自上世纪80年代碳纤维成功应用到飞机上以来,碳纤维在航空领域的需求不断增长。在民用大型客机方面,波音公司和空中客车公司为了抢占世界飞机制造市场,投入大量人力和资金开发新型客运飞机,大量使用碳纤维复合材料,目前两大飞机公司新型飞机中复合材料材料的比例逐年增加。A380是第一个将复合材料用于中央翼盒的大型民机,该翼盒8×7×2.4m,重8.8吨,用复合材料5.3吨,减重1.5吨,可以增加有效载荷10余人或1吨多燃料。
波音公司最新的B787飞机则全机身55%的重量使用碳纤维增强复合材料(CFRP),飞机重量减轻 20%以上, 有效实现了高效减排的发展要求。 此外B787的竞争者机型空客A350推出了A350XWB,这款飞机机体53%由CFRP构成。世界上最大的两个民航客机厂商首次在客机上如此大比例使用 CFRP,代表了轻量化的发展趋势,复合材料使用比例在不断上升。
从国际空中巨头的发展来看,未来碳纤维复合材料将成为机体主流。我国自敬请阅读末页信息披露及免责声明主设计C919已完成试飞, C919大型客机中央翼、襟翼及运动机构部段均采用碳纤维复合材料制成。随着我国军用及商用飞机项目的开展和我国航天事业的发展,碳纤维复合材料将不断增加。目前全球都在陆续淘汰传统燃油车的,未来新能源汽车将成为汽车市场的绝对主流,但不管是传统汽车还是新能源汽车,轻量化都是至关重要的一环。
据资料介绍,汽车自重减轻 100 公斤,行驶 100 公里,可节省油 0.3 公斤。自重减轻10%,燃油经济性可提高 10%。随着汽车电动化和智能化的发展趋势,整车轻量化也是实现节能减排提升产品竞争的重要途径。 2016 年我国新能源汽车销量达到50.7 万台,同比增长 53.13%,新能源汽车快速放量将迅速拉动汽车轻量化的需求。
国际厂商中宝马已率先入股西格里(SGL)公司,并先后在宝马 i3 和 i8 车型采用全碳纤维的座舱(LifeDrive 架构)和车身结构。 i3 的车身重量比传统电动车减轻了 250 千克以上,整车重量仅 1250 千克, i8 的整车重量也仅 1480 千克, 但从 16 年的销售情况来看,宝马的汽车销量并不乐观,设臵传出宝马要调整碳纤维战略的传闻。
但随着宝马的“Carbon Core 7” 系车推出,全车 16 个多形态与工艺的零件,对碳纤维的需求有一定的弥补。 同时由于新能源汽车对传统汽车的强制替代,碳纤维再度引起市场关注。目前对碳纤维车身来说,最大的制约是成本问题,但我们认为,随着碳纤维技术的不断成熟以及大规模批量使用,成本将不断降低,未来碳纤维在汽车领域的市场仍然十分宽广。
2016 年汽车用碳纤维需求量约为 9000 吨,预计到 2020年全球需求将达到 11000 吨。相对于全球市场而言,国内市场目前仍然处于起步阶段,但随着国内新能源汽车的快速发展,国内市场对碳纤维的需求量将快速增长,目前仅占到总需求 1%的汽车行业将给人带来无限的遐想空间。随着风力发电厂逐渐从内陆转移到海上,风电叶片的大功率化和大型化成为必然的发展趋势,同时大风机每千瓦电量的总生产成本,也会随着叶片的增大而降低。
在碳纤维成本的持续降低, 以及叶片复合材料工艺创新的刺激下, 2016 风电对碳纤维的需求迅猛增长。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,这几家公司均是使用碳纤维的重要推动者。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:洛阳双瑞科技、中材科技、重通叶片、明阳风电、中复连众、时代新材等均在积极推进碳纤维应用,2017年可以批量推出大叶片。主机厂中,金风科技、海装风电、上海电气、明阳风电均在大力推进碳纤维梁帽的大直径风机,应用形势一片大好。从2017年来看,随着风电成本的不断降低,行业整体开始回暖,装机量开始提高。
中国的碳纤维产业现状如何,世界上碳纤维技术最高的是哪个国家,我们离他们还有多大差距?
碳纤维做为新型复合固体材料中的重要增强材料,本世纪可以说将是复合材料的时代,碳纤维已是替代钢材的重要非金属材料。当前世界碳纤维产业主要以日本东丽、东邦人造丝、三菱人造丝为产业龙头,他们主要生产高性能碳纤维即比强度大,模量高,耐热性高等特性,如T700、T800、T1000。我国碳纤维产业发展较晚,与日本,美欧碳纤维行业存在较大差距,目前我国碳纤维生产厂家有30几家,2020年国内碳纤维市场容量约在2.5万吨右,由于国外先进的碳纤维生产企业在制备工艺和生产设备方面优于我国,对我们进行低价倾销T300、T700碳纤维产品,使我国刚起步的碳纤维企业举步唯艰大批企业亏损,或面临倒闭。