7 復合材料應用發(fā)展趨勢與展望

7.1. 航空航天應用市場(chǎng)

       市場(chǎng)的發(fā)展趨勢如下圖：2019年對碳纖維的需求量為23,500噸。

       航空航天市場(chǎng)的分市場(chǎng)份額（噸）如下圖：

       商用飛機無(wú)疑是碳纖維最有力的推動(dòng)者，2019年三件大事：一是波音737系列停飛停產(chǎn)，國際航空器市場(chǎng)形成巨大的不確定性。二是新的單通道飛機平臺，是否會(huì )雙通道飛機B787、A350一樣，廣泛地使用碳纖維？三是數量是雙通道飛機10倍的單通道飛機，會(huì )采用怎么的復合材料工藝？這些問(wèn)題可多聽(tīng)航空專(zhuān)家的觀(guān)點(diǎn)。從材料角度：新型的碳纖維，以東麗T1100G、赫氏IM10為代表的，如果產(chǎn)能繼續擴大，成本持續降低，將在主承力結構大量使用；對于熱塑復材在主結構的應用，這是屬于“下一代多功能機身驗證”的性質(zhì)，而航空的一代基本是20年時(shí)間；成熟的熱固復合材料依然是飛機主結構的主力，除了現有的自動(dòng)鋪放+熱壓罐工藝，RTM工藝在A220與MC-21的經(jīng)驗基礎之上，最可能成為單通道飛機的主選工藝。

7.2. 風(fēng)電葉片應用市場(chǎng)

       2019年，風(fēng)電市場(chǎng)發(fā)展非常迅猛，國內預計今年內取消補貼，所以搶裝依然延續。

       根據彭博新能源財經(jīng)公布的“2019年全球風(fēng)電整機制造商市場(chǎng)份額排名”，從市場(chǎng)需求方面：
      

       2019年全球新增陸上及海上風(fēng)電裝機容量分別為53.2GW及7.5GW，其中中國占據全球半壁江山，中國市場(chǎng)新增裝機總容量為28.9GW（包含26.2GW的陸上及2.7GW的海上風(fēng)電裝機），全球市場(chǎng)占比48%；從市場(chǎng)供給方面：Vestas 2019年風(fēng)機新增裝機容量9.6GW，以18%的份額領(lǐng)先全球；全球十強中，有6家是中國企業(yè)。

      2019年底與臺塑周中洋高級專(zhuān)員交流，他提供了如下寶貴的咨詢(xún)，供大家參考：“SIMENS GAMESA已經(jīng)開(kāi)始使用拉擠板制作樣機；GE-LM的使用拉擠板的工藝在開(kāi)發(fā)中；Nordex 在歐洲已經(jīng)開(kāi)始批量使用拉擠板生產(chǎn)葉片；遠景風(fēng)電已經(jīng)開(kāi)始用拉擠板制作樣機。預計2020年全球風(fēng)電對碳纖維的需求將達到31,272，兩年之后，預計碳纖維需求大于44,139噸”。

       盡管我們對風(fēng)電的預測很樂(lè )觀(guān)，但是，確實(shí)也存在一定風(fēng)險：新冠肺炎疫情及風(fēng)電發(fā)展的階段性規律，有可能會(huì )讓上述的預測不符或落空。

      2019年，VESTAS在中國的動(dòng)作頻頻，與澳盛擴大了碳梁的合作，與光威集團合作在內蒙擴建碳纖維工廠(chǎng)，然后又與吉林化纖集團（我國當前最重要的原絲基地）簽訂了戰略協(xié)議，之前，與ZOLTEK，臺塑，土耳其DOWAKSA的戰略合作。我們大膽地猜測：VESTAS應該非常清楚碳纖維在未來(lái)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的戰略意義，他更清楚碳纖維的成本構成及未來(lái)發(fā)展走向。如此猜想之下，不免有點(diǎn)私心，替我們國內的風(fēng)電巨頭暗自擔憂(yōu)：不要等著(zhù)哪一天，我們也認識到了碳纖維在未來(lái)風(fēng)電的戰略意義之后，突然發(fā)現，全球的碳纖維資源已經(jīng)被對手控制了。希望我們的這些想法是“杞人憂(yōu)天”。作為碳纖維的從業(yè)者，我們首先歡迎各類(lèi)客戶(hù)的光臨。

 7.3. 體育休閑應用市場(chǎng)

