合金結構為主飛機 . 8 圖 6 復合材料為主飛機 .

9、8 圖 7 B-2 隱身戰略轟炸機應用了大量玻璃纖維復合材料 . 9 圖 8 CVD 法制備的鎢絲芯硼纖維 . 9 圖 9 日本東麗公司牌號劃分 . 10 圖 10 復合材料軍機應用部位 . 11 圖 11 波音 787 材料結構示意圖 . 12 圖 12 2019 年不同復合材料金額端占比 . 12 圖 13 全球小絲束碳纖維市場格局 . 14 圖 14 全球大絲束碳纖維市場格局 . 14 圖 15 碳纖維按力學性能分類 . 14 圖 16 2019 年碳纖維市場用量拆分 . 16 圖 17 2019 年碳纖維市場金額拆分 . 16 圖 18 2019 年樹脂基復合材料市場用量拆分 . 16

10、 圖 19 2019 年樹脂基復合材料市場金額拆分 . 16 圖 20 航空航天碳纖維需求拆分. 17 圖 21 航空器材復合材料占比變化 . 17 圖 22 V-22 復合材料示意圖 . 18 圖 23 美國無人機內部結構 . 19 圖 24 全球軍用無人機市場格局. 19 圖 25 碳纖維先驅體市場份額 . 20 圖 26 碳纖維絲生產流程 . 20 圖 27 碳纖維絲生產工藝（上游） . 21 圖 28 A 股主板上市公司產業鏈位置. 22 圖 29 連續法制備預浸料工藝 . 22 圖 30 熱壓罐工藝 . 23 圖 31 膜壓成型工藝 . 23 圖 32 纖維纏繞工藝 . 23 圖 3

11、3 拉擠成形工藝 . 23 圖 34 碳纖維產業鏈應用（下游） . 23 行業研究行業研究 Page 4 圖 35 產業鏈毛利率“上高下低”，整體呈現增長趨勢 . 24 圖 36 產業鏈應收/營收變化情況 . 25 圖 37 2019 年中國碳纖維需求格局 . 25 圖 38 2019 年中國樹脂基碳纖維用量拆分 . 26 圖 39 2019 年中國樹脂基碳纖維金額拆分 . 26 圖 40 供給端國產、進口碳纖維格局（噸） . 26 圖 41 中美航空裝備數量對比（架） . 27 圖 42 中國戰斗機結構 . 27 圖 43 美國戰斗機結構 . 27 圖 44 裝備費支出（億）與增速變化 .

12、27 圖 45 我國第四代固定翼飛機 J-20 . 28 圖 46 我國新型 10 噸級直升機 Z-20. 28 圖 47 2007-2016 世界及中國復合材料增長趨勢 . 28 圖 48 C919 訂單結構（架） . 29 圖 49 ARJ21 復合材料使用位置 . 30 圖 50 2008-2017 中國外貿無人機訂單結構拆分 . 30 圖 51 國內軍用無人機市場規模預測 . 31 圖 52 航空復材材料結構成本拆分 . 31 圖 53 吉林化纖 48k 大絲束碳纖維原絲順利通過碳化 . 32 圖 54 自動化鋪帶示意圖 . 32 圖 55 干噴濕紡（右）與濕法紡絲（左）工藝對比 .

13、33 圖 56 美國 JSF 戰斗機（F-22）復合材料結構整體化示意圖. 33 圖 57 Do-328J 金屬結構改復合材料示意圖 . 34 圖 58 寶馬 i3. 34 圖 59 SGL 汽車用碳纖維生產區 . 34 圖 60 CETROVO 列車 . 35 圖 61 碳纖維復材地鐵車廂內部構造 . 36 圖 62 中航高科 2019 年營收拆分 . 36 圖 63 中航高科 2019 年毛利拆分 . 36 圖 64 光威復材 2019 年營收拆分 . 37 圖 65 光威復材 2019 年毛利拆分 . 37 行業研究行業研究 Page 5 圖 66 中簡科技 2019 年營收拆分 . 3

14、8 圖 67 中簡科技 2019 年毛利拆分 . 38 圖 68 ZT7 與 T700 級碳纖維性能對比 . 38 圖 69 楚江新材 2019 年營收拆分 . 39 圖 70 楚江新材 2019 年毛利拆分 . 39 圖 71 恒神股份 2019 年營收拆分 . 40 圖 72 精功科技 2019 年營收拆分 . 40 圖 73 精功科技 2019 年毛利拆分 . 40 表 1：機體材料發展過程 . 7 表 2：美軍歷代艦載機材料拆分 . 8 表 3：碳纖維和其他材料性能比較 . 13 表 4：各種飛行器減重的經濟效益分析 . 13 表 5：東麗碳纖維牌號及性能 . 14 表 6：西方軍機復

