国防军工行业周报：短中长期视角看高端碳纤维当前的需求拐点

国防军工周报（8.26-8.30） 短中长期视角看高端碳纤维当前的需求拐点 国联证券国防军工研究团队 2024年8月31日 报告评级：强于大市丨维持 证券研究报告 请务必阅读报告末页的重要声明 碳纤维行业核心问题探讨：军品碳纤维降价对企业盈利影响几何？ 第四部分 碳纤维行业核心问题探讨：民品碳纤维价格下滑对 企业盈利影响几何？ 第三部分 碳纤维或为新质生产力的共性材料，行业中长期空间广阔 第二部分 目 录 第一部分 以美为鉴，短期供需共振T800H有望快速进入放量 周期 第五部分 点击编辑文本样式 第六部分 点击编辑文本样式 1、以美为鉴，短期供需共振T800H有望快速进入放量周期 ◥碳纤维可以按照原丝类型、纤维形态、丝束规格、生产工艺、力学性能等标准进行分类，其中常用的三大分类标准 是原丝类型、丝束规格和力学性能。 ◥按照使用原料不同可分为聚丙烯腈（PAN）基、沥青基、粘胶基等； ◥按照丝束规格可分为大、小丝束；按照力学规模可分为标模、中模和高模。 ◥军工应用基本为小丝束，高模碳纤维一般应用于航天领域。 碳纤维分类 不同类型碳纤维应用情况 应用领域 强度（Gpa） 丝束类型 类比等级 备注 飞机 >3.5 小丝束/中小丝束 T300/T700/T800 主要运用于机身、机翼、整流罩、地板、地板梁等 军工 >3.5 小丝束/中小丝束 T300以上 运用于装备的不同部位 汽车 >3.6 小丝束-大丝束 T300-T700 主要运用于车身、底盘、保险杠、电池、氢气燃料罐等 风电 >3.7 大丝束 T300以上 主要运用于叶片、梁 轨道交通 >3.8 大丝束 T300以上 主要为车体 建筑 >3.9 小丝束-大丝束 T300以上 应用于大型建筑物增加建筑物的强度、耐腐蚀性 体育 >3.10 小丝束-大丝束 T300以上 用于高档体育器材 ◥复盘美国战机复材用量的发展历程，我们认为主要分为三个阶段： ◥第一个阶段是较早问世的初代F-14三代战机，其复材使用处于尝试阶段，用量占比低于10%； ◥第二阶段是三代机到三代半机快速发展的时期，复材用量占比也提升至10%-20%； ◥第三阶段代表机型是四代机F-35，复材用量占比可达35%。 F-18C/D：10% AS4碳纤维复合材料 F/A-18E/F：19%AS4/977-3,IM7/977-3 二阶段：10%->20%1990s-2000s 三阶段：20%以上 2005之后 F-35：35% IM7/977-3、IM7-8552 美国战机发展及相应复材用量占比示意图 一阶段：0%->10%1990年之前 美国 F-14：2% 硼纤维复合材料 ◥T800级别碳纤维研发突破是飞机主承力结构能够使用碳纤维复合材料的关键。根据Toray’sBusinessStrategyforCarbonFiberCompositeMaterials，应用到航空产品主承力结构上的复合材料需要在特定刚度下拥有较高的强度，因此航空用主承力结构需要T800/IM7及以上级别的碳纤维复合材料。复盘美国军机复材用量及牌号，可以看出，F-18系列军机的航空复合材料应用到主承力结构的关键是碳纤维牌号从赫氏的AS4迭代至IM7（对应东丽牌号的T800），而F22的主要碳纤维复材牌号同样为IM7（T800）。 F-18C/D(10%)->F-18E/F(19%)：主承力件开始使用复材 复材应用到主承力结构件的关键因素是T800/IM7级别碳纤维技术的成熟应用 飞机型号 服役时间 复材占比复材牌号 F/A-18C/D 1989 10%3501-6/AS4 F/A-18E/F 1996 977-3/AS4 19% 977-3/IM7 F-22 2005 977-3/IM7+少量8552/IM7 （6.6%） 24% 5250-4/IM7(17.2%） ◥复盘国外各类型飞机的用量占比提升曲线，我们发现在各个飞机类型中，某个阶段航空复合材料的用量占比突破瓶颈后曲线的斜率将大幅度提升。