部落先锋

7 复合材料应用发展趋势与展望

7.1. 航空航天应用市场

       市场的发展趋势如下图：2019年对碳纤维的需求量为23,500吨

。

       航空航天市场的分市场份额（吨）如下图：

       商用飞机无疑是碳纤维最有力的推动者，2019年三件大事

：一是波音737系列停飞停产，国际航空器市场形成巨大的不确定性。二是新的单通道飞机平台
，是否会双通道飞机B787、A350一样，广泛地使用碳纤维

？三是数量是双通道飞机10倍的单通道飞机，会采用怎么的复合材料工艺
？这些问题可多听航空专家的观点。从材料角度：新型的碳纤维，以东丽T1100G、赫氏IM10为代表的，如果产能继续扩大，成本持续降低，将在主承力结构大量使用；对于热塑复材在主结构的应用
，这是属于“下一代多功能机身验证”的性质，而航空的一代基本是20年时间；成熟的热固复合材料依然是飞机主结构的主力
，除了现有的自动铺放+热压罐工艺，RTM工艺在A220与MC-21的经验基础之上
，最可能成为单通道飞机的主选工艺。

7.2. 风电叶片应用市场

       2019年
，风电市场发展非常迅猛
，国内预计今年内取消补贴，所以抢装依然延续

。

       根据彭博新能源财经公布的“2019年全球风电整机制造商市场份额排名”，从市场需求方面
：
      

       2019年全球新增陆上及海上风电装机容量分别为53.2GW及7.5GW，其中中国占据全球半壁江山，中国市场新增装机总容量为28.9GW（包含26.2GW的陆上及2.7GW的海上风电装机）
，全球市场占比48%；从市场供给方面

：Vestas 2019年风机新增装机容量9.6GW

，以18%的份额领先全球
；全球十强中，有6家是中国企业
。

      2019年底与台塑周中洋高级专员交流
，他提供了如下宝贵的咨询，供大家参考：“SIMENS GAMESA已经开始使用拉挤板制作样机；GE-LM的使用拉挤板的工艺在开发中；Nordex 在欧洲已经开始批量使用拉挤板生产叶片；远景风电已经开始用拉挤板制作样机
。预计2020年全球风电对碳纤维的需求将达到31,272，两年之后，预计碳纤维需求大于44,139吨”。

       尽管部落先锋对风电的预测很乐观，但是
，确实也存在一定风险
：新冠肺炎疫情及风电发展的阶段性规律，有可能会让上述的预测不符或落空。

      2019年
，VESTAS在中国的动作频频
，与澳盛扩大了碳梁的合作，与光威集团合作在内蒙扩建碳纤维工厂
，然后又与吉林化纤集团（我国当前最重要的原丝基地）签订了战略协议，之前，与ZOLTEK，台塑，土耳其DOWAKSA的战略合作
。部落先锋大胆地猜测
：VESTAS应该非常清楚碳纤维在未来风电产业的战略意义，他更清楚碳纤维的成本构成及未来发展走向。如此猜想之下，不免有点私心，替部落先锋国内的风电巨头暗自担忧
：不要等着哪一天，部落先锋也认识到了碳纤维在未来风电的战略意义之后，突然发现
，全球的碳纤维资源已经被对手控制了
。希望部落先锋的这些想法是“杞人忧天”。作为碳纤维的从业者，部落先锋首先欢迎各类客户的光临

。

 7.3. 体育休闲应用市场

       体育休闲市场十年来的需求发展情况如下，2019年的需求量为15,000吨
。

       体育市场的分市场份额如下：

先进复合材料体育器材强国计划

       2019年，中国复合材料学会与国家体育总局装备中心牵头，汇集体育界及复合材料届专家学者及企业家，筹备“中国复合材料体育器材联合专业委员会”
。这个“专委会”的工作任务是“集成国际设计经验
、增强技术研发能力、国家助力品牌运营、竞技产业共同进步”。

       在2019年11月28日，由中国复合材料学会主办的第四届中国国际复合材料科技大会（CCCM-4）在珠海隆重举办
，期间，“专委会”筹委会举办了体育器材分会场，分会场包括了碳纤维体育器材的现场展示与体验和精彩纷呈的报告。