15、合材料占比 . 17 表 7：各國民機復材使用量 . 18 表 8：2018 年我國運輸飛機數量（架） . 29 表 9：國產民用飛機復合材料占比 . 29 行業研究行業研究 Page 6 一、航空復合材料概述 1、航空復合材料拆分 復合材料是人類運用先進的材料制備技術將不同性質的材料組分優化組合而成的 新材料。一般定義的復合材料需滿足以下條件: 復合材料必須是人造的，是人們根據需要設計制造的材料; 復合材料必須由兩種或兩種以上化學、物理性質不同的材料組分，以所設計的 形式、比例、分布組合而成，各組分之間有明顯的界面存在; 它具有結構可設計性，可進行復合結構設計; 復合材料不僅保持各組分材料性

16、能的優點， 而且通過各組分性能的互補和關聯 可以獲得單一組成材料所不能達到的綜合性能。 復合材料的基體材料分為金屬和非金屬兩大類。 金屬基體常用的有鋁、 鎂、 銅、 鈦等合金。非金屬基體主要有合成樹脂、橡膠、陶瓷、石墨、碳等。增強材料 主要由玻璃纖維、 碳纖維、 硼纖維、 芳綸纖維、 碳化硅纖維、 石棉纖維、 晶須、 金屬等構成。 而金屬跟非金屬基體在不同的排列組合后，復合材料可以基本上分為三個大類： 金屬基 vs 金屬基，其中包含目前航空結構件大量使用的鋁鋰合金，以及航空 發動機領域大量運用的鐵、鈷、鎳基高溫合金； 金屬基 vs 非金屬基，這個領域多為特種鋼材，如高碳鋼； 非金屬基 vs 非

17、金屬基，其可以進一步內分為以無機非金屬基體為主的復合材 料，如陶瓷材料、石英材料等；另一部分則為以聚合物為基體的復合材料，如 本報告所涉及的樹脂基碳纖維材料。 圖圖 1 部分復合材料拆分部分復合材料拆分 資料來源：招商證券 根據美國空軍對 2025 年航空技術發展的預測分析，在全部 43 個系統中，先進材 料技術的重要性被列為第二位；而在美國國防部制定的科技優選項目中，先進材料技術 也被列于第二位。以航空發動機為例，業內公認現行航空發動機推重比在近十年中出現 行業研究行業研究 Page 7 迭代上升，其 70%以上的貢獻來自于高性能新材料及其制備技術。 圖圖 2 先進材料在美國國防關鍵技術中名

18、列第二先進材料在美國國防關鍵技術中名列第二 資料來源：美國國防部，航空材料技術，招商證券 而對航空結構材料的基本要求包括以下幾個方面： 材料高性能，要求輕質、高強度和高剛度，具體而言為要求材料具有極高的比強度 （材料的強度除以其表觀密度， 其中強度為材料斷開時單位面積所受的力） 和比剛度 （彈 性模量與其密度的比值，其中彈性模量為單向應力狀態下應力除以該方向的應變） ； 優良的高低溫性能，其既需要應對數倍音速下的高溫，也需要應對同溫層亞音 速飛行、或高寒地區機場下的嚴寒環境； 耐環境性能，即能夠應對自然環境對材料的腐蝕及材料自身的老化現象； 優良的工藝性能，即材料能夠接受并適應各種冷、熱加工條

19、件的能力； 低成本化； 環境相容性。 2、一代材料、一代航空 從 20 世紀初萊特兄弟的“飛行者一號”沖上云霄至今，航空材料已經經歷了從木 質結構到復合材料的五個發展階段，而每伴隨一種新材料的拓展使用，航空裝備往往伴 隨著一代質的跨越。 表表 1：機體材料發展過程機體材料發展過程 發展階段發展階段 年代年代 機體材料機體材料 第一階段 1903-1919 木、布結構 第二階段 1920-1949 鋁、鋼結構 第三階段 1950-1969 鋁、鈦、鋼結構 第四階段 1970-21 世紀初 鋁、鈦、鋼、復合材料結構（以鋁為主） 第五階段 21 世紀初-今 復合材料、鋁、鈦、鋼結構（以復合材料為主）

20、 資料來源：航空材料技術，招商證券 行業研究行業研究 Page 8 圖圖 3 木質木質結構飛機結構飛機 圖 圖 4 鋁鋁鋼結構飛機鋼結構飛機 資料來源：環球網，招商證券 資料來源：裝備知識，招商證券 圖圖 5 鋁鋰合金鋁鋰合金結構結構為主為主飛機飛機 圖 圖 6 復合材料復合材料為主飛機為主飛機 資料來源：環球時報，招商證券 資料來源：新華社，招商證券 表表 2：美軍歷代艦載機材料拆分美軍歷代艦載機材料拆分 服役時間服役時間 復合材料復合材料 鈦合金鈦合金 鋁合金鋁合金 鋼鋼 其他材料其他材料 F-14 1974 20.0% 25.0% 36.0% 15.0% 4.0% F-16 1978 3.0% 2.0% 83.0% 5.0% 7.0% F/A-18A/B 1980 9.5% 12.0% 50.0% 15.0% 13.5% F/A-18C/D 1