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行业分析

中外碳纤维复合材料市场应用对比
来源:宁波材料所  2020-02-26 13:27:33
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原文:http://www.chinacompositesexpo.com/cn/news-detail-12-9158.html       在《中国制造2025》中,碳纤维被列入关键战略材料。根据规划,到2020年国产碳纤维用量将达到4000吨以上,到2025年高性能碳纤维基本实现自主保障。随着政府政策的支持、国内碳纤维产业技术水平的不断进步与产业链的完善,对标国际目前碳纤维产业分布,碳纤维有望在多领域实现快速发展。
       航空航天:军机、民机碳纤维渗透率提升

       现代碳纤维材料始于军用,目前航空航天为重要应用领域。碳纤维复合材料是大型整体化结构的理想材料。与常规材料相比,碳纤维复合材料可使飞机减重 20%-40%,并有能力克服金属材料容易出现疲劳和被腐蚀的缺点,增强了飞机的耐用性;复合材料的良好成型性可以使结构设计成本和制造成本大幅度降低。在军用航空领域得到了广泛应用和快速发展,碳纤维复材渗透率不断上升。

       军用单机碳纤维渗透率不断提升。美国由于碳纤维行业起步早、技术水平较高,目前军机应用碳纤维比例都处于较高水平。前瞻产业研究院的研究结果显示,以美国F-22和F-35为代表的第四代战斗机上碳纤维复合材料用量就分别达到了24%和36%,美国新型军用运输机ACCA整个飞机机体复合材料比例甚至高达65%,整机减重甚至可达25%以上。而我国现役的第三代战斗机碳纤维占比与第四代战机30%的平均碳纤维用量与美国相比仍有较大差距,我军碳纤维单机比例仍有巨大提升空间。随着军机的更新换代,中国军机碳纤维复材使用比例也逐渐提升,歼20碳纤维复材比例就已经从歼11的10%提升到了27%。


       军机向三代 、四代为主体转变,带动碳纤维复材新增长。据《World Air Force 2019》的数据,2018年全球军用飞机总数约为53953架,其中美国在役军用飞机机队13398架,占同期全球军机总量的24.83%,排名第一;中国军用飞机3187架,占同期全球军机总量的5.91%,较去年同期增长151架,排名第三。其中,我国目前战斗机数量为美国同期的一半左右,运输机、加油机、直升机、教练机等军机数量都远远落后于美国,且约半数的军用飞机机型较为落后,服役时间长久,面临退役,装备建设急需提速。未来我国将逐渐淘汰二代机,以三代机为主体向四代机转变,形成以三代、四代战斗机为主的新一代空战力量,新机的交付为军用飞机制造业带来了机遇,也将拉动对高端碳纤维复合材料的需求。随着军机批产上量,以及单机碳纤维比例的逐步提升,对国产碳纤维的需求也将提升。

       商用航空为航空航天碳纤维重要应用领域。航空航天碳纤维需求分布中,商用飞机需求量占比最高,对碳纤维需求驱动是巨大的。根据波音及空客的官网资料,2018年波音的复材飞机B787交付145架,同比增长了6.6%,而空客的复材飞机A350XWB交付了93架,同比增长19.2%,带动18年航空航天复材的增加。除了商用飞机数量的增长,单机碳纤维使用量也在不断增长。商用飞机既强调安全性也强调经济性,对结构减重有着迫切的需求,复合材料逐渐取代金属材料,用量也在不断提升,应用占结构材料质量比可达50%。根据《A350的复合材料构件制造》,波音B787复合材料结构重量达到全机结构重量的50%左右,空客A350复合材料结构重量高达52%。根据《北京晚报》报道,截至2019年10月,我国具有自主知识产权的大型喷气式民用飞机C919的全球订单数量已经超过了1000架,未来进口替代空间巨大,根据公司大丝束碳纤维产业化项目可行性研究报告,应用复材占比为25%左右;宽体客机C929机身中碳纤维复合材料有望超50%,从而能拉动国内碳纤维复合材料的稳定增长,预示着强劲的市场潜力。