       體育休閑市場(chǎng)十年來(lái)的需求發(fā)展情況如下，2019年的需求量為15,000噸。

       體育市場(chǎng)的分市場(chǎng)份額如下：

先進(jìn)復合材料體育器材強國計劃

       2019年，中國復合材料學(xué)會(huì )與國家體育總局裝備中心牽頭，匯集體育界及復合材料屆專(zhuān)家學(xué)者及企業(yè)家，籌備“中國復合材料體育器材聯(lián)合專(zhuān)業(yè)委員會(huì )”。這個(gè)“專(zhuān)委會(huì )”的工作任務(wù)是“集成國際設計經(jīng)驗、增強技術(shù)研發(fā)能力、國家助力品牌運營(yíng)、競技產(chǎn)業(yè)共同進(jìn)步”。

       在2019年11月28日，由中國復合材料學(xué)會(huì )主辦的第四屆中國國際復合材料科技大會(huì )（CCCM-4）在珠海隆重舉辦，期間，“專(zhuān)委會(huì )”籌委會(huì )舉辦了體育器材分會(huì )場(chǎng)，分會(huì )場(chǎng)包括了碳纖維體育器材的現場(chǎng)展示與體驗和精彩紛呈的報告。

      2020年的新冠病毒疫情為全球的體育運動(dòng)蒙上了一層陰影：各類(lèi)文體活動(dòng)大幅度減少，相關(guān)的體育器材企業(yè)由于訂單的減少，加上之前中美貿易戰的關(guān)稅，眾多企業(yè)正備受煎熬。我們希望：中國復合材料學(xué)會(huì )及國家體育主管部門(mén)，在這個(gè)艱難時(shí)刻，依然砥礪前行，全力推動(dòng)這個(gè)“強國計劃”落實(shí)。

       碳纖維復合材料一直是國家產(chǎn)業(yè)政策的熱點(diǎn)，然而，我們一些主管部門(mén)，對航空航天復材應用青睞有加，對體育器材應用重視不夠，甚至是輕視。我們已經(jīng)多次上書(shū)：表達了“體育器材不僅是全球碳纖維產(chǎn)業(yè)的催生婆，更是中國碳纖維產(chǎn)業(yè)的壓艙石”的客觀(guān)歷史與現實(shí)。

7.4. 汽車(chē)應用市場(chǎng)

       對于汽車(chē)是否可能大批量應用碳纖維，這是目前行業(yè)最具爭議的話(huà)題。我們也多次表達了全壽命周期的“輕量化價(jià)值”的觀(guān)點(diǎn)。我們認為：這也是工業(yè)級碳纖維的大批量應用的“普世原則”，如果這個(gè)與其他現有材料的對比經(jīng)濟賬算不明白，就沒(méi)有批量應用的前提。

       另外一個(gè)思維角度：碳纖維從來(lái)就在汽車(chē)領(lǐng)域存在，而且一直在發(fā)展，超級車(chē)（5000臺）、超豪華車(chē)（50萬(wàn)臺），豪華車(chē)(500萬(wàn)臺)，大眾型汽車(chē)（大約1億臺）。目前，碳纖維在超級車(chē)及超豪華車(chē)用途很廣，豪華車(chē)上也有一些碳纖維零部件。大眾型汽車(chē)的應用的先驅是BMW I3 （盡管I3的銷(xiāo)量只能算為豪華車(chē)類(lèi)別）。我們認為：從目前綠色環(huán)保要求及碳纖維復合材料的發(fā)展水平綜合考慮，碳纖維的主要市場(chǎng)是豪華車(chē)及以上市場(chǎng)。

       對于新能源汽車(chē)，盡管電池昂貴，輕量化需求迫切，但是，只要是面向大眾的，都很難支付碳纖維復合材料的高昂的成本，除非是功能性的必須需求，比如燃料電池的氣態(tài)擴散層(GDL)及高壓氫氣瓶。

7.5. 壓力容器應用市場(chǎng)

       2019年，燃料電池汽車(chē)依然是世界的熱點(diǎn)，對于碳纖維產(chǎn)業(yè)，主要的機遇是氣態(tài)擴散層及高壓氫氣瓶。

       氣態(tài)擴散層（GDL）：目前的主流工藝是碳纖維紙與織物作為基體材料，與高碳基體材料結合碳化，形成碳碳復材，進(jìn)行疏水性處理之后，涂覆微孔碳微粉涂層。世界上主要的GDL廠(chǎng)家為東麗，西格里以及加拿大Ballard旗下材料廠(chǎng)。東麗與SGL這幾天都在大幅度擴產(chǎn)，價(jià)格依然高企與供不應求。我國也有一些企業(yè)從事GDL的研發(fā)與小批量制造，但是，缺乏碳纖維材料的基礎與支撐，這些企業(yè)是走不遠的，希望我們的碳纖維企業(yè)要重視這個(gè)材料的研發(fā)，否則這個(gè)材料會(huì )成為我國燃料電池“卡脖子”環(huán)節，影響氫能源產(chǎn)業(yè)安全。

