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中外碳纤维复合材料市场应用对比
时间：2020-02-27　　来源：宁波材料所　　点击：4345
       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，根据摩登6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�。辶看�、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�。�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摩登6（中国广州，GACC）组建合资摩登6，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。

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