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

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 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 ： “ 黑 色 黄 金 ” 性 能 优 异 ◥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 。 美 国 探 索 型 ： 战 机 复 材 用 量 三 步 式 发 展 ◥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1 0 %； ◥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1 0 %-20 %； ◥第三阶 段代表 机型 是 四 代 机F-3 5， 复 材 用 量 占 比 可 达3 5 %。 T800级别先进碳纤维技术突破带来航空复材用量占比跃升 ◥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’s Business Strategy forCarbon Fiber Composite Materials，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）。 资料来源：《Composites in Aerospace Applications》,《Sensor to detect moisture/degradation of composites and adhesive bonds》，国联证券研究所 T800级别碳纤维应用横向可带动多机型复材用量快速提升 ◥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。 我国两步并一步跨越式发展，T800H将成为下一代军机复材主要材料，空间潜力大 ◥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。 直升机复材用量：最佳匹配性下的高天花板 ◥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。 我国新一代武装直升机已应用T800复材，复材用量超50% ◥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。 资料来源：谌广昌等《高性能复合材料在直升机结构上的应用展望》，观察者网，国联证券研究所 复合材料为无人机材料与气动结构的最佳解决方案，用量占比较高 ◥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。 ◥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）。 无人机为未来发展趋势，有望持续快速发展 ◥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。 资料来源：中国复材公众号，段国晨等《先进复合材料在无人机结构的应用》，国联证券研究所 轰炸机：隐身性能驱动下的复材高用量突破 ◥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。 F-35的碳纤维放量驱动赫氏长周期收入盈利高增 ◥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-35 2023年交付98架主要受TR3软件更新带来的延误影响。 多机型拓展与内需外贸加持下，F-35生产数量天花板较高 ◥多机型拓展与内需外贸加持下，F-35生产数量天花板较高。F-35有三个主要型号：F-35A（常规起降）、F-35B（短距离起降/垂直起降）和F-35C（航母型），分别满足空军、海军陆战队、海军的需求。 ◥根据《World air force 2024》，目前美国海军现役553架，订单1855架，外国现役316架，订单850架。国内外现役+订单为3574架。随着后续外贸订单加码，F-35全生命周期生产数量有望超4000架。 资料来源：洛克希德马丁公告，洛克希德马丁官网，《World air force 2024》，国联证券研究所整理 F-35放量带动赫氏营收增速和规模上台阶，且利润水平持续提升 ◥2011年为F-35交付元年，2012年F-35第一次放量带动赫氏营收增速明显提升，从F-35交付至今，赫氏国防业务营收从2010年3.11亿美元提升至2023年5.45亿美元。2011年F-35放量后，赫氏利润水平持续提升，赫氏复材业务营业利润率从2010年14.8%，持续提升至2019年达到21.1%。 2、碳纤维或为新质生产力的共性材料，行业中长期空间广阔 碳纤维复合材料为目前航天飞行器结构应用范围最广、技术成熟度最高的材料 ◥与金属材料相比，碳纤维复合材料的主要优势是高的比强度和比模量，具有良好的可设计性，以及具有优异的耐疲劳、耐腐蚀和抗振动等特性，并且易于制造一次整体成型复杂零件。 ◥结构用碳纤维主要以高的强中模（T系列）、高的强高模（MJ系列）为主，如火箭、导弹发动机大多采用高的强中模碳纤维，导弹支架、支座或托架等结构采用了高的强高模碳纤维。 卫星：碳纤维大量应用于卫星结构件，减重效果明显 ◥卫星：碳纤维复合材料应用在空间平台可确保其承载力好、抗辐射、耐老化和空间环境耐受性良好，主要用于制造卫星和空间站的承力筒、蜂窝面板、基板、相机镜筒和抛物面天线等结构部件。应用复合材料制成的结构件占卫星结构的80-85%。可使卫星结构质量占卫星总质量的百分数由原来大于15%下降到6%-7%。 资料来源：中国复合材料工业协会官网、李威等《碳纤维复合材料在航天领域的应用》，国联证券研究所 卫星互联网空间广阔，牵引卫星与火箭配套碳纤维快速增长 ◥随着探月四期工程任务持续推进，以及多个卫星星座的加速组网建设等重大工程任务，我国火箭发射次数有望逐步提高，今年中国航天有望实现百次发射。低轨卫星方面，8月5日，G60星座首批组网卫星发射仪式在太原举行，一箭18星，卫星组网或将逐步进入加速阶段。整体来看，我国未来卫星发射数量及对应的火箭发射次数有望迎来快速增长。 导弹：高弹性品种，多部位应用减重效果明显，可提高射程和突击能力 ◥导弹：碳纤维复合材料应用在战略导弹可大大减轻重量，提高导弹的射程和突击能力，主要用于制造弹体整流罩、复合支架、仪器舱、诱饵舱和发射筒等主次承力结构部件。以固体发动机战略导弹为例，一、二、三级发动机壳体每减轻结构质量1kg，射程将相应地增加0.6km、3.0km和16.0km。 ◥航天导弹领域作为战略性武器装备，和平时期的演习消耗性质和武器装备列装配套补库存需求旺盛。如光威复材航天领域收入有望受益航天导弹需求高景气，持续实现高速增长，打造军机外新的增长点。 大订单持续到来，C919需求旺盛 ◥2024年4月份南航国航分别向商飞订购100架C919客机，随着大订单持续增加,目前中国商飞C919总订单数已接近1500架（包含确认订单和意向订单）。仅统计国内航司的订单，目前确认订单已超400架。未来国内航司机型存量替换，支撑C919持续需求旺盛。 产能端持续加码，助力C919快速上量 ◥中国商飞公布了C919近几年“快速上量，能力先行”的目标规划，计划2024年实现年产能50架飞机，并交付30架飞机。到2027年，预计年产能将达到150架飞机，并具备交付110架的能力。 资料来源：CAN，商飞，国联证券研究所整理 对标国外，我国民机复材用量占比提升空间较大 ◥民机领域复材具有提升续航、机动、敏捷能力，节能减排、降低全寿命成本与提高竞争力等应用优势。国外，2010年后宽体客机复材用量达到50%。目前我国国产客机复材用量占比较小，国产C919机体结构的复材用量占比为11.5%。宽体客机CR929机体结构复材用量有望超过50%。 ◥C919应用的复合材料主要包括环氧树脂基/酚醛树脂基为基体、碳纤维/玻璃纤维为增强体的树脂基复合材料以及芳纶蜂窝材料。这是我国首次在主承力结构、高温区、增压区使用复合材料，实现了T800级高强碳纤维增韧复合材料的应用。 资料来源：张璇等《航空航天领域先进复合材料制造技术进展》，玻纤情报网公众号，国联证券研究所 测算2027年C919年产110架时，复材空间19.3亿元，碳纤维空间2.4亿元 ◥根据以下假设，测算C919单机复材用量2.2吨，单机复材价值量0.18亿元，单机碳纤维价值量0.02亿元，测算2027年C919年产110架时，复材空间19.3亿元，碳纤维空间2.4亿元。 ◥测算假设：