       高壓氫氣瓶：首先有別于其他氣瓶，燃料電池的氣瓶，比如要實(shí)現規模經(jīng)濟的成本，美國能源部的技術(shù)路線(xiàn)圖：碳纖維成本需要從現在的15美元/(kW?h)，降低到8美元/(kW?h)，換算成碳纖維成本，大約是需要實(shí)現T700或之上的性能，價(jià)格大約12.6美元/公斤（目前這個(gè)檔次的纖維國際價(jià)格是18-22美元/公斤）。這對現有的碳纖維產(chǎn)業(yè)創(chuàng )新能力，會(huì )形成了一個(gè)巨大的挑戰。

7.6. 混配模成型應用市場(chǎng)

       混配模成型（Molding& compound）嚴格講，不是一個(gè)應用市場(chǎng)，而是對工藝的描述，但由于這些工藝橫跨的應用多，所以，把它歸類(lèi)成一個(gè)應用，便于說(shuō)明?；炫洌?/span>compound）是指非連續碳纖維增強塑料，主要包括短切增強和LFT。玻纖D-LFT在汽車(chē)領(lǐng)域的廣泛應用證明了這種復合材料形態(tài)的優(yōu)勢。模成型（Molding）主要是指片狀模塑料Sheet Molding Compound-SMC，團狀模塑料Bulk Molding Compound-BMC。由于回收碳纖維的加入，讓這些非連續形態(tài)的，已經(jīng)非連續形態(tài)加連續形態(tài)的混合結構，展現出一定的發(fā)展空間。

        從事短切碳纖維增強塑料的，通常是改性塑料企業(yè)，比如SABI、RTP、POLYONE、COMPTEX、 POLYNT、廣東金發(fā)科技等。他們通常是從碳纖維企業(yè)采購短切碳纖維，采用雙螺桿混配造粒，然后在銷(xiāo)售給應用單位做注塑成型。這其中有較多的問(wèn)題：首要就是一個(gè)界面問(wèn)題，碳纖維生產(chǎn)廠(chǎng)家通常是將B等品，通過(guò)二次上漿，加工成短切纖維，原始的環(huán)氧漿料通常還包裹在二次漿料之內，在后續的高溫工藝中，環(huán)氧漿料會(huì )分解，對產(chǎn)品構成界面缺陷。另外一個(gè)重要問(wèn)題，從碳纖維生產(chǎn)線(xiàn)到最終的注塑零件，中間環(huán)節太多，層層加碼，導致最終用戶(hù)的使用成本太高，這些都局限了短切碳纖維更廣闊的應用空間，如對這個(gè)產(chǎn)業(yè)及生態(tài)鏈一定程度的重整，可以迅速擴大應用面及用量。

7.7. 建筑應用市場(chǎng)

       本領(lǐng)域是一個(gè)廣泛意義的建筑，不僅包括我們通常意義的建筑，也包括了建筑機械、橋梁、隧道及工業(yè)管道等，復合材料的應用主要有如下幾個(gè)領(lǐng)域：1.建筑橋梁的補強：2.藝術(shù)型建筑的主體結構；3.建筑機械；4.橋梁：5.抗震防震建筑：6.管道補強。

       上述應用市場(chǎng)中，有80-90%的碳纖維用于建筑橋梁的補強。早期的加固用碳纖維產(chǎn)品完全依賴(lài)于從以日本東麗為代表的歐美日等發(fā)達國家廠(chǎng)商進(jìn)口，直至21世紀初隨著(zhù)我國工業(yè)化進(jìn)程發(fā)展，逐漸出現國產(chǎn)碳纖維布、碳纖維板等加固材料?，F階段基礎設施加固材料領(lǐng)域除福瑞斯、西卡、東麗等國外品牌。以上海悍馬為代表國產(chǎn)品牌正在快速崛起并逐步被國內外市場(chǎng)廣泛認可，這些行業(yè)優(yōu)質(zhì)企業(yè)的崛起，也對曾經(jīng)混亂的國內市場(chǎng)做了一場(chǎng)洗牌，“魚(yú)龍混雜”的狀況有了根本性的改變，市場(chǎng)集中度加強，更利于這個(gè)行業(yè)的持續健康發(fā)展。

7.8. 碳碳復材應用市場(chǎng)

