1、碳纖維復(fù)合材料以樹脂基復(fù)合材料(CFRP)為主
根據(jù)觀研報(bào)告網(wǎng)發(fā)布的《中國樹脂基碳纖維復(fù)材行業(yè)發(fā)展趨勢研究與未來投資分析報(bào)告(2024-2031年)》顯示,碳纖維復(fù)合材料由基體材料和碳纖維增強(qiáng)材料復(fù)合而成,通過基體材料和碳纖維在性能上互相取長補(bǔ)短,產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng),碳纖維復(fù)合材料的綜合性能優(yōu)于原組成材料而滿足各種不同的要求。
常用碳纖維復(fù)合材料與部分金屬材料性能對比
材料名稱 |
密度/(g·cm-3) |
比強(qiáng)度/(107cm) |
比模量/(109cm) |
抗拉強(qiáng)度/MPa |
拉伸模量/Gpa |
鋁 |
2.64 |
0.12 |
0.27 |
400 |
72 |
鋼 |
7.81 |
0.09 |
0.26 |
1000 |
210 |
鈦 |
4.50 |
0.20 |
0.25 |
900 |
116 |
玻璃鋼 |
2.0 |
0.53 |
0.20 |
1060 |
40 |
碳纖維(IM6) |
1.80 |
0.27 |
127.8 |
4900 |
230 |
高強(qiáng)碳纖維/環(huán)氧 |
1.56 |
0.91 |
0.81 |
1420 |
126 |
高模碳纖維/環(huán)氧 |
1.60 |
0.66 |
1.47 |
1050 |
235 |
資料來源:觀研天下整理
碳纖維復(fù)合材料中,基體材料以樹脂基為主,市場份額占比90%以上。基體材料分為金屬和非金屬兩大類,金屬基體常用的有鋁、鎂、銅、鈦及其合金,非金屬基體主要有合成樹脂、橡膠、陶瓷、石墨、碳等。目前,碳纖維復(fù)合材料以樹脂基復(fù)合材料(CFRP)為主,占全部碳纖維復(fù)合材料市場份額的90%以上。
碳纖維復(fù)合材料的分類
分類 |
子分類 |
特點(diǎn) |
應(yīng)用領(lǐng)域 |
樹脂基復(fù)合材料(CFRP) |
熱固性樹脂(TS) |
強(qiáng)度、剛度高;酚醛樹脂基耐熱性好 |
宇宙飛行器外表面防熱層及火箭噴嘴(酚醛樹脂基)、航空航天結(jié)構(gòu)材料(環(huán)氧樹脂基)、釣漁竿、建筑補(bǔ)強(qiáng)等 |
熱塑性樹脂(TP) |
耐濕熱、強(qiáng)韌、優(yōu)良的成型加工性 |
||
碳/碳復(fù)合材料(C/C) |
由碳纖維及其制品(碳布等)增強(qiáng)的復(fù)合材料 |
低密度、耐燒蝕、抗熱震、高導(dǎo)熱、低膨脹、摩擦磨損性能優(yōu)異 |
導(dǎo)彈彈頭、固體火箭發(fā)動機(jī)噴管、航天飛機(jī)、飛機(jī)剎車盤、人工骨骼等 |
金屬基復(fù)合材料(CFRM) |
錒、鋁、鎳、銅 |
高比強(qiáng)度、高比模量、優(yōu)異的疲勞強(qiáng)度 |
宇航結(jié)構(gòu)材料、汽車、鐵道、機(jī)械等 |
陶瓷基復(fù)合材料(CFRC) |
— |
改善韌性、提高機(jī)械沖擊/熱沖擊性 |
發(fā)動機(jī)高溫部件等 |
橡膠基復(fù)合材料(CFRR) |
— |
改善熱疲勞性、提高使用壽命 |
管材、耐磨襯輪、特殊密封件等 |
資料來源:觀研天下整理
2、樹脂基碳纖維復(fù)材應(yīng)用市場:武器裝備、商用航空和低空經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域成長空間廣闊
近幾年,隨著“碳中和、碳達(dá)峰”戰(zhàn)略的提出,碳纖維最主要的下游領(lǐng)域——風(fēng)電行業(yè)快速崛起,需求端也日益旺盛。數(shù)據(jù)顯示,2023年,我國碳纖維運(yùn)行產(chǎn)能為14.08萬噸,比上年增長25.7%,已經(jīng)接近全球碳纖維產(chǎn)能的半壁江山。然而,需求端表現(xiàn)不佳,2023年碳纖維需求量比2022年的7.44萬噸反而下降7.2%,這也導(dǎo)致碳纖維廠商庫存高企。
數(shù)據(jù)來源:觀研天下整理
樹脂基碳纖維復(fù)材應(yīng)用市場來看,體育休閑和風(fēng)電葉片為國內(nèi)碳纖維復(fù)材需求量最大的兩個領(lǐng)域,合計(jì)需求占比超過50%,航空航天領(lǐng)域碳纖維復(fù)材需求量占比11%,達(dá)到1.23萬噸。
數(shù)據(jù)來源:觀研天下整理
3、釣魚竿是體育休閑領(lǐng)域樹脂基碳纖維復(fù)材最大應(yīng)用領(lǐng)域
具體來看,體育休閑領(lǐng)域是碳纖維復(fù)合材料的重要市場。近年來,釣魚竿、高爾夫球桿、自行車、球拍、曲棍球棍、滑雪板、賽艇等各類中高端體育休閑用品中碳纖維的應(yīng)用呈增加態(tài)勢。在體育休閑領(lǐng)域中,對碳纖維需求量最大的方向?yàn)獒烎~竿,其次為高爾夫球桿,兩者占體育休閑領(lǐng)域碳纖維需求量的 60%左右。