      2020年的新冠病毒疫情为全球的体育运动蒙上了一层阴影：各类文体活动大幅度减少，相关的体育器材企业由于订单的减少，加上之前中美贸易战的关税，众多企业正备受煎熬。部落先锋希望：中国复合材料学会及国家体育主管部门，在这个艰难时刻

，依然砥砺前行，全力推动这个“强国计划”落实。

       碳纤维复合材料一直是国家产业政策的热点，然而
，部落先锋一些主管部门，对航空航天复材应用青睐有加
，对体育器材应用重视不够，甚至是轻视。部落先锋已经多次上书
：表达了“体育器材不仅是全球碳纤维产业的催生婆

，更是中国碳纤维产业的压舱石”的客观历史与现实。

7.4. 汽车应用市场

       对于汽车是否可能大批量应用碳纤维，这是目前行业最具争议的话题。部落先锋也多次表达了全寿命周期的“轻量化价值”的观点。部落先锋认为
：这也是工业级碳纤维的大批量应用的“普世原则”，如果这个与其他现有材料的对比经济账算不明白
，就没有批量应用的前提。

       另外一个思维角度：碳纤维从来就在汽车领域存在
，而且一直在发展

，超级车（5000台）、超豪华车（50万台），豪华车(500万台)，大众型汽车（大约1亿台）。目前，碳纤维在超级车及超豪华车用途很广，豪华车上也有一些碳纤维零部件。大众型汽车的应用的先驱是BMW I3 （尽管I3的销量只能算为豪华车类别）
。部落先锋认为

：从目前绿色环保要求及碳纤维复合材料的发展水平综合考虑
，碳纤维的主要市场是豪华车及以上市场
。

       对于新能源汽车，尽管电池昂贵，轻量化需求迫切
，但是
，只要是面向大众的，都很难支付碳纤维复合材料的高昂的成本
，除非是功能性的必须需求
，比如燃料电池的气态扩散层(GDL)及高压氢气瓶


。

7.5. 压力容器应用市场

       2019年，燃料电池汽车依然是世界的热点，对于碳纤维产业，主要的机遇是气态扩散层及高压氢气瓶。

       气态扩散层（GDL）
：目前的主流工艺是碳纤维纸与织物作为基体材料

，与高碳基体材料结合碳化，形成碳碳复材
，进行疏水性处理之后，涂覆微孔碳微粉涂层。世界上主要的GDL厂家为东丽，西格里以及加拿大Ballard旗下材料厂。东丽与SGL这几天都在大幅度扩产，价格依然高企与供不应求。我国也有一些企业从事GDL的研发与小批量制造，但是，缺乏碳纤维材料的基础与支撑，这些企业是走不远的，希望部落先锋的碳纤维企业要重视这个材料的研发，否则这个材料会成为我国燃料电池“卡脖子”环节，影响氢能源产业安全。

       高压氢气瓶
：首先有别于其他气瓶，燃料电池的气瓶
，比如要实现规模经济的成本，美国能源部的技术路线图：碳纤维成本需要从现在的15美元/(kW•h)
，降低到8美元/(kW•h)
，换算成碳纤维成本
，大约是需要实现T700或之上的性能，价格大约12.6美元/公斤（目前这个档次的纤维国际价格是18-22美元/公斤）
。这对现有的碳纤维产业创新能力
，会形成了一个巨大的挑战。

7.6. 混配模成型应用市场

       混配模成型（Molding& compound）严格讲，不是一个应用市场，而是对工艺的描述，但由于这些工艺横跨的应用多
，所以，把它归类成一个应用
，便于说明
。混配（compound）是指非连续碳纤维增强塑料
，主要包括短切增强和LFT

。玻纤D-LFT在汽车领域的广泛应用证明了这种复合材料形态的优势。模成型（Molding）主要是指片状模塑料Sheet Molding Compound-SMC，团状模塑料Bulk Molding Compound-BMC
。由于回收碳纤维的加入，让这些非连续形态的
，已经非连续形态加连续形态的混合结构
，展现出一定的发展空间。

        从事短切碳纤维增强塑料的
，通常是改性塑料企业

，比如SABI、RTP
、POLYONE
、COMPTEX
、 POLYNT
、广东金发科技等。他们通常是从碳纤维企业采购短切碳纤维，采用双螺杆混配造粒，然后在销售给应用单位做注塑成型
。这其中有较多的问题
：首要就是一个界面问题

