中外碳纖維復合材料市場應用對比 - 中國復合材料集團有限公司

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中外碳纖維復合材料市場應用對比

時間：2020-02-27　　來源：寧波材料所　　點擊：1194

在《中國制造2025》中，碳纖維被列入關鍵戰略材料。根據規劃，到2020年國產碳纖維用量將達到4000噸以上，到2025年高性能碳纖維基本實現自主保障。隨著政府政策的支持、國內碳纖維產業技術水平的不斷進步與產業鏈的完善，對標國際目前碳纖維產業分布，碳纖維有望在多領域實現快速發展。

   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。碳纖維復合材料是大型整體化結構的理想材料。與常規材料相比，碳纖維復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；復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，碳纖維復材滲透率不斷上升。

   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。前瞻產業研究院的研究結果顯示，以美國F-22和F-35為代表的第四代戰斗機上碳纖維復合材料用量就分別達到了24%和36%，美國新型軍用運輸機ACCA整個飛機機體復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斗機碳纖維占比與第四代戰機30%的平均碳纖維用量與美國相比仍有較大差距，我軍碳纖維單機比例仍有巨大提升空間。隨著軍機的更新換代，中國軍機碳纖維復材使用比例也逐漸提升，殲20碳纖維復材比例就已經從殲11的10%提升到了27%。

   軍機向三代、四代為主體轉變，帶動碳纖維復材新增長。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，我國目前戰斗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后于美國，且約半數的軍用飛機機型較為落后，服役時間長久，面臨退役，裝備建設急需提速。未來我國將逐漸淘汰二代機，以三代機為主體向四代機轉變，形成以三代、四代戰斗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，也將拉動對高端碳纖維復合材料的需求。隨著軍機批產上量，以及單機碳纖維比例的逐步提升，對國產碳纖維的需求也將提升。

   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年波音的復材飛機B787交付145架，同比增長了6.6%，而空客的復材飛機A350XWB交付了93架，同比增長19.2%，帶動18年航空航天復材的增加。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，對結構減重有著迫切的需求，復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的復合材料構件制造》，波音B787復合材料結構重量達到全機結構重量的50%左右，空客A350復合材料結構重量高達52%。根據《北京晚報》報道，截至2019年10月，我國具有自主知識產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產業化項目可行性研究報告，應用復材占比為25%左右；寬體客機C929機身中碳纖維復合材料有望超50%，從而能拉動國內碳纖維復合材料的穩定增長，預示著強勁的市場潛力。

   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，其中新增25665架，替換19786架，保留4099架。為滿足運量增長的需求，中國機隊規模預計到2038年達到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%，年均增長率居全球首位。1999年-2018年中國大陸歷史交付3968架客機，預測未來 20 年間將交付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，新機交付量將帶動上游碳纖維復合材料產業的發展。

   風電：葉片大型化帶動風電碳梁需求

   風電是清潔能源，21世紀來風電產業發展速度較快。全球累計風電裝機容量從2011年到2018年的年復合增長率為13.93%，新增裝機容量增速在2016年之后觸底反彈，也將保持較高增速。目前中國是全球最大的風電市場，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態勢，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將保持較大規模，風電市場前景廣闊。

   風電葉片向大型化發展，帶動碳纖維復材在風電領域應用。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1.2MW平穩增長到2018年的2.2MW。2018年新增裝機容量主流型號功率區間為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%，主流型號功率不斷增加。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。隨著風力發電機單機功率的快速提升，風電葉片正向著大型化、輕量化的方向發展，國際能源署（IEA）預測在2025年前后風機的風輪直徑將達到250米。隨著風電葉片尺寸的持續增大，碳纖維復合材料應用比例也將持續增加。

   目前，Vestas是全球以碳梁開發大功率風電葉片的最大生產商，在全球設有多處葉片工廠。據2019年年報，Vestas的風電訂單已達到178億元。未來幾年Vestas的碳梁用量仍將呈逐年上升趨勢。除Vestas以外，我國風電葉片廠家也同時快速崛起，碳纖維的用量及碳纖維葉片在風電葉片中的占比均快速提升。2015至2018年，國內風電用碳纖維的復合增速高達107.15%。

汽車：新能源汽車加速碳纖維應用

從全球碳纖維細分產業的增長來看，汽車領域增長較為迅速，近些年需求規模年均復合增長達到33%，工業領域碳纖維應用普及相對較慢。根據《2020復合材料行業市場縱覽》，中國是全球第一大汽車市場，2018年生產 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生產熱塑性復合材料（TPC）掀背式尾門；沃爾沃的新品牌電動汽車Polestar 1大量采用碳纖維材料做為底盤架構，成功地削減了大約230公斤的重量。Polestar 1在包括引擎蓋、尾箱蓋、葉子板、車門以及整個車頂的部分都使用了碳纖維復合材料，這是沃爾沃集團首款使用如此大量碳纖維車身架構的車型。

國內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。隨著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，傳統動力系統將會逐漸被驅動電機、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。國內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，復合年均增長率大于50%，在整體汽車銷量中的占比迅速增加，在全國汽車銷量下滑的情況下新能源汽車的銷量仍然持續上升。至2018年，中國新能源汽車產量和保有量分別占總產量和保有量的4.6%和1%，需求端潛力仍待釋放，未來發展趨勢預計將持續上揚，帶動碳纖維在汽車領域的應用增長。