産業資訊 / Industry

中美碳纖維複合材料市場應用對比

全球碳纖維最重要的市場為風電葉片,國内風電葉片碳纖維需求規模達到全球的32%。國内最重要的碳纖維市場為體育休閑等民用領域,國内體育休閑碳纖維需求規模的 94%,電子電氣、混配模成型亦占到全球細分領域的50%以上。

01

航空航天:軍機、民機碳纖維滲透率提升

現代碳纖維材料始于軍用,目前航空航天為重要應用領域。碳纖維複合材料是大型整體化結構的理想材料。與常規材料相比,碳纖維複合材料可使飛機減重 20%-40%,并有能力克服金屬材料容易出現疲勞和被腐蝕的缺點,增強了飛機的耐用性;複合材料的良好成型性可以使結構設計成本和制造成本大幅度降低。在軍用航空領域得到了廣泛應用和快速發展,碳纖維複材滲透率不斷上升。

軍用單機碳纖維滲透率不斷提升。美國由于碳纖維行業起步早、技術水平較高,目前軍機應用碳纖維比例都處于較高水平。根據前瞻産業研究院, 以美國 F-22 和 F-35 為代表的第四代戰鬥機上碳纖維複合材料用量就分别達到了 24%和 36%,美國新型軍用運輸機 ACCA 整個飛機機體複合材料比例甚至高達 65%,整機減重甚至可達 25%以上。而我國現役的第三代戰鬥機碳纖維占比與第四代戰機 30%的平均碳纖維用量仍有較大差距,我軍碳纖維單機比例仍有巨大提升空間。随着軍機的更新換代,中國軍機碳纖維複材使用比例也逐漸提升,殲 20 碳纖維複材比例就已經從殲 11 的 10%提升到了 27%。

軍機向三代 、四代為主體轉變,帶動碳纖維複材新增長。據《World air force 2019》的數據,2018 年全球軍用飛機總數約為 53953 架,其中美國在役軍用飛機機隊 13398 架,占同期全球軍機總量的 24.83%,排名第一;中國軍用飛機 3187 架, 占同期全球軍機總量的 5.91%,較去年同期增長 151 架,排名第三。其中,我國目前戰鬥機數量為美國同期的一半左右,運輸機、加油機、直升機、教練機等軍機數量都遠遠落後于美國,且約半數的軍用飛機機型較為落後,服役時間長久,面臨退役,裝備建設急需提速。未來我國将逐漸淘汰二代機,以三代機為主體向四代機轉變,形成以三代、四代戰鬥機為主 的新一代空戰力量,新機的交付為軍用飛機制造業帶來了機遇,也将拉動對高端碳纖維複合材料的需求。随着軍機批産上量,以及單機碳纖維比例的逐步提升,對國産碳纖維的需求也将提升。

商用航空為航空航天碳纖維重要應用領域。航空航天碳纖維需求分布中,商用飛機需求量占比最高,對碳纖維需求驅動是巨大的。根據波音及空客的官網資料,2018年波音的複材飛機 B787 交付 145 架,同比增長了 6.6%,而空客的複材飛機 A350XWB 交付了 93 架,同比增長19.2%,帶動 18 年航空航天複材的增加。除了商用飛機數量的增長,單機碳纖維使用量也在不斷增長。商 用飛機既強調安全性也強調經濟性,對結構減重有着迫切的需求,複合材料逐漸取代金屬材料,用量也在不斷提升,應用占結構材料質量比可達 50%。根據《A350 的複合材料構件制造》,波音 B787 複合材料結構重量達到全機結構重量的 50%左右,空客 A350 複合材料結構重量高達 52%。根據北京晚報,截至 2019 年 10 月,我國具有自主知識産權的大型噴氣式民用飛機 C919 的全球訂單數量已經超過了 1000 架,未來進口替代空間巨大,根據公司大絲束碳纖維産業化項目可行性研究報告,應用複材占比為 25%左右;寬體客機 C929 機身中碳纖維複合材料有望超 50%,從而能拉動國内碳纖維複合材料的穩定增長,預示着強勁的市場潛力。

全球預計到 2038 年機隊規模為 49558 架,是現有機隊(23893 架)的 2.1 倍,其中增長 25665 架,替換 19786 架,保留 4099 架。為滿足運量增長,中國機隊規模預計到 2038 年機隊規模為 10344 架,其中雙通道飛 機2420架,單通道飛機6938架,支線飛機1051架,占全球總量的21%,年均增長率居全球各地區首位。1999 年-2018 年中國大陸曆史交付 3968 架客機,預測未來 20 年間将交付 9205 架客機,占未來二十年全球交付 量的 20%,市場規模不斷擴大,新機交付量将帶動上遊碳纖維複合材料 産業的發展。