我们判断，关键技术突破例如碳纤维新制程的应用后，基于新牌号的各类树脂体系和制造工艺相应研发落地，将大幅度增加航空复材在飞机上的应用范围，横向拓展多机型主承力结构件，用量占比迅速提升。 复合材料在各类型飞机中突破用量占比拐点后的曲线斜率显著提升 资料来源：邢丽英《先进树脂基复合材料发展现状和面临的挑战》，国联证券研究所 T800H纵向带来航空复材用量占比跃升，横向拓展多机型主承力结构件 横向拓展多机型主承力结构件 T800H纵向带来航空复材用量占比跃升 无人机 直升机 轰炸机 ◥复盘我国战机复材用量的发展历程，我们认为主要分为两个阶段：第一个阶段是较早问世的歼-8战机以及歼-11，其复材使用处于尝试阶段，用量占比小于等于10%；第二阶段是三代半代机到四代机的快速发展期，这一时期机型迭代没有明显时间维度上的变化，复材用量占比迅速从10%提升至30%以上。 …… 资料来源：《飞行器结构用复合材料核心技术及发展》，中国复合材料学会，央视网，环球网，人民网，国联证券研究所 节奏判断：复盘三代机碳纤维复材产业链传导节奏，光威复材营收提速前置主机厂半年至一年 ◥复盘沈飞三代机复材产业链放量节奏，沈飞三代机2019年开始放量（2019年H1营收增速高因首次实施均衡生产导致），中航高科复材业务2019年上半年营收提速明显，光威2018年H2营收开始提速至20%+。站在当下新型战机放量预期较高，根据三代机传导节奏复盘，2024年或为光威复材T800H明显放量元年。 三代机碳纤维复材产业链传导节奏复盘（营收增速） ◥与高空高速固定翼飞机相比，直升机低空低速飞行，服役环境极其恶劣，主要为湿/热、干/寒、沙尘/雨淋及海水等自然环境条件，树脂基复合材料具有最佳抗疲劳性、耐候性、耐腐蚀、高比模、高比强、可设计等诸多优势，是直升机环境适应性设计和提升其结构重量寿命效益的最佳选择，目前国外先进直升机复材结构质量占比已达90%以上。 NH-90复合材料用量占质量分数的95% ◥欧美发达国家20世纪80年代已经开始研制和使用了T800复合材料。欧洲“虎”式武装直升机复材用量达到了80%，而同时代的RAH-66以及V22， NH90等几乎都达到了全复材机身结构的水平。 ◥据《直升机复合材料应用现状与发展》，我国直9、直10等用量在35%以上，碳纤维以T300为主，新研制的专用武装直升机复材使用量超50%， 首次应用T800碳纤维。对标国外，我国直升机复材应用提升空间较大。 西方军民用直升机复合材料占结构重量比示意图 我国新一代武装直升机已应用T800复材，用量超50% 无人机复合材料应用优势 减轻机身重量20%-30%降低载荷成本 无人机需求 轻量化 高度翼身融合 复合材料优势 比强度和比模量高 材料的可设计性、成型工艺性好 整体化一体成型满足结构要求和降本 ◥复合材料为无人机材料与气动结构的最佳解决方案。用于无人机系统的材料体系需要满足三个基本特征，分别是：轻量化、可靠性和经济适用性，复合材料的性能优势完美匹配无人机材料要求。同时无人机复材应用不需要考虑机动飞行过程中人的生理承受能力和安全性的限制，对可靠性要求低于有人机 ，对减重迫切性高。 长寿命和可靠性 隐身功能 耐腐蚀和耐热性好，优异抗疲劳性能 具有特殊 电磁性能 提高环境耐受性降低寿命全周期成本 改性后具有一定隐身功能 亦改善无人机系统电磁特性 ◥目前，各型无人机复材用量一般占机体结构总重的60%～80%，应用比例明显超过有人飞机，甚至出现很多全复合材料无人机（用量达到90%以上）。 国内外无人机复合材料使用情况 ◥美国无人机发展水平世界领先，全球鹰无人侦察机的复合材料用量占比达到65%，X-45、X-47B、“神经元”、“雷神”等先进无人机的复合材料使用占比则高达90%；我国“彩虹4”无人机、翼龙I-D无人机复材使用量已经超过80%，与全球顶尖的无人机保持同一水平。