2023年碳纤维复材行业分析：行业进入应用快速放量期

2023碳纤维复材行业分析：行业进入应用快速放量期2023碳纤维复材行业分析：行业进入应用快速放量期碳纤维复材是轻量化关键材料，设计及制造降本是推动应用的核心碳纤维复材性能优异，产业链上各环节的加工具有高附加值碳纤维复合材料性能优异，是轻量化的关键材料之一。复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观上组成具有性能的材料。复合材料中不同材料互为基体或增加体，在性能上相互取长补短，碳纤维复合材料〔也称碳纤维增加复合材料，CarbonFiber-reinforcedPolymer，CFRP〕是由碳纤维作为增加材碳基使用最多。据赛奥碳纤维统计，202380%。碳纤维复合材料具有比强度高、比重小、比模量高、抗疲乏性能及耐腐蚀性能优异等特点，兼具纺织纤维的松软可加工性，是轻量化的关键材料，领先应用于航空航天、风电、高端装备制造等领域。预浸料铺放是最成熟的碳纤维复合材料成型工艺，随着复合材料成型即指将一维纤维固结成三维外形的过程，是复合材料工业的进展根底和条件，由于碳纤维复合材料构造接指碳纤维复合材料部件/2023纤维复合材料需求的成型工艺来看，预浸料铺放、缠绕与拉挤、混配模成型、预制体是当前最主流的工艺，按以上成型工艺生产的树脂基碳纤维复合材料的重量占比分别为28.8%、36.1%、12.3%、7.2%，84%，其中：预浸料铺放是最成熟的成型工艺，是航空航天复合材料首选的成型工艺；缠绕拉挤随着碳纤维复材在风电与气瓶中应用的增长的应用而成为主流工艺之一。预浸料铺放：有用性最广、应用阅历最成熟的材料形态层合工艺、以热压罐为固结工艺的航空航天复合材料工艺是根底，其核心优势是“高纤维含量”、“均匀浸润”与“低孔隙率”。几乎全部应用均会首先承受此工艺，然后在拉挤板材。缠绕拉挤：复合材料的经典成型工艺，主要优点是工艺简洁的构造。随着风电与气瓶应用的增长，缠绕与拉挤工艺超越了预浸料铺放工艺，占比上升至第一。预制体：近几年成为主要工艺之一，目前在碳碳复材中进展快速，主要由光伏炉所需的热场碳碳复材的快速进展而推动的。预浸料是多种成型工艺使用的重要中间材料，碳纤维产材料的制造流程来看，预浸料是热压罐、模压、卷制、缠绕等多种工艺中极其重要的中间材料，它的制造方法主要是收卷成卷材，相应的碳纤维整体产业链为“原丝-碳纤维-一品种原丝的售价约40/kg，碳纤维约180/kg，预浸料约600元/kg，民用复合材料约在1000元以下/kg，汽车复合材料约3000/kg8000/kg。”在碳纤维产业链中，不同阶段产品价格均有较大幅度增值，各阶段的加工制造技术是关键。碳纤维复材的设计和制造降本空间大，是扩大应用的核心环节碳纤维复合材料构造件的设计和制造环节具有最大的1996民用飞机材料专业委员会编制的《下一代民用运输机用的材料》中提到“材料本钱实际上仅占复合材料构件总成8%~10%，开发下一代民用运输机工艺的一个根本准则过对碳纤维复合材料的本钱结果分析，最大的成本空间是在复合材料构造件的设计和制造工艺上”。复合材料制造工扩大应用不行或缺的重大环节。本节将重点介绍碳纤维复材设计及制造环节的关键技术及壁垒。碳纤维复合材料设计之初就需要综合构造设计、材料、工艺等多项技术碳纤维复合材料与常规金属材料最显著的不同在于它性能方面给设计人员供给了自由度。金属材料构造设计人员可以直接使用材料部门供给的性能数据和传统的金属构造员可以分别完成各自领域的开发。而高性能碳纤维复合材料构造的研发必需由设计、材料、工艺三个领域的技术人员组成严密协作的团队，相互协作共同努力才能完成。有限元等计算机数值模拟技术，在设计及制造过程中均有关键作用有限元模拟是一种重要的数值模拟方法，能够较好地模与断裂过程，在碳纤维复合材料的设计及制造过程中均有重要应用。在设计过程中，承受构造有限元分析的方法，可的构造。在加工制造过程中，以往的复合材料生产工艺参数依靠“试凑法”，要获得有用数据，需要做大量试验，从而导致大量的人力和物力铺张，增加了产品的本钱。高效的工艺参数，制定合理的工艺方案，而数值模拟为优化工艺参数，深刻理解各种参数对成品质量的影响，供给了有效短设计周期及保证产品质量效劳的关键作用。