注册并扫描二维码
免费送会刊
行业分析

2015全球碳纤维复合材料 市场报告(下)
来源:广州赛奥碳纤维技术有限公司 林刚  2016-09-18 16:46:58
本文阅读次数:1720

原文:http://www.chinacompositesexpo.com/cn/news.php?show=detail&c_id=12&news_id=3676

7.复合材料应用发展趋势与展望
7.1.航空航天应用市场

  航空航天市场的分市场份额(金额)如下图:

   


市场的发展趋势(碳纤维需求数量)如下图:

  

商用飞机对碳纤维需求驱动是巨大的,前两年受益于波音787为代表机群,2015年开始,空客A350又成为碳纤维需求的重要引擎。我们期盼中国商飞的C929 对碳纤维行业做出重大牵引。

7.2.体育休闲应用市场

体育休闲市场的分市场组成,以及十年来的需求发展情况如下。

   


 

  体育休闲市场的特点是:国际品牌,大中华(以台资为主)加工制造。制造工艺相对传统,劳动力密集。国际品牌的经营能力是国人的短板,而极少欧美复材企业的参与,又使得这个领域的工艺创新乏力。期盼大陆更多有实力的企业参与到这个市场,以材料的多形态与自动化工艺推动这个市场的多元化发展。

7.3.风电叶片应用市场

   

  风电叶片对碳纤维的需求在2013年急剧下滑,主要原因是2013年国际新增装机容量的下降。2014年,风电对碳纤维的需求持续回暖,2015年恢复了强劲增长,风电市场抵御了低迷石油价格的冲击后,我们预测,风电行业将会持续强劲增长。

  国际主要采用碳纤维制造风电叶片的企业是:VESTAS,GEMESA-SIEMENS,Nortex和GE,重要的碳纤维叶片制造商还有LM, TPI和巴西的Tecsis,我国主要的叶片制造商:中材科技,中复连众,中航惠腾等均在积极研究碳纤维在叶片梁的应用。

  从叶片发展看,碳纤维如何在“分段式”叶片发挥作用,是我们应重点关注的方向;成型工艺方面,由于风电叶片对成本的高要求,复合材料经典的缠绕与拉挤工艺,必然会成为叶片梁的最重要的工艺。

  


7.4.混配模成型应用市场

     

  前面提到:混配模成型(Molding& compound)严格讲,不是一个应用市场,而是对工艺的描述,但由于这些工艺横跨的应用多,所以,把它归类成一个应用,便于说明。

  混配(compound)主要是指非连续碳纤维增强塑料,主要形态有磨粉,短切和长碳纤维增强,与塑料结合,用于提升材料的力学性能、静电性能、电磁屏蔽性能以及热性能。通过双螺杆的混配,形成增强塑料颗粒,在通过注塑或模压工艺,做成零件,广泛应用于电子电气、办公设备、体育器材、交通工具等。

  模成型(Molding)主要是指片状模塑料Sheet Molding Compound-SMC,团状模塑料Bulk Molding Compound-BMC,这类材料是纤维与热固性基体混配后形成的,再通过模压工艺完成零件制造。广泛应用于汽车,电子电气,化工装备,船舶等领域,通常是形状比较复杂的零件。

  非连续碳纤维复合材料,以对纤维性能的牺牲换取了低成本和高产能。更好地满足了工业领域对性价比的需求。

7.5.汽车应用市场

   

  对于碳纤维在汽车的应用,从国际上,汽车大厂已经从之前“碳纤维是否应该用在汽车上”的争论,纷纷转移到产业布局与实施。

  BMW,完成了I3,I8纯碳车身之后,正在研发另一款I系列车型,同时,用“carbon-core”与铝合金、高强钢混合使用,进入7系列车型,后面势必延伸到6系,5系车型。
福特、通用则从重要零部件的开发与使用,积累对碳纤维复合材料的经验。其中重要的部件是轮毂。
韩国现代2014年展出的概念车INTRODO氢能源汽车,被业界认为是宝马之后的又一一批量碳纤维车身车型。

  我们经常会遇到两个问题:碳纤维复合材料是否会在汽车领域大批量使用?我们有如下观点:
A. 从技术角度,毫无疑问,从现有材料技术看:碳纤维复合材料是汽车轻量化的最佳选择,从F1赛车,豪华车多年的使用已经证明。
B. 目前,复合材料的成型工艺成本远远大于碳纤维本身,我们坚信:庞大而实力强劲的汽车行业的加入,会极大地促进复合材料制造工艺的创新、效率和自动化,从而实现全寿命周期、综合评定的低成本(考虑排放因素)。
C. 早在90年代,碳纤维与汽车行业有一个比较普通的共识,就是USD5/磅低成本碳纤维是汽车批量使用的基本条件。碳纤维产业会因为汽车的需求驱动,将发生一次深刻的工业革命。这场革命的特征是:从封闭到开放工业新生态,技术创新,去掉“高能耗”帽子,从小众贵族到大众材料。

