20160919-广发证券-制造业轻量化专题研究报告（一）：碳纤维复合材料引领轻量化浪潮_21页_2mb

制造业轻量化专题研究报告（一）总结

核心内容

制造业轻量化已成为推动产业升级的重要方向，尤其在新能源汽车、轨道交通和航空等领域展现出显著优势。轻量化不仅有助于提升能效、延长续航里程，还能降低制造与维护成本，提高产品的整体性能。碳纤维复合材料（CFRP）因其高强度、低密度的特性，正成为轻量化材料的首选。

主要观点

• 轻量化的重要性：在制造业面临经济不振与需求下滑的背景下，轻量化成为突破口。通过减重，可显著提升能源效率、降低碳排放，并改善车辆操控性能。
• 材料选择：当前轻量化主要依赖碳纤维复合材料、铝合金、镁合金和高强度钢。其中，CFRP具有最显著的减重潜力，尤其适用于对强度与重量要求较高的场景。
• 碳纤维应用前景：碳纤维在新能源汽车、航空和轨道交通等领域具有广泛的应用前景。随着技术进步与成本下降，CFRP有望成为主流材料。
• 产业链发展：碳纤维产业链包括上游原材料、中游生产装备、下游应用产品。产业链各环节协同发展是实现轻量化的重要保障。

关键信息

1. 轻量化对各行业的影响

• 新能源汽车：通过减重可提升续航能力，每减重100kg，百公里燃油消耗减少0.5L，二氧化碳排放减少500g。
• 轨道交通：如C80型铝合金运煤敞车比C76型钢制车轻5吨，有效提升运载能力与经济效益。
• 民航客机：空客公司复合材料使用率已达50%以上，波音747-400的燃油成本占总成本的26%左右，碳纤维的使用可显著降低油耗。

2. 碳纤维复合材料的优势

• 比强度高：CFRP比强度是钢的7-9倍，比模量是钢铁的1.5倍。
• 减重效果显著：在同等强度下，CFRP比铝合金减重20%-40%。
• 应用广泛：可用于车身、机翼、机身、发动机部件等，尤其在军机和民机中应用广泛。

3. 碳纤维生产流程及设备

• 主要流程：拉丝、牵伸、预氧化、碳化、石墨化。
• 关键设备：纺丝机、牵伸机、预氧化炉、碳化炉、石墨化炉等。
• 国产化需求：目前部分关键设备仍依赖进口，国内企业正加快国产化步伐，以降低生产成本并提升技术水平。

4. 国内碳纤维生产装备企业

• 海源机械：专注于复合材料轻量化制品，2016年上半年销售收入增长30.8%。已具备新能源汽车碳纤维车身部件生产线的自动化设计能力，预计2017年3月试生产。
• 楚江新材：通过收购顶立科技，拥有碳纤维预氧化、碳化及石墨化成套设备，成功承接高性能碳纤维生产线等项目。
• 精功科技：主营光伏、建筑节能及轻纺设备，2016年上半年碳纤维成套设备销售收入达523.9万元，致力于碳纤维专用设备的发展。

投资建议

• 关注碳纤维在制造业轻量化中的推广进程。
• 关注产业链上相关装备企业的业绩改善和提升，尤其是具备自主技术与生产能力的企业。

风险提示

• 碳纤维生产工艺突破低于预期。
• 碳纤维应用推广低于预期。
• 下游需求不足导致相关生产装备需求低于预期。

图表索引

• 图1：不同材料减重效果
• 图2：定速燃油效率与车重关系
• 图3：空客公司复合材料使用率
• 图4：碳纤维基本力学特性
• 图5：宝马一体化碳纤维复合材料车身
• 图6：日本三菱丽阳对未来车用碳纤维需求预测
• 图7：A380上使用CFRP的部件
• 图8：碳纤维产业链构成
• 图9：不同用途的碳纤维产品附加值差异
• 图10：碳纤维生产流程
• 图11：宝马i3/i8所用碳纤维件生产流程
• 图12：纺丝机组成
• 图13：预氧化炉工作流程
• 图14：碳化炉组成及工作流程
• 图15：海源机械生产的碳纤维车身
• 图16：顶立科技的真空碳化炉

产业链与市场前景

• 碳纤维产业链上下游协同是实现轻量化的重要基础。
• 国内碳纤维生产存在较大缺口，2014年进口量达11700吨，缺口达10000吨。
• 未来国内碳纤维生产将需要至少10条新生产线，市场容量预计达26-40亿元。
• 碳纤维成型设备及材料生产成套设备市场空间广阔，将在需求释放后进一步扩大。

产业链技术挑战

• 碳纤维生产工艺复杂，技术关键点多，壁垒高。
• 国内部分关键设备如喷丝板、高温碳化炉等依赖进口，需加快国产化进程。
• 专用设备制造水平相对较低，影响碳纤维综合性能与成本控制。

未来展望

• 随着新能源汽车、轨道交通、航空等领域的快速发展，碳纤维复合材料的市场需求将持续增长。
• 国内企业应加强技术研发，提升装备自主化水平，以应对国外技术封锁与市场竞争。
• 碳纤维产业链的完善将推动轻量化技术在制造业中的广泛应用。