低本钱制造工艺的开发和应用低本钱的制造成型技术在部件连接、整体成型、连续化树脂传递模塑成型〔RTM〕、树脂膜溶化成型〔RFI〕、真空灌注成型〔VARI〕等液体成型技术、共固化液体成型〔co-LCM〕举例来看，业内正乐观探究的液体成型技术，其免除了将可制造简洁产品等优点。产业化、大规模生产技术碳纤维复材生产工艺线长，单条生产线把握点都在100010度、浓度、黏度、流量、压力、转速、风速、电流等几千个问题，就会严峻影响碳纤维复材产品的性能和质量的稳定。产业化生产工艺不成熟是目前导致碳纤维复材产品质量业化生产的技术壁垒高。碳纤维复材：2023200国约占其中五成碳纤维&中间制品：202334我国约占其中四成20233466%。据赛奥碳纤维统计，2023-2023〔预浸料+织物〕需求总重量CAGR9.5%，202311.8+10.4%。价值量方面，202334.035%16%、15%，70在工业领域也因轻量化需求得到了推广应用。依据市场规模与需求重量折算，全球碳纤维及中间制品的均价为28.9/kg72.0美元/kg20-30/kg16.8/kg。在航空航天和工业领域两种不同需求的推动航空航天领域需求的高性能前提下的低本钱，和以满足工业领域需求的低本钱下的高性能，应用领域广泛。202314.7美元，约占全球市场的四成。2023-2023及中间制品需求总重量CAGR15.5%，20236.2万吨。价值量方面，我们依据不同下游所需重量，以及各领202314.7〔注：此处与奥赛碳纤维报告中直接呈现的我国市场规模算方式〕，43%；分下游来看，体育休闲、风电叶片、碳碳复材、航空航天分别占33261010%，合计约达八成，其中碳碳复材特别受益于我国光伏产业的快速进展，在航空航天中的应用也有望随我国大飞机战略产端产业正蓬勃进展，我国碳纤维产业具有相当的降本潜力和宽阔的应用前景。碳纤维复材：2023200我国约占其中五成2023200领域复材设计&制造附加值的差异。据赛奥碳纤维统计，202380复合材料，统计了全球、我国相应需求总重、市场规模、2.2据为唯一来源，重点梳理碳纤维复材市场空间，且假设无特别的碳纤维复合材料”。202318.220046%20145%，36013821521/kg，前三者分别是风电叶片销售均价的177、1020231082023总重同比+28%9.7699与全球市场统计单位保持统一，则折合约108亿美元，约占〔热场材料〕37%、31%、11%、8%。从均航空航天领域产品均价约是全球该领域均价的3倍，或表达了国外在高端领域对我国确定的价格策略和技术封锁。我们认为，碳纤维在民用航空中的应用随我国大飞机产业渐渐崛起有望更快进展，且相关产品技术含量与附加值高，壁垒深厚；风电叶片受益于我国能源产业蓬勃进展正快速获得应用；而轨道交通是我国优势产业之一，碳纤维复材有很好的轻量化作用，行业正乐观探究相关应用，将来有望起量。我们将在第三章重点分析碳纤维复材在以上行业的应用和空间。碳纤维预浸料：碳纤维复材产业链中的核心环节碳纤维预浸料作为一种最常使用的中间体材料，其性能稳定优异，已渐渐成为碳纤维复材的主要工艺之一。随着上游碳纤维和树脂生产工艺和性能的优化，以及下游碳纤维复材的蓬勃进展，碳纤维预浸料行业的市场规模也在不断扩2023年的18.042023年的45.94亿元，CAGR26.33纤维复合材料在整体性能和应用上显示出很大优势，但高性空级预浸料仍主要依靠进口，鲜少有自主学问产权的高性能预浸料系统，而对根底材料的争论是预浸料系统争论的奠基石，其打算了对碳纤维复材制品的最终性能。如何保证材料争论的聚焦点。而预浸料行业的另一关注点则是其性能验证，考察预浸料产品在工艺和制品上的应用往往从指标验证开头，当预浸料产品性能到达使用要求后，再深层次地对其牢靠性进展验证。高端体育器材作为碳纤维预浸料验证的先锋，在指标验证上发挥着重要作用。目前，国内的多家企业立足于预浸料系统研发和产品验证。其中，晋飞科技的产品主要涉及高端体育领域，中航复材主要集中供给给航空航天领域，光威复材的预浸料业务主供风电领域，恒神股份的预浸料业务应用于航空航天、民用客机以及能源汽车领域。