       2019 年，碳纖維在碳碳復材領(lǐng)域是平穩增長(cháng)，主要市場(chǎng)是：剎車(chē)盤(pán)市場(chǎng)：國際的主要企業(yè)是：法國的Messier-Bugatti 公司、美國的Honeywell 公司、B.F. Goodrich 公司、Goodyer 公司和英國的Dunlop 公司。中國的飛機剎車(chē)盤(pán)主要有中航飛機股份有限公司西安制動(dòng)分公司、博云新材、西安超碼等廠(chǎng)商。航天部件：主要企業(yè)是國內航天的相關(guān)院所，碳碳復合材料以其優(yōu)異的性能成為大型固體火箭喉襯、發(fā)動(dòng)機的噴管、擴散段，端頭帽等的首選材料；熱場(chǎng)部件：國際企業(yè)是德國的SGL公司，日本的東海碳素公司等；國內從事碳碳復合熱場(chǎng)材料的單位包括西安超碼、航天睿特、博云新材、中南大學(xué)、南方搏云等。預制體是碳碳復材重要的制造環(huán)節，國內的主要企業(yè)是：中材科技南京玻璃纖維研究院、江蘇天鳥(niǎo)高新技術(shù)有限公司、天津工業(yè)大學(xué)復合材料研究所、江蘇飛舟高新科技材料有限公司。

       上述市場(chǎng)中，最大的熱點(diǎn)是熱場(chǎng)部件的高速增長(cháng)，據國內預制體龍頭企業(yè)，江蘇天鳥(niǎo)繆云良總經(jīng)理介紹：國內市場(chǎng)2019年增長(cháng)了25%。

7.9. 電子電氣應用市場(chǎng)

       2019年，電子電氣領(lǐng)域，市場(chǎng)在平穩增長(cháng)。

       首先是功能性應用領(lǐng)域：短切碳纖維增強塑料具有防靜電、電磁屏蔽等功能在復印機、打印機、數碼相機、數據傳輸電纜接頭等產(chǎn)品早已經(jīng)有成熟應用，對比其他的如炭黑、金屬等類(lèi)似材料，碳纖維增強塑料的成本降低，會(huì )帶來(lái)這個(gè)市場(chǎng)的穩定擴展。

       力學(xué)增強方面：主要的產(chǎn)品形態(tài)有長(cháng)碳纖維增強塑料（LFT）和連續碳纖維增強材料。LFT其實(shí)是一個(gè)介于短切與連續之間、兼顧了成本與性能的一個(gè)很有前景的產(chǎn)品形態(tài)，然后，熱塑界面的問(wèn)題，如何在塑料中保持較長(cháng)的長(cháng)度及均勻分散問(wèn)題，這些技術(shù)障礙阻礙了這個(gè)產(chǎn)品的更廣闊的應用。連續碳纖維增強材料，主要是用于輕薄筆記本的殼體，其中有經(jīng)典工藝的熱固殼體，也有熱塑殼體。

      2019年，電子電氣領(lǐng)域對碳纖維需求重大增長(cháng)是：液晶平板顯示器生產(chǎn)過(guò)程的機器人的輕量化。大面積平板玻璃在生產(chǎn)線(xiàn)的轉運及儲存一直采用碳纖維牙叉，這是高模量瀝青碳纖維的天下，就是要防止移動(dòng)平板玻璃過(guò)程中的振動(dòng)，目前這個(gè)思路已經(jīng)延展到支撐牙叉的結構上，利用碳纖維復材的輕質(zhì)高強，更好地服務(wù)于平板玻璃搬運的平順。

      5G基站對材料的需求也是行業(yè)的熱點(diǎn)，對于碳纖維材料，除了有特殊輕質(zhì)高強要求的通訊塔建設和局部的需要電磁屏蔽的部件，對碳纖維復合材料有需求可能，我們還沒(méi)有看到其他的機遇。

7.10. 船舶應用市場(chǎng)

       目前，船舶領(lǐng)域對碳纖維的需求主要是：競賽類(lèi)船舶、超豪華游艇、高速客船及軍事用途的船舶。多年來(lái)，除了競賽類(lèi)船舶，不斷追求復合材料新工藝及新技術(shù)，其他船舶的發(fā)展缺乏熱點(diǎn)。

       人類(lèi)在探索海洋資源時(shí)，有一個(gè)從近海到深海到超深海的過(guò)程，比如海上石油的開(kāi)采，近海還可以采用陸上固定井的思維，到深海及超深海，就不得不發(fā)明各類(lèi)特殊的船舶，以獲得更好的經(jīng)濟性。同時(shí)，深海的特點(diǎn)，對傳統陸上采用的金屬材料會(huì )有很大的挑戰，這就為碳纖維復合材料提供了巨大的機遇。