數(shù)據(jù)來源:觀研天下整理
4、軍用武器裝備復(fù)合材料用量持續(xù)提升,帶動樹脂基碳纖維復(fù)材需求增長
碳纖維復(fù)材用量已成為衡量軍用裝備先進(jìn)性的重要標(biāo)志。在航空航天領(lǐng)域,降低裝備重量、改善武器裝備的機(jī)動性能、提高戰(zhàn)斗力以及降低成本,是使用復(fù)合材料最直接的目的。在飛機(jī)上,碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用從非承力部件,過渡到垂直尾翼、水平尾翼及方向舵等一些非主要承力部件,到目前可以應(yīng)用于主要承力部件。
航天領(lǐng)域,導(dǎo)彈提高復(fù)合材料用量可以實(shí)現(xiàn)輕量化,可以提高有效載荷或增加導(dǎo)彈射程,戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈每減輕1kg,可使射程提升15km。國內(nèi)四代機(jī)殲-20的復(fù)合材料用量已經(jīng)達(dá)27%,無人機(jī)彩虹4和翼龍-1E的復(fù)合材料比重達(dá)80%左右。裝備中復(fù)合材料用量有望持續(xù)提升,國內(nèi)先進(jìn)武器裝備量產(chǎn)有望推動樹脂基碳纖維復(fù)材行業(yè)需求較快增長。
5、低空領(lǐng)域有望成為樹脂基碳纖維復(fù)材行業(yè)需求增長點(diǎn)
在低空領(lǐng)域,eVTOL基本上選用樹脂基碳纖維復(fù)材作為主要機(jī)體結(jié)構(gòu)。eVTOL的復(fù)材用量占比達(dá)70%以上,用于包括機(jī)身、電池盒、槳葉、座椅等結(jié)構(gòu)件。其中,超90%的復(fù)材為碳纖維復(fù)材,約10%的復(fù)材以保護(hù)膜的形式使用玻璃纖維增強(qiáng)。
目前,市場主體以及國資平臺積極探索低空經(jīng)濟(jì)各類場景的創(chuàng)新突破。如在載貨場景,順豐集團(tuán)旗下豐翼科技已在深圳常態(tài)化運(yùn)營部分航線,重點(diǎn)聚焦快遞件及醫(yī)療物資;美團(tuán)開通由商場至周邊社區(qū)的航線,配送餐飲、藥品、電子消費(fèi)品等物資。在載人場景,以億航、小鵬匯天為首的eVTOL企業(yè)在景區(qū)體驗(yàn)等場景積極試點(diǎn),如小鵬匯天X2整機(jī)重560千克,機(jī)身部分由100多個碳纖維零件制成,重量僅為85千克。在城市管理場景,大疆不斷探索與供電局、公安局等部門合作,將無人機(jī)批量應(yīng)用于電力巡檢工作。因此,乘東風(fēng)而起,借市場之勢直上,2022年我國低空經(jīng)濟(jì)市場規(guī)模已達(dá)4000億元,預(yù)計(jì)2023年、2024年市場規(guī)模將達(dá)4633億元、5030億元,有望成為樹脂基碳纖維復(fù)材需求增長點(diǎn)。
我國低空經(jīng)濟(jì)探索情況
場景 |
探索情況 |
載貨 |
針對固定航線、固定時刻的快遞場景,順豐集團(tuán)旗下豐翼科技已在深圳常態(tài)化運(yùn)營部分路線,重點(diǎn)聚焦快遞件及包括疫苗、血清等醫(yī)療物資,實(shí)現(xiàn)中轉(zhuǎn)場和單元區(qū)域之間、醫(yī)院與檢測中心直飛。針對固定航線、不固定時刻的外賣配送場景,美團(tuán)也以核心商圈為中心,開通由商場至周邊社區(qū)的航線,配送餐飲、藥品、電子消費(fèi)品等物資,截止今年5月在深圳、上海常態(tài)化運(yùn)營15條航線,累計(jì)完成超過單量達(dá)十萬級。 |
載人 |
作為直升機(jī)運(yùn)營方的各通航企業(yè)不斷拓展航線及飛行架次,如東部通航建設(shè)與管理運(yùn)行機(jī)場達(dá)30個以上,不斷延伸業(yè)務(wù)至跨境、商務(wù)、城際、游覽、應(yīng)急等眾多場景;而以億航、小鵬匯天為首的eVTOL企業(yè)也積極在景區(qū)體驗(yàn)等場景試點(diǎn),而根據(jù)億航的EH216-S型號合格審查(TC)工作已經(jīng)進(jìn)入到最后的符合性證明和驗(yàn)證階段,全部進(jìn)程已經(jīng)完成超過90%。 |
城市管理 |
大疆也作為行業(yè)級無人機(jī)運(yùn)營方不斷探索與供電局、公安局等部門合作,將無人機(jī)批量應(yīng)用于電力巡檢工作,涉及工作包括日常巡檢、紅外測溫、故障定位和清除外飄物等。 |
資料來源:觀研天下整理
數(shù)據(jù)來源:觀研天下數(shù)據(jù)中心整理(WYD)
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