中航复材：国内航空预浸料和航空部件制造的领头羊，材料〔高性能树脂及预浸料、蜂窝及芯材〕、复合材料构件的研制、生产、销售和效劳，是我国航空复合材料研发工承力构造部件，如用于机翼和尾翼制造的QY9511/QY9611/5429双马预浸料、用于航空发动机冷端构造的BMP316聚2023在内的航空工业复材预浸料产品营收规模到达35.53元。光威复材：风电用预浸料的龙头供给商。专业从事碳纤维、碳纤维织物、碳纤维预浸料、碳纤维复合材料制品及拥有碳纤维行业全产业链布局。光威复材的碳纤维预浸料产2023年的业务收入中碳纤维预浸料业务收入3.59光威复材的碳纤维及碳纤维织物产品，碳纤维预浸料业务在光威的经营中占比较少。晋飞科技：高端体育用预浸料供给商。晋飞科技业务涉及轨道交通、医疗器械、工业装备、体育休闲等高壁垒、高粘性、高附加值领域。其自主研发高水平的预浸料生产技术，可实现宽面密度范围〔20gsm→600gsm〕的预浸料加器材和轨道交通领域，其开发的ST012主要应用于钓鱼竿、高尔夫球杆等高端体育休闲领域，主SHIMANO、MIZUNO而其自主开发的ST007阻燃系列预浸料主要应用于轨道交通领域，其规格符合轨道交通EN45545阻燃标准。江苏恒神：多系统、多领域预浸料供给商。预浸料产品领域。航空航天领域方面，其开发的EH918料已经完成自动化铺丝工艺验证，并完成后压力框复合材料部件交付。针对风电、光伏、能源汽车领域，江苏恒神提高了在能源汽车复合材料领域HF10J-24K碳纤维和EV101料供给的领先优势；公司开发的HF30F-12K〔T700〕碳2023风电碳板、光伏坩埚材料、氢能材料等领域实现应用。体育休闲市场方面，江苏恒神乐观支持高端体育自行车制造商，开发的EM123系列预浸料为客户供给优质稳定的产品质量保证和供给。截至2023年底，恒神股份的碳纤维预浸料营收规模为3.90亿元。碳纤维复材重要细分应用领域分析及空间测算20纤维复材市场规模约130亿元碳纤维复合材料是大型整体化构造的抱负材料，在飞机抗疲乏、耐腐蚀、成型工艺性良好、本钱低等特点，碳纤维复合材料在航空装备上的大量应用可有效提高性能、减轻2080A310、B757和B767上，碳纤维复合材料的占比15%-6%；随着技术的不断进步，碳纤维复合材料渐渐作为次承力构件和主承力构件应用在客机上，其质量占比也开头逐步提A38023%；而B787和A35050%以上，有更多部件使用碳纤维，例如机头、尾翼、机翼蒙皮等，使用量大大提升。C919用的复合材料占到飞机构造重量的12%，与中俄合作研制的280CR92950国民航飞机使用的碳纤维复材市场规模。据波音公司指出，在过去十年间，全球航空业的增长中2520波音公司推想，将来206450架15903.617882.21077/kg每年市场规模约19.3130规模。业内公司介绍光威复材：主要从事高性能碳纤维及复合材料研发和生202312.88.13.648.931.0%、13.8%。回忆其在航空航天领域的进展历程，光威复材自20232023维工程化企业，并开头了碳纤维的航空应用验证；经过三年2023维国产化目标；2023T8002023航天等高端领域已应用十余年，为型号用国产碳纤维的主要供给商。目前，光威复材正着力推动T800产业化，是其贮存并验证多年、尚未正式批产的下一代航空装备用主力材料。风电：2025约140亿元规模由于轻质和高强度的特点，碳纤维复合材料是目前满足1000～2023MPa，密度在2.5g/cm3左右，性能已经趋于极限。相对之下，碳纤维复合材料抗拉强度高达3000～5000MPa,密度仅有1.6g/cm3性模量、耐凹凸温、耐腐蚀、耐疲乏等优异特性。此外，通过承受气动效率更高的薄翼型和增加叶片长度，能提高风年来碳纤维行业承受大丝束碳纤维拉挤梁片工艺以降低本钱，大丝束碳纤维及其复合材料价格下降，使得碳纤维在风电叶片领域用量急剧增加。碳纤维复合材料较多应用在风电叶片的关键部位，如主考虑到叶片的制造本钱，碳纤维只应用到叶片的一些关键部位。其中，主梁帽是风电叶片主承力构造的重要组成，将大限度地减重而不过多地增加本钱；蒙皮外表整体使用碳纤维，可以降低作用在内支撑梁上的受力和扭矩；碳纤维应用于叶片根部时，不仅可以提高根部材料的断裂强度和承载法兰处的螺栓数量，从而增加叶片和轮毂连接处的静态强度和疲乏强度。