  国内众多汽车行业已经在纷纷尝试碳纤维复合材料在企业的应用,这是值得肯定的,但是技术起点太低,“瞎忙乎”的居多,“拾人牙慧”的居多,应该与“碳纤维复合材料”行业建立深度、有效的合作机制。

7.6.压力容器应用市场

   

  压力容器,尽管眼前的市场需求并不大,然而,却有着蓬勃发展空间。

  A. 燃料电池的低成本突破,将会对新能源汽车的技术路线图,做出根本的改变,出现电动汽车与燃料电池汽车并行的市场局面。2015年下半年,丰田推出的燃料电池车MIRAI,得到市场的热捧。其他公司燃料电池汽车也将在2016-17陆续推出。这对高压氢气瓶将带来强劲需求,对高品级碳纤维将有巨大的拉动。

  B. CNG拖车大气瓶的需求,在Hexagon Lincoln的推动下,其最新款TITAN XL(40尺柜,15000标准立方米)2015年在拉美试运行,2016年7月获得美国交通部上路许可。国内中材科技也在积极推动这个项目。

  压力容器对碳纤维的性能稳定性要求极高,源于压力容器非常严格的安全要求。碳纤维企业需要向客户证明:从第一天到第365天,生产的碳纤维的品质是稳定的。“维稳”无疑是碳纤维产业最为核心的因素。而压力容器的进入,无疑是对碳纤维企业的一枚荣耀的“勋章”。

7.7.建筑应用市场

     

  随着建筑与桥梁的老化,碳纤维复合材料用于建筑补强的市场是越来越大。CCeV2014的资料显示:美国有半数桥梁——60万座已经到了该维修的阶段了,欧洲有更多的老桥梁与老建筑。德国政府计划在2030年前花费160亿欧元来维修。

  除了建筑补强领域,桥梁的拉索的复合材料化,是日本研发的重点,我国也曾经做过一些研究.

  对于海上建筑(人工岛屿,海上石油平台),碳纤维复材不光轻(降低运输,工程费用),而且耐腐蚀(可大大提升使用寿命),在成本降低之后,会有更加广阔的应用空间。

  军事上,采用轻质刚强的碳纤维复合材料,可以大大提高部队临时架设桥梁的效率,从而大幅度提升作战速度。

  碳纤维增强水泥,碳纤维格栅增强混凝土,碳纤维格栅除冰公路,在国际上也有较多的研究,某些项目已经产业化。

  前面提到,由于我国的桥梁建筑的质量问题,其实对碳纤维补强材料有很大的需求潜力,但是,行业鱼龙混杂,以次充好,施工单位的人员操作技能差,工艺流程不规范,工程质量不高,导致市场对碳纤维补强信心不高,这是我们相关部门应充分重视的。形成新的材料与施工标准,从技术层面大大降低不同素质施工人员对工程质量的影响,是个重点。

7.8.船舶应用市场

   

  目前,船舶领域对碳纤维的需求主要是:竞赛类船舶及附件,超豪华游艇及军事用途的船舶,以及各类船舶的桅杆。

  对于竞赛类船舶,减重的价值相当巨大,据国外同行信息:每减重1公斤价值1万美元。随着我国水上竞技项目的发展以及公众的跟随效应,将对碳纤维形成新的需求。

  各大海军强国加强了对碳纤维复合材料的使用,我国海军也不例外。从小型舰艇到大型舰艇是一个发展趋势,无人化也是一个重要趋势。

  相关军舰的复合材料应用,可以参考 A.P. Mouritz(a), E. Gellert(b)  P. Burchill(b),K. Challis(b) 的文章“应用于海军舰艇和潜艇的先进复合材料结构综述”

7.9.其他值得关注的应用市场

对于新兴的应用市场,我们依然采用了2014年报告的内容。

深海石油平台

   


人类逐步向深海开发油气资源,传统的金属材料已经无法承受负荷或安装运输成本剧增,这就需要轻质刚强的碳纤维复合材料。目前,欧美在多个深海油田试验了上述产品。已经表现出卓越性能,甚至成本竞争力。我国的海洋石油的开采工作多为国外公司承包,所以,这类产品的开发还基本没有开始。