       除了海洋石油，近幾年，海上風(fēng)電蓬勃發(fā)展，盡管目前主要在近海的淺水，借用陸上風(fēng)電的思路，做固定塔筒，我們相信，隨著(zhù)近海資源的消耗，或者技術(shù)的變革，漂浮式風(fēng)電一定會(huì )成為必然。漂浮式風(fēng)電與漂浮式石油平臺還是有一定的區別，這就需要船舶系統開(kāi)發(fā)新型的風(fēng)電漂浮平臺，如何固定這些平臺，可能會(huì )為碳纖維復合材料帶來(lái)新的應用機遇。

7.11. 電纜芯應用市場(chǎng)

       2019年，我們統計的全球需求是1,100噸。

      2019年，美國CTC公司授權了巴基斯坦的特許制造商，繼續擴大其市場(chǎng)應用。據CTC網(wǎng)站消息，到2019年，他們總共在全球建設了750個(gè)ACCC導線(xiàn)項目，總共完成的電纜里程接近10萬(wàn)公里。2020年初，該公司宣布ACCC InfoCore?系統和首次商業(yè)部署，該系統可快速、準確地確保ACCC? Conductor的正確安裝。

       國內電纜芯方面，2019年國家電網(wǎng)的一條電纜發(fā)生斷裂事件后，整個(gè)國電網(wǎng)的建設計劃暫停，這對行業(yè)產(chǎn)生了一些不良影響，2020年有望恢復重新建設。中復集團前董事長(cháng)張定金先生介紹：針對電纜芯品質(zhì)問(wèn)題，中復集團采取了兩個(gè)創(chuàng )新工作，一是在電纜芯預埋光纖，可以實(shí)時(shí)監控電纜芯的品質(zhì)情況，另一方面，對于CTC推崇的大直徑、單根芯材，變成多根、小直徑芯材的組合體，這樣可以增強柔性，同時(shí)減少可能破化的擴展，組合體依然可以保持設計強度，正常服役。他們正在驗證上述的技術(shù)創(chuàng )新，一旦達成，將促進(jìn)中國電纜芯市場(chǎng)的發(fā)展。另外，同樣的思路，也為碳纖維橋梁纜提供新的機會(huì )?！?/span>

7.12. 其他應用市場(chǎng)

軌道交通

       這幾年，在中車(chē)的牽引之下，利用碳纖維復合材料對軌道交通做輕量化的研發(fā)工作進(jìn)展很快并卓有成效。在德國舉行的柏林國際軌道交通技術(shù)展（InnoTrans 2018）上，中國中車(chē)正式發(fā)布新一代碳纖維地鐵車(chē)輛“CETROVO”，同期，中車(chē)長(cháng)春軌道客車(chē)研制的復合材料輕軌車(chē)-武漢東湖“光谷量子號”在長(cháng)春軌道交通展上首次向公眾展出。2019年底，新一代碳纖維地鐵在廣州試跑。中車(chē)青島四方與國內多家碳纖維復合材料企業(yè)合作，共同開(kāi)發(fā)車(chē)頭罩，設備艙裙板等構件。軌道交通，尤其是高鐵的的工況是非常復雜的，所以，需要長(cháng)時(shí)間積累相關(guān)的數據與經(jīng)驗。短期內，很難對碳纖維的需求帶來(lái)較大增量。這是一個(gè)具有中國特色、重大意義的碳纖維復合材料產(chǎn)業(yè)鏈及生態(tài)，社會(huì )各界應充分重視這個(gè)應用生態(tài)的開(kāi)拓，長(cháng)期堅持，必有巨大回報。

碳纖維功能材料
     

       如上面說(shuō)提及的燃料電池的氣態(tài)擴散層（GDL），碳纖維的功能性應用將會(huì )有巨大的發(fā)展，尤其在儲能電池領(lǐng)域，碳氈（石墨氈）作為液流電池的電極材料，已經(jīng)在廣泛使用；在碳氈的基礎上生長(cháng)碳納米管，替代鉛酸電池的鉛板電極，煥發(fā)了古老鉛酸電池的青春，正在快步工業(yè)化與商業(yè)化；鋰離子電池中，已經(jīng)有很好的多微孔碳纖維材料的實(shí)驗室產(chǎn)品，可以提升鋰離子電池的能量密度。

來(lái)源：ATA-ACIH

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