碳纤维|国产材料保障中国航天
7月12日，蓝箭航天的朱雀二号遥二运载火箭成功发射，这是全球首枚成功入轨的液氧甲烷火箭。
液氧甲烷，作为目前全球公认的低成本可重复使用火箭的主流推进剂，相比目前技术比较成熟的液氧煤油发动机更具优势，仅次于液氢液氧推进剂。
马斯克的“星舰”火箭、贝佐斯的蓝色起源研发的BE-4，以及中国运载火箭技术研究院在研的新一代重型火箭长征九号，均采用了液氧甲烷发动机作为研发方向。
下文就中国航天产业链中的部分环节略作展开。这条由导弹、火箭、卫星、空间飞船以及深空探测器等航天装备构成的科技链，决定了中国能走多远、飞多高。
来源:中国航天系统科学与工程研究院《产业链视角的世界航天发展情况分析》
碳纤维：国产材料保障中国航天
减重，是航天飞行器结构设计与制造中考虑最多的问题之一。
碳纤维，正是结构减重的利器，也是航空材料主要三大细分赛道之一（碳纤维、高温合金及钛合金）。一般来说，碳纤维不会直接使用。通常以碳纤维为增强体，与树脂、金属、陶瓷等为基体结合形成为碳纤维复合材料。
位于嫦娥五号探测器系统最顶端的上升器，使用碳纤维复合材料，做到了结构自重占整器重量（769 kg ）仅6. 2% (47. 758 kg) ，低于标准比例的7.6%。
2022年11月，NASA 新登月计划第一次发射的无载人火箭Space Launch System（SLS）的外壳也采用了橘红色的碳纤维复合材料。
再以上海航天八院抓总研制的新一代运载火箭为例，若能在现有金属贮箱的基础上减重30%，火箭的运载能力就会提升6%。在此基础上，火箭可以多搭载300公斤的载荷。对运力价格以克计的运载火箭来说，减重的重要性毋庸置疑。
source：pixabay
碳纤维可按照力学性能、纤维数量、原丝类型进行分类。目前，国外应用较多的碳纤维包括M40、M40J、M55J 和M60J级高强高模碳纤维。
航天碳纤维是典型的“量少、价高”。2022年，全球碳纤维需求的应用领域中，航空航天军工领域占比仅14.9%。
数据来源：赛奥碳纤维《2022全球碳纤维复合材料市场报告》
太平洋证券数据显示，在2020年以前，航空航天领域碳纤维复材需求量仅在5%左右，但价值量（金额）却占到近40%。
碳纤维复材的自给自足，对保障航天事业顺利进行，对提高我国碳纤维行业进入高质量发展至关重要。2022年，是碳纤维行业国产替代的一个里程碑：国产用量首次超过了进口用量。中国国内碳纤维需求量曾长期处于“低水平”发展阶段，主要仰赖于进口产品。2018年，我国国内碳纤维需求量约为3.1万吨，但是自给率只有29%。
直到近几年，市场发生了天翻地覆的变化。国产碳纤维市场份额增速惊人。
从2019年的31.7%，2020年的38%，2021年的46.9%，直到2022年，碳纤维自给率达到60.5%。根据赛奥碳纤维《2022全球碳纤维复合材料市场报告》显示，2022年中国市场碳纤维需求总量为74429吨，其中国产碳纤维供应量为45000吨。
source：giphy
星船知造总结国产替代跑出加速度的两大原因。二者缺一不可，同步共振——
1，持续扩大国内市场规模。2，不断突破技术瓶颈。
2021年，中国大陆地区首次超过美国，成为碳纤维全球最大产能国。当年碳纤维产能达到6.34万吨，占全球总产能比重超过30%。
2022年国内碳纤维需求占全球比值约55.1%，成为全球第一大碳纤维消费市场。碳纤维需求的应用领域，主要得益于下游的风电叶片和体育休闲——两者拉动明显。2022年，这两大领域相关的碳纤维需求总和超过了43.5%。
但狂飙的碳纤维市场之下，中国碳纤维在航天领域的产能，却还是一度保持“慢速度”。