高速铁路

  据国外统计,350公里时速的高铁的单位乘员能源消耗基本与飞机持平,而运送一位乘客,汽车需要297公斤,商用飞机是446公斤,高铁则达到752公斤。高速加超重不光消耗巨大的能源,更大幅度增加了轨道设施的基础建设成本。所以,高铁的轻量化势在必行,高铁是中国工业少有的崛起明星,具备相当的自主研发能力,轻量化技术将是高铁加强与巩固自主研发能力的重要举措,高铁被称之为地面飞行器,减重可以参考航空器的减重思维。

  国际上各大高铁技术公司,都在紧锣密鼓地开发高铁用碳纤维复合材料,比如日本采用碳纤维与芳纶的混杂材料做车体下部的裙边,韩国借鉴整体机身的缠绕工艺,开发出碳纤维复合材料整体车身。转型架,车头,地板等等部件,国外均有碳纤维复合材料的研发。

油气管道修补

  近几年,我们常见油气管道、城市公用工程管道的泄漏给社会带来巨大的生命与财产损失。据报道,国际管道修补的市场大约5,000亿美元。越来越多的管道公司开始采用复合材料作为重要的修补材料。碳纤维复合材料虽然价格贵于玻璃纤维复合材料,但是,在一些高压与特殊环境中,是必不可少的。随着油气公司与政府的充分重视,高品质的碳纤维复合材料必定会在管道修补上得到广泛应用。

 


8.观察与思考

在“2014年全球碳纤维复合材料市场报告”中,我们的关注点在“国际碳纤维市场供需两旺”及“国内碳纤维产业发展凋零”的“冰火两重天”的对比与担忧。在本报告中,笔者希望把视野过多地放到国际层面上,兼顾国内的发展现状,做出如下的观察与思考。

  世界碳纤维产业由于市场需求驱动的变化,已经演变为“大小丝束两个不同世界”。

  A. 大小丝束碳纤维本身的技术、生产体系、应用市场是截然不同的,小丝束的核心市场是航空航天,主要追求“高性能”,大丝束的核心市场是以汽车、风电为代表的工业领域,主要追求是“低成本”。中间的典型市场,如体育器材,压力容易,大小丝束均可以争夺。
B. 从科技的角度:从普通模量到中模量、高模量纤维,是一个正常的思路,然而从产业引导角度,这个单一的维度,会形成严重的误导!这就如同:顶级豪华车的技术含量通常是高于常规汽车的,但是,大型汽车厂把顶级豪华车作为产业的进步阶梯,就一定会万劫不复。“科技的追求”与“工业的追求”有显著区别。
C. 从2015年,以汽车、风电为代表的工业级碳纤维的持续、强劲增长,世界碳纤维企业均在思考:在大小丝束的不同世界中,企业该做一个如何的定位?同时,这给市场需求带来剧烈的变化,也给碳纤维产业带来新的洗牌机会:“未来的碳纤维该何从何去?”

  世界碳纤维产业由于市场需求驱动的变化,在2020年前必将完成一场技术产业革命。

  A. 碳纤维企业在产业链中,将从“封闭”走向“开放”。从60年代发展至今,由于碳纤维材料是一个典型的军民两用物资,所以形成了合理的“封闭”,而高度文明的工业的核心是社会大协作,没有开放,就难以形成协作效率与效益。
B. 50年的发展,全世界产量只是区区的7万多吨,本质上,碳纤维是一种化学纤维,对比其他化学纤维,这个成绩是羞于启齿的。
C. 80年代末,日本就开发出典型高性能品种“T1000”和“M60J”,生产技术就基本成熟与定型,至今约30年时间,无论是性能,还是生产技术,并无重大变革,对比其他行业,这也是一个罕见的现象。
D. 热稳定化(俗称预氧化)技术,会成为这场革命的先导!无论是快速热稳定化技术,还是在原丝阶段完成预氧化技术。一定会对现有生产技术形成巨大的变化,最终摘掉碳纤维“高能耗”的恶名。

  航空航天市场,从碳纤维诞生开始至今,无疑是碳纤维产业核心驱动引擎,航空航天是当代工业的“皇冠”,从另一个角度,这个引擎也有其“封闭保守”的一面,繁杂、漫长与昂贵的“试航认证”体系,当碳纤维被真正用上时,基本是10-20年前技术的碳纤维。对比之下,汽车行业是另外一种高度工业化的产业,每年,有数百种不同车型推出,精益生产,把效率、品控、成本控制发挥到人类工业的极致。所以,“汽车牵引”与“航空航天牵引”对碳纤维产业,有着本质的巨大差异,碳纤维产业该如何去应对这个挑战?
 

(完)

文章来源:http://www.chinacompositesexpo.com/cn/news.php?show=detail&c_id=12&news_id=3676