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浅析新材料行业中的慢行者——光纤行业(上)
作者:徐搏 日期:2021-02-06 10:51 人气:
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      新材料产业由于其技术密集性高、研发投入高、产品附加值高、国际性强、应用范围广等特点,已成为衡量一个国家国力与科技发展水平的重要指标。材料工业作为我国七大战略性新兴产业、“中国制造2025”重点发展的十大领域和科创板六大领域之一,是我国重要的战略性新兴产业,也是制造强国和国防工业发展的关键保障。目前,我国新材料产业发展势头良好,新材料产业总产值由2010年的6500亿元增长至2019年的4.5万亿元,年均增速超过25%。预计到2021年有望突破7万亿元。同时投资热度不减,2019年我国新材料行业投资数量为59起,投资规模达到89.87亿元。
      光纤属于通信产业中为数不多技术迭代较慢的行业,在新材料行业中属于电子信息材料中的光电子材料。从 1G 到 5G,通信技术标准不断升级,曾经的摩托罗拉、诺基亚都成了通信技术革新的牺牲品,但光纤行业的产品,技术并未发生大规模技术迭代。
      2019年6月我国已开启商用化的进程。2020年将实现建设60-80万宏站,5G在数百个城市规模商用;2021年-2027年将在县城及发达乡镇地区建设数百万量级的宏站和千万级小基站,实现大规模商用。随着5G的发展,光纤行业将迎来又一个景气周期。位于山东枣庄总投资30亿元的智光通信产业园项目,采用自主知识产权石英砂光纤制棒工艺,生产成本降低30%,建成后将成为国内最大的全光网产业链通信基地。该项目受到山东省和枣庄市新旧动能转换基金的高度重视,相关基金管理人委派代表李建坤先生表示,石英砂光纤制棒工艺芯棒沉积烧结一次成型,沉积速度较普通制棒工艺提高5倍,填补了国内空白,该项目将为川藏线建设提供优质光纤,全力服务国家重大工程。
      一、光纤行业简介
      1.定义
      光纤是光导纤维的简称,是一种传输光束的介质,由芯层、包层和涂覆层构成,是利用光的全反射原理,在由玻璃或塑料制成的纤维中进行信号传输的光传导工具。自1966年英籍华裔学者高锟博士从理论上证明了用光纤可用于传输光信号后,由于光纤传输的频带宽、损耗低、抗干扰力强、可靠性高等优点,光纤通信技术迅猛发展,光纤广泛应用于接入网、城域网和骨干网中,是满足流量需求指数式增长的理想传输介质。
      光纤的核心部分为内层折射率较高的高纯度玻璃和外层折射率较低的玻璃包层。光纤是用来制作光缆的主要组成部分,是光缆中实际承担通信网络的材料。光缆是由一定数量的光纤按照一定方式组成的通信线缆。
      2.分类
    (1)按照工作波长:紫外光纤、bai可观光纤、近红外光纤、红外光纤(0.85μm、1.3μm、1.55μm)。
    (2)按照折射率分布:阶跃(SI)型光纤、近阶跃型光纤、渐变(GI)型光纤、其它(如三角型、W型、凹陷型等)。
    (3)按照传输模式:单模光纤(含偏振保持光纤、非偏振保持光纤)、多模光纤。
      G651为多模光纤,G652-----G657均为单模光纤
      G652标准单模光纤,又分A,B,C,D,四种型号。
      G653色散位移光纤,优化工作波长
      G654衰减最小光纤,超长距离传输,如海底光缆。
      G655非零色散光纤,主要用于波分复用系统
      G656非零色散光纤,提供更宽带宽带传输
      G657弯曲不敏感光纤,主要用于光纤到户,及小弯曲半径条件使用。
    (4)按照原材料:石英光纤、多成分玻璃光纤、塑料光纤、复合材料光纤(如塑料包层、液体纤芯等)、红外材料等。按被覆材料还可分为无机材料(碳等)、金属材料(铜、镍等)和塑料等。
    (5)按照制造方法:预塑有汽相轴向沉积(VAD)、化学汽相沉积(CVD)等,拉丝法有管律法(Rod intube)和双坩锅法等。
      二、产业链分析
      光纤行业是一个产品较为专业化的行业,主要经营模式为上游厂家通过采购原材料制造光纤预制棒,售予光纤制造企业;光纤制造企业将光纤预制棒加工成为光纤,再由光缆制造企业将光纤加工成为光缆,销售给终端客户。
      
      其中,光纤预制棒被业界誉为光纤产业“皇冠上的明珠”,制造的技术难度和利润均高于光纤光缆的生产,一般来说,三者在产业链中利润比例大致为7:2:1。
      1.产业链上游