國内航空航天領域碳纖維仍待發展。在中國制造 2025 中,碳纖維被列入戰 略材料,規劃到 2020 年國産碳纖維用量達 4000 噸以上,滿足大飛機技術要求,到 2025 年高性能碳纖維基本實現自主保障。随着政府政策的支持、 國内碳纖維産業技術水平的不斷進步與産業鍊的完善,對标國際目前碳纖 維産業分布,國内在航空航天高端領域碳纖維有望加速發展。

02

風電:葉片大型化帶動風電碳梁需求

風電是清潔能源,21 世紀來風電産業發展速度較快。全球累計風電裝機容量從 2011 年到 2018 年的複合增速為 13.93%,新增裝機容量增速在 2016 年之後觸底反彈,也将保持較高增速。目前中國是全球最大的風電市場,風電市場體量大、發展快。2018 年我國新增裝機容量 21.14GW, 占全球新增裝機容量的 43%;累計裝機容量保持穩定增長态勢,2018 年 達到 209.5GW,占全球總裝機容量的 36%。預計未來幾年中國新增裝機容量仍将保持較高規模,風電市場需求量廣闊。

風電葉片向大型化發展,帶動碳纖維複材在風電領域應用。中國新增風電裝機正在向大功率、大尺寸發展。根據 CWEA 統計,中國新增裝機的風電機組平均功率由2008年的1214KW平穩增長到 2018 年的 2.2MW。2018 年新增裝機容量主流型号功率區間為 2MW-2.9MW,其中 2MW 功 率機組占比超過新增裝機容量的 50%,2.1-2.9MW 機組市場份額同比增 長 31.7%,主流型号功率不斷增加。在達到額定功率之前,等同條件下葉片長度與獲得功率成正比關系。随着風力發電機單機功率的快速提升, 風電葉片正向着大型化、輕量化的方向發展,IEA 預測在 2025 年前後風機的風輪直徑将達到 250 米。随着風電葉片尺寸的持續增大,碳纖維複合材料應用比例也将持續增加。

海外Vestas 訂單不斷, 國内風電葉片需求快速增長,複合增速高達 107.15%。目前,Vestas 是 全球以碳梁開發大功率風電葉片的最主要的客戶,在全球設有多處葉片工 廠。據 2019 年年報,Vestas 在風電訂單已達到 178 億元。未來幾年 Vestas 的碳梁需求仍将呈逐年上升趨勢。另外,除 Vestas 以外,國内下 遊風電葉片廠家也同時快速崛起,碳纖維用量及在風電葉片中的占比均快 速提升,2015 至 2018 年,國内風電用碳纖維用量的複合增速高達 107.15%。

03

汽車:新能源汽車加速碳纖維應用

從全球碳纖維細分産業的增長來看,汽車領域增長較為迅速,近些年需求 規模年均複合增長達到 33%,工業領域碳纖維應用普及相對較慢。根據《2020 複合材料行業市場縱覽》,中國是全球第一大汽車市場,2018 年生産 2780 萬輛汽車,其中包括所有乘用車,輕型商用車,卡車,公共 汽車和長途汽車。且目前汽車行業正在加速碳纖維材料在汽車上的應用。目前已有多家廠商發布相關公告,其中麥格納汽車外飾系統與廣汽零部件有限公司 (中國廣州,GACC)組建合資公司,從 2018 年末開始為全球汽車制造商的跨界車生産熱塑性複合材料(TPC)舉升門;以及沃爾沃的新品牌 電動高性能汽車公司 Polestar 大量采用碳纖維材料做為 Polestar 1 的底盤架構,成功的削減了大約 230 公斤的重量,Polestar 1 在包括引擎蓋、 尾箱蓋、葉子闆、車門以及整個車頂的部分都使用了碳纖維複合材質制作, 這是沃爾沃集團當中首度有車款使用如此大量的碳纖維料件來做為車身 架構。

國内新能源汽車銷量持續上升,碳纖維有望加速在汽車領域應用。相對傳統汽車而言,新能源汽車使用碳纖維材料比例相對更高。随着資源與環境雙重壓力的持續增大,在政策和技術進步的驅動下,傳統動力系統将會逐漸被驅動電機、動力電池與控制器所取代。目前已有多個國家,尤其是德國等西歐發達國家已發布或提出禁售傳統燃油車時間表,汽車電動化已是大勢所趨。國内處于發展初始階段的新能源汽車銷量上升迅速,從 2015 年的 33 萬到 2018 年的 126 萬銷量,CAGR 大于 50%,占整體汽車銷量 比重迅速增加,即使在全國汽車銷量下滑的情況下新能源銷量同比仍然持 續上升。至 2018 年,中國新能源汽車産量和保有量分别占汽車産量和保 有量的 4.6%和 1%,需求端潛力仍待釋放,未來發展趨勢預計将持續上揚,帶動碳纖維在汽車領域的應用。

 

本文來自中科院甯波材料所特種纖維事業部  轉載請聯系原作者

相關文章

免费观看在线污污的视频,免费视频在线观看