，碳纤维生产厂家通常是将B等品，通过二次上浆，加工成短切纤维，原始的环氧浆料通常还包裹在二次浆料之内
，在后续的高温工艺中，环氧浆料会分解，对产品构成界面缺陷。另外一个重要问题，从碳纤维生产线到最终的注塑零件
，中间环节太多，层层加码，导致最终用户的使用成本太高，这些都局限了短切碳纤维更广阔的应用空间，如对这个产业及生态链一定程度的重整，可以迅速扩大应用面及用量。

7.7. 建筑应用市场

       本领域是一个广泛意义的建筑
，不仅包括部落先锋通常意义的建筑

，也包括了建筑机械、桥梁、隧道及工业管道等
，复合材料的应用主要有如下几个领域：1.建筑桥梁的补强
：2.艺术型建筑的主体结构；3.建筑机械
；4.桥梁：5.抗震防震建筑
：6.管道补强。

       上述应用市场中
，有80-90%的碳纤维用于建筑桥梁的补强
。早期的加固用碳纤维产品完全依赖于从以日本东丽为代表的欧美日等发达国家厂商进口，直至21世纪初随着我国工业化进程发展，逐渐出现国产碳纤维布、碳纤维板等加固材料。现阶段基础设施加固材料领域除福瑞斯
、西卡
、东丽等国外品牌
。以上海悍马为代表国产品牌正在快速崛起并逐步被国内外市场广泛认可，这些行业优质企业的崛起
，也对曾经混乱的国内市场做了一场洗牌
，“鱼龙混杂”的状况有了根本性的改变，市场集中度加强，更利于这个行业的持续健康发展
。

7.8. 碳碳复材应用市场

       2019 年
，碳纤维在碳碳复材领域是平稳增长，主要市场是
：刹车盘市场

：国际的主要企业是
：法国的Messier-Bugatti 公司
、美国的Honeywell 公司、B.F. Goodrich 公司
、Goodyer 公司和英国的Dunlop 公司。中国的飞机刹车盘主要有中航飞机股份有限公司西安制动分公司
、博云新材、西安超码等厂商。航天部件：主要企业是国内航天的相关院所，碳碳复合材料以其优异的性能成为大型固体火箭喉衬、发动机的喷管

、扩散段
，端头帽等的首选材料；热场部件：国际企业是德国的SGL公司，日本的东海碳素公司等；国内从事碳碳复合热场材料的单位包括西安超码

、航天睿特、博云新材、中南大学

、南方搏云等
。预制体是碳碳复材重要的制造环节
，国内的主要企业是：中材科技南京玻璃纤维研究院、江苏天鸟高新技术有限公司、天津工业大学复合材料研究所

、江苏飞舟高新科技材料有限公司。

       上述市场中，最大的热点是热场部件的高速增长

，据国内预制体龙头企业，江苏天鸟缪云良总经理介绍：国内市场2019年增长了25%
。

7.9. 电子电气应用市场

       2019年，电子电气领域
，市场在平稳增长

。

       首先是功能性应用领域：短切碳纤维增强塑料具有防静电、电磁屏蔽等功能在复印机、打印机、数码相机
、数据传输电缆接头等产品早已经有成熟应用，对比其他的如炭黑
、金属等类似材料
，碳纤维增强塑料的成本降低，会带来这个市场的稳定扩展
。

       力学增强方面：主要的产品形态有长碳纤维增强塑料（LFT）和连续碳纤维增强材料
。LFT其实是一个介于短切与连续之间、兼顾了成本与性能的一个很有前景的产品形态
，然后，热塑界面的问题，如何在塑料中保持较长的长度及均匀分散问题，这些技术障碍阻碍了这个产品的更广阔的应用。连续碳纤维增强材料
，主要是用于轻薄笔记本的壳体，其中有经典工艺的热固壳体
，也有热塑壳体。

      2019年
，电子电气领域对碳纤维需求重大增长是
：液晶平板显示器生产过程的机器人的轻量化

。大面积平板玻璃在生产线的转运及储存一直采用碳纤维牙叉
，这是高模量沥青碳纤维的天下，就是要防止移动平板玻璃过程中的振动，目前这个思路已经延展到支撑牙叉的结构上，利用碳纤维复材的轻质高强
，更好地服务于平板玻璃搬运的平顺。