在政策支持、外贸驱动、军民用需求牵引下，我国无人机市场有望实现持续快速发展。 名称 国家/研制公司 类别 结构材料 全球鹰 美国/诺斯罗谱·格鲁门公司 高空长航时侦察无人机 机翼、翼梁、翼盒等大量采用碳纤维复合材料，占结构总量的65%以上 ＲQ－7影子 美国/AAI公司 多用途无人机 机身采用碳纤维增强环氧树脂复合材料，机翼则采用碳纤维增强环氧树脂复合材料面板蜂窝夹层结构制造 X－45A 美国/波音公司 无人战斗机 其机身蒙皮由碳纤维预浸带采用铺层方式制成,喷管的上下蒙皮则采BMI－5250－4型碳纤维预浸料 X－47B 美国/诺斯罗谱·格鲁门公司 无人战斗机 外翼由铝合金部件和碳纤维环氧复合材料组成，90%机体表面由碳纤维复合材料制造 捕食者MQ－1 美国/通用原子公司 中空长航时无人侦察机 机身大量采用了碳纤维织物/Nomex蜂窝夹层加筋壁板结构，内部关键位置有碳纤维梁和肋以保证足够的刚度。 侦察兵 以色列/以色列航空工业公司 无人战斗机 整体采用碳纤维/环氧树脂复合材料制成，空载重量可达76公斤，负载重量可达118公斤 利剑 中国/洪都飞机厂 隐身无人攻击机 机长约10m，翼展13.8m，采用碳纤维夹芯铝蜂窝制造 雷鸟 中国/无人试验机 无人试验机 我国第一架全碳纤维复合材料结构机体的无人试验机 HA 中国/腾盾公司和三强公司 无人察打一体机 除中机身骨架外，全部采用碳纤维及玻璃纤维复合材料制备 BZK－05 中国/哈飞与北航 远程无人侦察机 机身受力骨架采用常规铝合金铆接结构，蒙皮及整流罩采用玻璃纤维、碳纤维、Nomex纸蜂窝等复材结构 翼龙 中国/中国航空工业集团有限公司 中低空长航时多用途无人机 机身全部采用碳纤维复合材料 梭鱼 德国/空中无人系统探索项目 无人技术验证机 机翼与机身均采用全碳纤维复合材料 豺2 法国/奥科尔技术公司 多用途无人机 前4架样机采用玻璃纤维/碳纤维/芳纶纤维复合材料设计 秃鹫 南非/先进技术和工程公司 多用途无人机 玻璃纤维、碳纤维复合材料结构。 Zephyr 欧洲/空中客车公司 太阳能无人机 采用碳纤维复合材料机身，飞机重量仅为75kg 天竺葵-2 俄罗斯/不详 自杀式无人机 其机身使用碳纤维材料，能吸收雷达信号，使防空工作变得复杂。这种材料让无人机不仅在视觉上，而且在技术上都更难被发现。 ◥美国B-2轰炸机是当今最先进的，亦是唯一的隐身战略轰炸机，该款机型为全复合材料结构。隐身或最小化雷达横截面是其采用碳纤维复合材料的主要驱动因素，由于石墨纤维含碳量99%以上，具有更优异信号屏蔽性能等，因此B-2隐形轰战机采用碳纤维为高强高模型石墨纤维。 B-2轰炸机复合材料用量占比超过50% 资料来源：FahadA.Al-Zahrani等《ImpactofPolymersandPolymericCompositesontheDevelopmentofNewDesignsinMechanical, ◥F-35放量较快，交付呈阶梯式上涨。2011首年交付9架，随后快速上升至30-40架交付中枢水平，2017年后订单积压推动下 ，通过扩产、生产自动化、供应链管理等方式，实现交付量持续提升，进入年交付120-140架中枢。F-352023年交付98架 主要受TR3软件更新带来的延误影响。 F-35交付量情况 F-35服役和订单统计 国家 军种 类型 型号 现役(架) 订单(架) 美国 空军 战斗机 F-35A 234 1372 训练机 F-35A 129 海军陆战队 战斗机 F-35B/C 112 279 训练机 F-35B/C 33 海军 战斗机 F-35C 30 204 训练机 F-35C 15 澳大利亚 空军 战斗机 F-35A 60 37 训练机 F-35A 3 韩国 空军 战斗机 F-35A 38 25