       全球预计到2038年机队规模为49558架,是现有机队(23893 架)的 2.1倍,其中新增25665架,替换19786架,保留4099架。为满足运量增长的需求,中国机队规模预计到2038年达到10344架,其中双通道飞机2420架,单通道飞机6938架,支线飞机1051架,占全球总量的21%,年均增长率居全球首位。1999年-2018年中国大陆历史交付3968架客机,预测未来 20 年间将交付9205架客机,占未来二十年全球交付量的20%,市场规模不断扩大,新机交付量将带动上游碳纤维复合材料产业的发展。


       风电:叶片大型化带动风电碳梁需求

       风电是清洁能源,21世纪来风电产业发展速度较快。全球累计风电装机容量从2011年到2018年的年复合增长率为13.93%,新增装机容量增速在2016年之后触底反弹,也将保持较高增速。目前中国是全球最大的风电市场,体量大、发展快。2018年我国新增装机容量21.14GW,占全球新增装机容量的43%;累计装机容量保持稳定增长态势,2018年达到209.5GW,占全球总装机容量的36%。预计未来几年中国新增装机容量仍将保持较大规模,风电市场前景广阔。

       风电叶片向大型化发展,带动碳纤维复材在风电领域应用。中国新增风电装机正在向大功率、大尺寸发展。根据CWEA统计,中国新增装机的风电机组平均功率由2008年的1.2MW平稳增长到2018年的2.2MW。2018年新增装机容量主流型号功率区间为2MW-2.9MW,其中2MW功率机组占比超过新增装机容量的50%,2.1-2.9MW机组市场份额同比增长31.7%,主流型号功率不断增加。在达到额定功率之前,等同条件下叶片长度与获得功率成正比关系。随着风力发电机单机功率的快速提升,风电叶片正向着大型化、轻量化的方向发展,国际能源署(IEA)预测在2025年前后风机的风轮直径将达到250米。随着风电叶片尺寸的持续增大,碳纤维复合材料应用比例也将持续增加。

       目前,Vestas是全球以碳梁开发大功率风电叶片的最大生产商,在全球设有多处叶片工厂。据2019年年报,Vestas的风电订单已达到178亿元。未来几年Vestas的碳梁用量仍将呈逐年上升趋势。除Vestas以外,我国风电叶片厂家也同时快速崛起,碳纤维的用量及碳纤维叶片在风电叶片中的占比均快速提升。2015至2018年,国内风电用碳纤维的复合增速高达107.15%。


       汽车:新能源汽车加速碳纤维应用

       从全球碳纤维细分产业的增长来看,汽车领域增长较为迅速,近些年需求规模年均复合增长达到33%,工业领域碳纤维应用普及相对较慢。根据《2020复合材料行业市场纵览》,中国是全球第一大汽车市场,2018年生产 2780万辆汽车,其中包括所有乘用车、轻型商用车、卡车、公共汽车和长途汽车,且汽车行业正在加速碳纤维材料在汽车上的应用。目前,已有多家厂商发布相关公告,其中麦格纳汽车外饰系统与广汽零部件有限公司(中国广州,GACC)组建合资公司,从2018年末开始为全球汽车制造商生产热塑性复合材料(TPC)掀背式尾门;沃尔沃的新品牌电动汽车Polestar 1大量采用碳纤维材料做为底盘架构,成功地削减了大约230公斤的重量。Polestar 1在包括引擎盖、 尾箱盖、叶子板、车门以及整个车顶的部分都使用了碳纤维复合材料,这是沃尔沃集团首款使用如此大量碳纤维车身架构的车型。


       国内新能源汽车销量持续上升,碳纤维有望加速在汽车领域应用。相对传统汽车而言,新能源汽车使用碳纤维材料比例相对更高。随着资源与环境双重压力的持续增大,在政策和技术进步的驱动下,传统动力系统将会逐渐被驱动电机、动力电池与控制器所取代。目前已有多个国家,尤其是德国等西欧发达国家已发布或提出禁售传统燃油车时间表,汽车电动化已是大势所趋。国内处于发展初始阶段的新能源汽车销量上升迅速,从2015年的33万到2018年的126万,复合年均增长率大于50%,在整体汽车销量中的占比迅速增加,在全国汽车销量下滑的情况下新能源汽车的销量仍然持续上升。至2018年,中国新能源汽车产量和保有量分别占总产量和保有量的4.6%和1%,需求端潜力仍待释放,未来发展趋势预计将持续上扬,带动碳纤维在汽车领域的应用增长。

文章来源:http://www.chinacompositesexpo.com/cn/news-detail-12-9158.html