      光纤行业的上游产业主要是石英管材、四氯化锗、四氯化硅、光纤涂料和 PE 材料等原材料和制造设备生产行业。上游行业的发展影响光纤光缆产品供给的稳定性,产品的质量、生产成本和产品差异化。光纤预制棒的主要原材料为四氯化硅、四氯化锗、氢气、氦气、氧气、氮气等。光纤级的四氯化硅是光纤预制棒的重要原材料,由于预制棒生产对原材料的纯度等要求极高,早期各项基础原材料基本都需要从国外进口。近年来,我国相继在四氯化锗、四氯化硅和把持棒等原材料制备过程中取得突破,减少了预制棒生产成本,未来有望彻底摆脱受制于人的局面,进一步提高国内光纤产业的整体竞争力。
      光纤预制棒是圆柱形的高纯度石英玻璃棒,中心部分(即芯棒)是折射率较高的玻璃材料,而表层部分(称为包层)是折射率较低的玻璃材料。作为光纤的核心原材料,光纤预制棒成品质量对光纤的质量及特性,如纯度、抗拉强度、有效折射率及衰减等有着决定性的影响,在光纤产品成本中占比约为65%-70%,其制造工艺是光纤制造技术中最重要、也是难度最大的工艺。全球主要光纤预制棒生产厂商约为20家,其中中国厂家主要有长飞、亨通、中天、富通、烽火等,技术门槛较高,行业参与者数量相对有限,有较高的进入壁垒。
      2.产业链中游
      光纤主要由预制棒通过拉丝等工艺制成,结构一般是多层同心圆柱体,每吨光棒大约可拉制3.3万公里光纤。主体结构和预制棒一致,中心部分是纤芯,用于传到光波;纤芯外为包层,其折射率低于纤芯,以满足全反射条件将光波封闭在光纤中传播。纤芯和包层即构成了裸光纤。为了有效地保护光纤表面,提高光纤的机械强度并隔绝引起微变损耗的外应力,裸光纤外还需涂覆一层或多层高分子材料构成的涂覆层,裸光纤和涂覆层一起构成了我们平常所说的光纤。
      光纤生产大体分为四道工序,包括拉丝、筛选、测试及包装,其中拉丝为关键工序。拉丝是指将光纤预制棒转变为光纤的过程,在此过程中,生产厂商将光纤预制棒置于拉丝塔顶部,通过高温加热使预制棒熔化,然后通过外力牵引拉制成裸光纤。拉丝的同时,为保护刚刚拉制成的裸光纤,需同时对其进行涂覆,以保证其机械强度。
      光纤制造环节技术难度较低,拉丝塔等设备基本已实现国产化,小厂商目前也能进行光纤生产,进入门槛较低。预制棒是光纤生产的主要成本,根据上市公司公告,光纤的生产成本中预制棒占 70%以上,涂料仅占 5%左右。
      实际应用中,为了进一步保护光纤和承受安装时的外力,光纤还需要制成光缆。光缆通常由缆芯和护套两部分组成。缆芯是光缆的核心,决定着光缆的传输特性,根据包含的光纤的芯数,可分为单芯型和多芯型两种。护套通常由聚乙烯或聚氯乙烯和铝带或钢带组成,主要用于保护缆芯,具有良好的抗侧压力性能及密封防潮和耐腐蚀的能力。
      光纤制造流程主要包括成缆和护套挤制。成缆即将若干根光纤与加强件、阻水材料、包扎带等元件按照一定规则绞合制成结构稳定的光缆缆芯。护套挤制则是为保护缆芯不受外界机械、热化学、潮气以及生物体啃咬等影响,为缆芯添加护套。普通光缆的生产中,光纤是其主要生产成本,占比达50%左右。
      3.产业链下游
      光纤光缆行业的下游产业主要是信息产业。下游产业的变化发展将对光纤光缆的需求量产生较大影响。光缆作为光纤光缆行业的最终产成品,一般直接销售给终端客户,主要为三大电信运营商,还包括医学激光、军事传感、通信安防和智能电网等新兴产业,云计算、物联网、5G 建设都将拉动对光纤光缆需求。信息化建设政策、物联网和云计算等技术的日益成熟和应用领域的拓展带动信息产业发展,三大国有电信运营商的网络建设扩张,不断推动着光纤光缆行业的发展。
      通信网络的规划与建设,由三大电信运营商投资驱动,三大运营商的资本支出,是通信产业链上各家企业的收入来源。因此,对于光纤行业,下游客户非常集中。其中,中国移动一家的需求量占到了 50%以上。
      从 4G 通信投资历史来看,无线主设备(基站端)投资规模占比约为 48%,传输设备(光纤光缆等传输设备)其次,占比约为 23%。当新一代通信网络开始建设时,首先集中进行的是接入网(基站)建设,而光纤光缆的需求将紧随其后。
      当前,我们处于 5G 网络建设初期,2020 年迎来了基站建设的高峰期。根据运营商投资规划,2020 年和 2021 年,三大运营商新建5G 基站将达到 70 万站和 110 万站,对应市场规模约为 1100 亿元、1500 亿元。2019 年-2025 年,新建 5G 基站主设备市场总额约为 6258 亿元,是 4G 投资的 1.57 倍。随着5G 基站建设的高峰期到来,光纤光缆的需求量有望回升。不过,光纤光缆行业未来的增速,除了需求量的增长情况,还要关注价格变化。

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