目前24K在风电叶片领域必将广泛使用。风电叶片呈大型化和轻量化趋势，加速表达了碳纤维复合材料巨大的替换优势。叶片的扫风面积和叶片长度的平方成正比，发电功率随着叶片大型化会得到快速加强。同时，随着长叶片捕风力气的增加，可以削减同等规模下所需的机能已经趋于极限，难以解决尺寸增大带来的刚性缺乏的问题，而碳纤维可实现轻量化效果，同时保持了更加有益的刚120一半，梁构造承受碳纤维，和承受全玻纤的相比，重量可减402在进展更大功率风电机组和更长转子叶片时，为了既进一步削减叶片质量，又同时满足强度与刚度要求，承受性能更好的碳纤维复合材料是将来风电叶片的必定趋势。2025140为全球最大清洁能源之一。叠加风机叶片大型化、轻量化的趋势，全球风电行业碳纤维市场空间仍将保持较快增长。25%，随着渗2025年，估量全球风电行业碳纤维复材市场空间估量将达20.7亿美元，对应约140亿人民币市场规模。光威复材：国内军民融合碳纤维龙头企业发力风电碳梁企业，打破西方国家垄断及封锁，是我国航空航天领域碳纤维主力供给商。目前，风电领域成为我国碳纤维领域需求为公司深入民用领域的主要抓手。为连续拓展碳梁业务，20237斯塔斯公司等签署协议，在包头建设“万吨级碳纤维产业化40002023产品为低本钱民用碳纤维，主要面对碳梁等领域。2023合材料制品设计、研发、生产、销售于一体的高技术企业，致力于碳纤维的推广和应用，是碳纤维行业的十大知2023医疗器械、3C电子、风机叶片等行业具有自身独特优势，并在汽车、轨道交通、工业装备、能源等领域进展前瞻性其他异形件加工等领域。公司共建有6中科院宁波所、苏州大学进展产学研合作。2023名前列。2025空间将超37200200的进展经受了木制车体构造、碳钢车体构造、不锈钢车体构造、铝合金车体构造和型轻量化复合材料车体构造等几个阶段1：〔1〕最早的铁路车辆承受木制车体，底架和车身均由木材制成。木制车体结构安全性和稳定性都无法得到保障，但在轨道交通领域却持续了几乎100〔2〕钢材质阶段经受了碳素钢、耐候钢到不锈钢的材料进展过程，主〔3〕随着铝合金大型中空挤压型材的开发及焊接技术的改进，组装和焊接件的数量削减，用工量削减40%，车体自重较钢制车体降低30%。〔4〕碳纤维复合材料具有比铝合金更高的比强度、更减重效果可达30%以上，可实现增速节能；通过一体化成型工艺设计，可以削减零件连接，降低用工量，提高制造效率和工艺稳定性，提升安全牢靠性。碳纤维复合材料使用渗透率逐步提升，从非承载件向主技术路径主要从非承载件如顶板、侧墙、座椅、内饰灯到次承载件如设备舱、前端头罩、司机室外壳再到主承载件如〔1〕车头与司机室。湖南省复合材料工程术中心研发与制造的复合材料车头端盖,已1〔2〕20239CETROVO一代碳纤维地铁车辆,其车体与司机室均使用碳纤维复合材料制成。2〔3〕ELG公司研制生产一种CFRPGFRP〔玻璃纤维〕2023209PCFRP1003〔4〕其他零部件。德国福伊特公司研制CFRP50％；中车长春轨道客车股份使用碳纤维复合材料做成车顶,性能可以和传统车顶根本保持50％左右。除此之外,碳纤维复合材料在车厢内饰件应用也格外广泛。主要的部位有车门、车窗、座椅、集便箱、卧铺、行李架、空调风道等。在地铁车辆的轨线设施中，电缆支架、疏散平台、DCI500V供电轨的支座及防护构件、复合轨枕等部位均有碳纤维复合材料的参与。碳纤维复合材料可以满足轨道交通车辆的多重设计指小和耐腐蚀等多种综合性能，可以满足轨道交通车辆的对高的要求1〔1〕比强度好，比模量高。碳纤维复合材料的比强度约为铝合金的7.3倍，比模量约为铝合金的3.2用碳纤维复合材料制作轨道车辆部件可在保证强度、刚性的〔2〕耐疲乏性能好。一般铝合金或钢材的疲乏强度约为静态强度的5090%，因此其可以应用在常常受交变载荷产生的腐蚀问题，从而延长车辆使用寿命，降低修理本钱。0轨道车辆车体构造材料正在更迭，碳纤维复材有望成为耐候钢、不锈钢，到现在“复兴号”广泛应用铝合金，车身质量重，能源消耗大，不利于列车的运转和提速。此外，网报道，与承受钢、铝合金等传统金属材料相比，一代30%维护本钱低；车头罩加工时可以大面积成型为流线型外形，大大降低风