军工板块基本面向好,行业景气度飙升?

今年上半年受疫情影响,国内市场和国际市场整体下行压力较大,军工板块受国内外经济波动影响较小,涨幅相对跑赢大盘。

招商证券军工行业分析师岑晓翔在进门财经路演时认为,受益于军机领域迭代升级,行业中短期有望保持中高速发展。

一、航空复合材料概述

碳纤维是一种非金属基与非金属基相结合的复合材料,目前广泛应用于航空航天领域,其中连续碳纤维增强的树脂基复合材料在目前所有复合材料结构件中占比约为70%-90%。

用碳纤维复合材料代替钢或铝,减重效率可达20%到40%。而战斗机或干线飞机自重每减少1kg,相当于增加450美元的经济效益。美国主力舰载机的复材占比已由最初的不足5%,变为目前的约30%。

我们认为,伴随着我国的新锐机型的列装量产,未来我国航空航天碳纤维复材渗透率将逐步提升,行业增速将长时间高于军费增长。

二、碳纤维行业概览

在目前的航空结构材料技术领域中,连续碳纤维增强的树脂基复合材料是重中之重,其目前在所有复合材料结构件中占比约为70%-90%。碳纤维是一种连续细丝碳材料,直径范围6-8um,为头发丝的1/3左右。

其制造工艺是由有机高分子纤维,即聚丙烯腈纤维(又名PAN原丝或PAN先驱体)或是由沥青或煤沥青纤维经专门的碳化处理而制得的纤维材料。由于其含碳量高达99%,因此弹性模量大大提高,用其制造的复合材料轻质高强,且具有超出其他工程材料的比强度和比刚度。

用碳纤维复合材料代替钢或铝,减重效率可达20%到40%,根据《大国之翼》对C919副总设计师章骏的采访,在蒙皮部位使用铝锂合金能够减重2%,型材部分使用铝锂合金能够减重5%,而碳纤维复合材料的减重潜力则在15%-20%区间。

而根据《碳纤维及石墨纤维》介绍,战斗机或干线飞机自重每减少1kg,相当于增加450美元的经济效益。

三、中国航空航天市场—从“望其项背”到“并驾齐驱”

2019年中国市场碳纤维总需求量约为3.78万吨,其中体育器材占比最高,达37.00%,其次为风电叶片,占比36.47%,与全球碳纤维应用格局最大的不同是,我国航空航天所需碳纤维占比仅为2.91%,需求端结构中高性能战机与商用飞机占比较低是导致这一结果的主要原因。

在树脂基碳纤维复合材料领域,我国的格局与全球格局相近,但值得关注的是,我国航空航天部分用量仅占总用量的3.17%,但金额却占比35.72%(用量全球占比5.95%%,金额全球占比19.85%)。

造成这一结果的核心原因在于我国碳纤维产业目前刚刚迈过起步阶段,前期投入的大量沉没成本叠加缺乏商用飞机带来的规模效应导致产品价格相较国际市场较高。

对此我们认为,考虑到合格宇航级碳纤维产业目前的供给稀缺性,以及军品市场渠道的高壁垒特性(市场新入者需要在产品预研阶段进入产业链),短期行业难以大幅降价;“量升价跌”带来的价格下降可能需要等到产业完成规模化、实现供需平衡后才会全面出现。

从供给端结构看,行业国产化率呈现不断提升的态势,国产/进口比例已从2008年的约2.5%增长到目前的约50%左右,其背后则体现了我国碳纤维行业从无到有的变化历程。

1、军机领域

军机层面,相较西方先进国家,我国军用航空装备正处于从“望其项背”到“并驾齐驱”的关键时期,但目前尚存在质与量的双重提升空间。

依据WorldAirForces2018统计,我国目前战斗机数量仅为美国的50%左右,且其中相当占比为J-7、J-8为主的第二代战斗机,余下各大机种与美国差距依然明显。

根据《2019年全球碳纤维复合材料市场报告》数据,2018年我国军机碳纤维用量大约为西方总需求量的1/5,按照行业7%-10%的复合增速计算,假设我国2050年完成“建设世界一流军队”时已追平西方整体用量,则预期CAGR在13%-16%区间。

而伴随着我国新一代固定翼飞机和直升机逐步列装升级,以及军用宇航级碳纤维行业渠道的高壁垒,我们认为以碳纤维为首的复材行业能够维持近1-3年的中高速增长期,预计CAGR在20%-30%区间。

2、民机领域

民航方面,2018年,我国民航全行业运输飞机期末在册架数为3639架,比上年增加343架,其中C919所属的窄体飞机2883架,比上年增加273架,占总机队比重79.2%;CR929所属的宽体飞机409架,比上年增加47架,占总机队比重11.2%,目前全部为外资厂商产品(国产ARJ21属于支线飞机),国产替代空间巨大。

《中国商飞公司2017-2036年民用飞机市场预测年报》对此预计,未来20年我国民用飞机市场需求约为8万亿人民币;而波音公司则预测,未来20年,中国将是全球最大的航空市场,客机需求约6800架,价值约为9293亿美元,其中以C919为代表的单通道客机需求约为3500架。

2018年C919用国产预浸料完成首批交付,实现了我国此领域国产材料零的突破,考虑到民航中机体价值量占比约在40%左右,我们认为C919带来的航空复合材料市场空间至少为1200亿人民币。

此外,考虑到C919设计时,曾有复合材料占比20%的设计方案,未来民机领域航空复材市场空间有望进一步提升。

3、无人机领域

无人机层面,根据SIPRI统计,2008-2017年,中国以88架无人机出口量位列全球第三,仅次于美国(351架)和以色列(186架),订单结构上,主要以彩虹跟翼龙两系列型号为主:

依据前瞻产业研究院整理数据显示,我国2017年军用无人机规模达到88.48亿元,而预计2020年,国内军用无人机规模将达到191.11亿元,CAGR29.26%。

四、成本端拆分及产业降本方式

尽管碳纤维复合材料相较传统材料具有诸多优势,但其也存在诸多限制其需求端进一步拓展应用的障碍。

我们认为,其中急需解决的痛点为生产成本、无损检测、损伤修复及环境兼容问题。我们认为,这些问题的解决与否将直接影响碳纤维产业在民用化领域的推广应用程度,而其中更以生产成本为重中之重。

1、生产成本拆分

航空复合材料结构成本中,材料成本约占15%、铺层占25%、装配占45%、固化占10%、紧固件占5%。

目前世界进行成本端控制的主流方式为大丝束及自动化技术、干喷湿纺技术、整体成形技术和能源成本控制。

2、大丝束及自动化技术

如前文所述,大丝束技术的核心在于增加拉丝环节中的规模效应,以达到平均成本下降的目的。截止今日,宇航级碳纤维已经从最初的1K逐渐发展为12K和24K,日本东丽T300级碳纤维成本也成功控制住100-300元/公斤水平。而工业级碳纤维部分国际企业已达到480K水平。

3、干喷湿纺技术

干喷湿纺与传统湿法纺丝的差别在于聚丙烯腈从喷丝头中喷出后先接触空气,再进入凝固液凝固,由于聚丙烯腈在粘稠状态比凝固状态牵伸更加顺畅,所以生产速度得以提升,带来规模效应:

相较湿法纺织,干喷湿纺纺丝速度快(约每分钟300米以上,湿法纺织约为每分钟40-200米),但弹丝表面光滑无沟槽,界面性能不够稳定,多用于缠绕、编织等工艺,目前广泛用于民用领域,部分产品涉足航天领域。

据业内人士推测,日本东丽(不是国内的)T300及T800可能采用湿法纺丝工艺,而T700和T1000则可能使用干喷湿纺工艺。

4、整体成形技术

整体成形技术能够大量减少零件和紧固件的数量,美国F-22(联合攻击战斗机JSF项目)的复材用量达28%,包括机翼和尾翼等处。

应用整体化技术后,金属零部件用量减少了95%,各种紧固件用量减少了96%(从11000多个减少为450个),而复合材料结构件则从600个零部件减少到200个,整体减少66%。

而在Do-328J型军用运输机改装项目上(由传统金属结构改装为部分复合材料结构),整体成形技术削减了其90%的零部件数量,大大节省了成形、装配、钻孔和安装紧固件的工序与时间。

5、能源成本控制

宝马i3碳纤维供应商SGLACF为这一方式的典型代表,其在美国MosesLake区域用有自己的发电厂及其所产生的较为廉价的能源成本,由此带来碳纤维成本较大幅度的下降。

五、碳纤维军转民障碍及潜在民用市场展望

1、军转民障碍(成本因素外)

无损检测与损伤修复

由于碳纤维复合材料的核心在于纤维束具有较高的比强度和比刚度,当纤维束发生断裂时,其受力属性将发生变化,影响产品整体安全性能。与传统金属材料相比,碳纤维束延展性较差,而对其进行无损检测(具体断裂点位置)成本较高,局部损伤修复也存在较大障碍,往往只能通过整体更换的方式。

我们认为,这一领域存在的问题将直接决定碳纤维复合材料能否在除高端车型外的汽车产业中进行推广。

环境兼容

碳纤维复合材料另一大民用化障碍在于其难降解性,如果运用在低用量或少更换的设备上,该特性表现为抗腐蚀的优势。但如果大量使用(尤其在民用化端),这一特性将给环境带来巨大压力。

2、非航领域民用化展望—轨道交通

综上,我们认为碳纤维复合材料在非高端汽车领域未来应用障碍较大,行业应用拓展有待进一步观察。

相较汽车领域,轨道交通行业对无损检测,尤其是损伤修复环节需求量较小(无损检测类似于航空),由于设备用量及更换率相较汽车行业也较低,所以其对环境压力也整体可控,轨交行业需要解决的核心矛盾在于材料成本这一环节。

我们认为,伴随着碳纤维行业产能扩张带来的规模效应,这一问题有望得到缓解,高速铁路和城际铁路有望成为小丝束及大丝束碳纤维的产业新增点。

2019年7月26日,中车四方公司首次展出更加轻盈节能的“下一代地铁”列车CETROVO。其车体采用碳纤维复合材料,并采用构架等轻量化技术,同时,还具备无人驾驶、智能空调、主动运维等多项功能。目前,这一型号的列车正在广州进行厂内测试。

根据交通部《2018年铁道统计公报》数据,2018年底我国拥有动车组3256标准组,共26048辆,货车拥有83万辆。而根据中国产业信息网预测,2020年我国地铁车辆数量将达到约4.52万辆。轨道交通市场前景广阔。

六、投资建议

受益于军机领域迭代升级,行业中短期有望保持中高速发展。目前全球航空航天领域碳纤维用量端军民比约为3:7,以此计算,假设我国完成“2050年建设世界一流军队”目标时碳纤维用量追平西方,行业CAGR将在13-17%,符合我国近几年军费增长区间。

我们认为以碳纤维为首的复材行业能够维持近1-3年的中高速增长期,预计CAGR在20%-30%区间;

相关标的:中航高科、光威复材(招商化工覆盖)、中简科技、楚江新材(招商军工有色联合覆盖)。

文章主要内容为招商证券军工行业分析师岑晓翔在进门财经路演核心观点

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