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(guó)樹脂基碳纖維復(fù)材行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)研究與未來(lái)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(guò)基體材料和碳纖維在性能上互相取長(zhǎng)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(duì)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 |
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碳纖維復(fù)合材料中,基體材料以樹脂基為主,市場(chǎng)份額占比90%以上?;w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(chǎng)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(dòng)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(dòng)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 |
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2、樹脂基碳纖維復(fù)材應(yīng)用市場(chǎng):武器裝備、商用航空和低空經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域成長(zhǎng)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(guó)碳纖維運(yùn)行產(chǎn)能為14.08萬(wàn)噸,比上年增長(zhǎng)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(wàn)噸反而下降7.2%,這也導(dǎo)致碳纖維廠商庫(kù)存高企。
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樹脂基碳纖維復(fù)材應(yīng)用市場(chǎng)來(lái)看,體育休閑和風(fēng)電葉片為國(guó)內(nèi)碳纖維復(fù)材需求量最大的兩個(gè)領(lǐng)域,合計(jì)需求占比超過(guò)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(wàn)噸。
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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(lái)看,體育休閑領(lǐng)域是碳纖維復(fù)合材料的重要市場(chǎng)。近年來(lái),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(shì)。在體育休閑領(lǐng)域中,對(duì)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。
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4、軍用武器裝備復(fù)合材料用量持續(xù)提升,帶動(dòng)樹脂基碳纖維復(fù)材需求增長(zhǎng)
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(dòng)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(guò)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(guó)內(nèi)四代機(jī)殲-20的復(fù)合材料用量已經(jīng)達(dá)27%,無(wú)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(guó)內(nèi)先進(jìn)武器裝備量產(chǎn)有望推動(dòng)樹脂基碳纖維復(fù)材行業(yè)需求較快增長(zhǎng)。
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(zhǎng)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(chǎng)主體以及國(guó)資平臺(tái)積極探索低空經(jīng)濟(jì)各類場(chǎng)景的創(chuàng)新突破。如在載貨場(chǎng)景,順豐集團(tuán)旗下豐翼科技已在深圳常態(tài)化運(yùn)營(yíng)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(chǎng)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(chǎng)景,以億航、小鵬匯天為首的eVTOL企業(yè)在景區(qū)體驗(yàn)等場(chǎng)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(gè)碳纖維零件制成,重量?jī)H為85千克。在城市管理場(chǎng)景,大疆不斷探索與供電局、公安局等部門合作,將無(wú)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(chǎng)之勢(shì)直上,2022年我國(guó)低空經(jīng)濟(jì)市場(chǎng)規(guī)模已達(dá)4000億元,預(yù)計(jì)2023年、2024年市場(chǎng)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(zhǎng)點(diǎn)。
我國(guó)低空經(jīng)濟(jì)探索情況
場(chǎng)景 |
探索情況 |
載貨 |
針對(duì)固定航線、固定時(shí)刻的快遞場(chǎng)景,順豐集團(tuán)旗下豐翼科技已在深圳常態(tài)化運(yùn)營(yíng)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(chǎng)和單元區(qū)域之間、醫(yī)院與檢測(cè)中心直飛。針對(duì)固定航線、不固定時(shí)刻的外賣配送場(chǎng)景,美團(tuán)也以核心商圈為中心,開通由商場(chǎng)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(yíng)15條航線,累計(jì)完成超過(guò)單量達(dá)十萬(wàn)級(jí)。 |
載人 |
作為直升機(jī)運(yùn)營(yíng)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(chǎng)達(dá)30個(gè)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(chǎng)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(chǎng)景試點(diǎn),而根據(jù)億航的EH216-S型號(hào)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(guò)90%。 |
城市管理 |
大疆也作為行業(yè)級(jí)無(wú)人機(jī)運(yùn)營(yíng)方不斷探索與供電局、公安局等部門合作,將無(wú)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(cè)溫、故障定位和清除外飄物等。 |
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數(shù)據(jù)來(lái)源:觀研天下數(shù)據(jù)中心整理(WYD)
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