      5G基站对材料的需求也是行业的热点
，对于碳纤维材料，除了有特殊轻质高强要求的通讯塔建设和局部的需要电磁屏蔽的部件，对碳纤维复合材料有需求可能，部落先锋还没有看到其他的机遇。

7.10. 船舶应用市场

       目前
，船舶领域对碳纤维的需求主要是：竞赛类船舶
、超豪华游艇、高速客船及军事用途的船舶。多年来，除了竞赛类船舶，不断追求复合材料新工艺及新技术
，其他船舶的发展缺乏热点。

       人类在探索海洋资源时，有一个从近海到深海到超深海的过程
，比如海上石油的开采，近海还可以采用陆上固定井的思维，到深海及超深海
，就不得不发明各类特殊的船舶，以获得更好的经济性。同时
，深海的特点，对传统陆上采用的金属材料会有很大的挑战
，这就为碳纤维复合材料提供了巨大的机遇。

       除了海洋石油，近几年
，海上风电蓬勃发展
，尽管目前主要在近海的浅水，借用陆上风电的思路，做固定塔筒
，部落先锋相信，随着近海资源的消耗
，或者技术的变革，漂浮式风电一定会成为必然。漂浮式风电与漂浮式石油平台还是有一定的区别，这就需要船舶系统开发新型的风电漂浮平台，如何固定这些平台，可能会为碳纤维复合材料带来新的应用机遇。

7.11. 电缆芯应用市场

       2019年
，部落先锋统计的全球需求是1,100吨。

      2019年，美国CTC公司授权了巴基斯坦的特许制造商
，继续扩大其市场应用。据CTC网站消息，到2019年，他们总共在全球建设了750个ACCC导线项目，总共完成的电缆里程接近10万公里。2020年初

，该公司宣布ACCC InfoCore™系统和首次商业部署，该系统可快速
、准确地确保ACCC® Conductor的正确安装
。

       国内电缆芯方面
，2019年国家电网的一条电缆发生断裂事件后，整个国电网的建设计划暂停
，这对行业产生了一些不良影响，2020年有望恢复重新建设
。中复集团前董事长张定金先生介绍
：针对电缆芯品质问题，中复集团采取了两个创新工作
，一是在电缆芯预埋光纤，可以实时监控电缆芯的品质情况，另一方面，对于CTC推崇的大直径

、单根芯材
，变成多根、小直径芯材的组合体
，这样可以增强柔性，同时减少可能破化的扩展，组合体依然可以保持设计强度，正常服役。他们正在验证上述的技术创新，一旦达成，将促进中国电缆芯市场的发展。另外
，同样的思路，也为碳纤维桥梁缆提供新的机会。”

7.12. 其他应用市场

轨道交通

       这几年，在中车的牵引之下，利用碳纤维复合材料对轨道交通做轻量化的研发工作进展很快并卓有成效。在德国举行的柏林国际轨道交通技术展（InnoTrans 2018）上，中国中车正式发布新一代碳纤维地铁车辆“CETROVO”

，同期，中车长春轨道客车研制的复合材料轻轨车-武汉东湖“光谷量子号”在长春轨道交通展上首次向公众展出
。2019年底，新一代碳纤维地铁在广州试跑。中车青岛四方与国内多家碳纤维复合材料企业合作
，共同开发车头罩，设备舱裙板等构件。轨道交通
，尤其是高铁的的工况是非常复杂的，所以
，需要长时间积累相关的数据与经验。短期内，很难对碳纤维的需求带来较大增量
。这是一个具有中国特色、重大意义的碳纤维复合材料产业链及生态，社会各界应充分重视这个应用生态的开拓

，长期坚持，必有巨大回报
。

碳纤维功能材料
     

       如上面说提及的燃料电池的气态扩散层（GDL）
，碳纤维的功能性应用将会有巨大的发展，尤其在储能电池领域，碳毡（石墨毡）作为液流电池的电极材料
，已经在广泛使用；在碳毡的基础上生长碳纳米管，替代铅酸电池的铅板电极，焕发了古老铅酸电池的青春
，正在快步工业化与商业化；锂离子电池中，已经有很好的多微孔碳纤维材料的实验室产品，可以提升锂离子电池的能量密度。

来源
：ATA-ACIH

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