根据百川盈孚，截至23Q1国内碳纤维总产能10.32万吨，但23Q1新增1.4万吨均为T300级（T300级合计占比达72.9%，T700/T800产能占比仅为21.5%。
“T”代表了技术难度，航天领域利用的正是T700/T800为主的“高T”产品。
高价值的“高T”产品的产能占比较小，导致的结果是中国仍然是高端碳纤维进口大国。产能阶段性过剩则主要集中在T300等通用级碳纤维领域。
国产替代通常有一个循序渐进的过程。在碳纤维领域，先把“低T”产品做大，获得资金，有助于对“高T”高性能产品的技术攻坚。二者彼此共生。
有了这个基本概况的了解，再来看碳纤维航天领域，就能得到更精准的全貌。
碳纤维在高端应用领域的核心诉求仍是性能突破。高性能进口比例不低，因此，以日本东丽为首的老牌碳纤维公司，在这一领域仍然赚取了大量利润。参考太平洋证券数据：军用碳纤维价格在3000-4000元/公斤，复材价格更是达到上万元/公斤，相比之下，民用碳纤维价格仅为约300元/公斤或更低。
“高T”和“低T”产品，二者价格相差10倍。处在碳纤维产业链上的企业，一旦绑定了航天军工的订单，会呈现高毛利的特征。
从全产业链看，制造碳纤维产品的上游原丝端与中游复合材料，是碳纤维产业链的核心环节。仅原丝的制造成本就占了碳纤维的51%。
在原丝领域，吉林碳谷市占率达50%左右。2022年，吉林碳谷国内碳纤维原丝产销量5万吨以上。
“吉林系”的吉利化纤集团在扩产能上，2022年实现了这一领域无人企及的神话：一年内，吉利化纤的原丝产能增加了50,000吨，碳化线产能增加了26,000吨。吉林化纤2023年一季报显示，净利润1207.77万元，同比大增124.65%。
原丝环节下一步，是碳纤维产品。
业务重点涉及航天军用的企业，以中简科技为代表，生产ZT7（性能优于同等级别下日本东丽的T700产品)及以上级高性能碳纤维系列产品，用于飞行器主承力结构件。
2012年中简科技生产的ZT7系列国产高性能碳纤维，首次真正应用在我国自主研发的航空航天装备上，打破了国外的技术封锁和限制。2020年11月13日，中简科技获得国家级专精特新“小巨人”称号，是第二批获得此称号的公司之一。
日前，中简科技官方发布消息表示，已具备更高性能的ZT9系列（T1000/T1100级别）碳纤维的产业化能力。对于中国航天碳纤维，或将进入一个新阶段。吉林化纤2023年一季报显示，中简科技净利润1.48亿元，同比增长63.67%。
主攻军民两用碳纤维的光威复材，生产上正在大力推动碳纤维T700级、T800级的产业化。谁能够先拿下T800级，亦是商战胜败的关键。
来源：公开信息整理
以上代表性企业中，中简科技因航天军用业务占比大，毛利率相对最高，2022年达75.63%。光威复材的碳纤维业务板块的毛利率，也维持在70%以上。
《中国制造2025》中提到，到2020年，国产碳纤维复材要满足大飞机技术要求，其用量达4000吨以上，到2025年基本实现高性能碳纤维的自主保障。
2022年12月9日，国产大飞机C919正式交付。作为国内首个使用T800级高强碳纤维复合材料的民机型号，碳纤维复材占C919机身重量的11.5%。
光威集团董事长陈亮曾评价日本厂商对国内的碳纤维供给，“全面涨价之外，高兴才给你点，不高兴就不给”。中国碳纤维受制于人的时代正在过去。
国产碳纤维在航天领域的速度，超过了业内预期。2022年，除了以T1100级，IM10级和M60J级等碳纤维为代表的顶级品种，其他“高T”产品均已经或正在实现工业量产。(来源：节选星船知造)
版权声明：复材云集尊重版权并感谢每一位作者的辛苦付出与创作；除无法溯源的文章，我们均在文末备注了来源；如文章视频、图片、文字涉及版权问题，请第一时间联系我们，我们将根据您提供的证明材料确认版权并按国家标准支付稿酬或立即删除内容！
