碳纤维民用航空领域应用分析

碳纤维民用航空领域应用分析

碳纤维民用航空领域应用分析碳纤维复合材料在航空领域经历了由小到大、由次到主、由局部到整体、由结构到功能的发展过程。进入21世纪，碳纤维复合材料在民机上的应用实现了跨越式发展。波音787碳纤维复合材料用量达50．00%，空客A350XWB超宽体客机碳纤维复合材料用量达52%。用碳纤维复合材料建造民机机身主体结构，是碳纤维复合材料在民用航空领域里程碑式的突破。根据《中国商飞市场预测年报（2021-2040）》，预计未来二十年全球将有超过41，429架新机交付；到2040年全球客机机队规模将达到45，397架。中国旅客周转量年均增长率将达到5．70%，未来20年中国航空市场将接收50座级以上客机9，084架；到2040年中国的机队规模将达到9，957架，占全球客机机队比例22%，成为全球最大的单一航空市场。由于航空领域对轻量化和安全性的需求更高，对碳纤维价格的敏感性相对较低，因此航空航天成为现阶段碳纤维应用较为广泛的领域。而目前，我国在航空方面碳纤维复合材料的应用程度仍然较低，ARJ21碳纤维复合材料用量不足5．00%，C919碳纤维复合材料用量仅为12．00%，未来C929碳纤维复合材料用量预计达到52．00%。国产民机的发展将给航空碳纤维带来重大发展机遇，随着C919开始交付，未来民用航空领域碳纤维复合材料的应用将迎来蓬勃发展时期。碳纤维市场需求2021年，中国碳纤维需求达6．24万吨，高于全球平均水平，且进口产品依存度较高，主要源自日本、美国等国家的碳纤维龙头企业。未来随着航空航天、风电叶片、碳/碳复合材料等。新兴产业的需求带动，预计2023年中国碳纤维总需求将达9．16万吨，国产碳纤维的市场占比也将逐渐提高。风电将带动碳纤维持续发展根据相关数据显示，2021年，我国市场风电用碳纤维为2．25万吨，为国内碳纤维最大应用领域，占比达到了全球风电用碳纤维的68%。随着国内碳纤维快速扩张并持续降本增效、维斯塔斯拉挤工艺专利到期、风机大型化趋势及海上风电快速渗透等多重利好因素叠加，预计国内风电用碳纤维将获得更大发展空间，持续带动国内碳纤维需求增长。碳纤维竞争格局碳纤维是一种集结构材料与功能材料与一身、具有多种优异性能，拥有广泛应用前景的基础性新材料，广泛应用于航空航天、风电光伏、休闲体育等行业。碳纤维属于技术密集型、资金密集型产业，具有产业链长、工艺技术复杂、研发周期长、资金投入量大、行业技术性强等特点，行业进入壁垒高。目前，国内生产研发碳纤维的企业主要包括中复神鹰、江苏恒神、光威复材、吉林碳谷、吉林宝旌等。按产能建设情况看，我国碳纤维第一梯队企业包括中复神鹰、江苏恒神、光威复材、吉林碳谷、吉林宝旌，前五企业产能占比约77%；第二梯队企业包括兰州蓝星、上海石化、中简科技、威海拓展等企业，产能占比约为13%，其他企业产能累计占比10%左右。碳纤维生产的主要技术壁垒在于原丝，原丝的质量对碳纤维力学性能影响较大。主流原丝的制备工艺包括私法纺丝和干喷湿法纺丝，其中使用干喷湿法纺丝生产出的纤维表面光滑，纤维致密性更高，干喷湿法纺丝优势明显。经过长期的技术累计与投入，我国碳纤维龙头企业正逐步打破国外技术垄断格局，国内碳纤维产能规模也在不断扩张。中复神鹰、江苏恒神、光威复材和中简科技等部分企业已经能实现T700级、T800级和T1000级碳纤维规模化生产，产品性能也逐渐能与国外产品比肩。其中，中简科技最新研发的ZT7系列碳纤维产品打破了发达国家对宇航级碳纤维的技术装备封锁，各项技术指标也达到了国际同类型产品先进水平。目前，国内碳纤维技术升级主要集中在更高强度（如T1100级别）和更高模量（如M55级别）碳纤维制备工艺的研发和工程化应用，以及更高制备效率（如高速纺丝和大丝束）。此外，在预氧化炉、低温碳化炉和高温碳化炉等生产设备方面，中复神鹰主要依靠进口和自行研发制造，江苏恒神则等多家企业主要依靠从美国、德国地区进口。整体来看，国内碳纤维设备国产化进程还有待提高。国内企业大规模扩产，碳纤维行业迎来爆发期国内碳纤维龙头大规模扩产，将改变世界碳纤维产能格局。从全球碳纤维企业的后续扩产计划来看，碳纤维产能扩张主要以中国企业为主。未来几年国内碳纤维企业扩产计划总量预计接近30万吨，但需关注各企业的项目落地性以及落地时间和实际产能，在供给短缺的背景下，率先实现项目落地和产能扩大，并稳定生产的企业将具备明显的先发优势，抢占更多的市场份额。碳纤维行业属于国家战略性新兴产业，在轻量化市场具有广阔的发展前景，在国防安全、航空航天等板块具有不可替代的优势。我国碳纤维市场规模一直保持增长趋势，从2017年的38．1亿元增长至2021年的106．4亿元，年均复合增长率达29．3%，预计2023年中国碳纤维市场规模将达153．7亿元。未来随着航空航天、风电叶片、碳复合材料等新兴产业的需求带动，我国对碳纤维的需求还有望进一步提高。碳纤维下游需求占比从碳纤维下游需求量来看，2021年我国对碳纤维需求占比较高的领域是风电叶片与体育休闲，需求量占比分别是36%、28%，在航空航天领域占比仅为3%。未来随着我国碳纤维技术的提升以及航空航天的发展，碳纤维需求量将会进一步扩大。政策大力推进碳纤维行业发展近年来，我国陆续出台了一系列鼓励政策对碳纤维行业的发展给予了巨大的政策支持。一方面，《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》《关于扩大战略性新兴产业投资培育壮大新增长点增长极的指导意见》等长期统筹规划的出台，明确了碳纤维的重要战略地位和发展方针，为碳纤维行业的发展提供了长期驱动力。另一方面，如《原材料工业三品实施方案》《关于化纤工业高质量发展的指导意见》等政策持续引导并进一步提升碳纤维材料重点品种的关键生产和应用技术，促进碳纤维及其复合材料的开发，提升行业产业化水平，拓宽材料应用领域。由于我国碳纤维相关技术起步晚于国外等因素，长期以来，国内碳纤维市场中进口碳纤维的供给量远超国产碳纤维。2020年以来受全球新冠疫情的影响，全球贸易整体受到较大冲击，国外碳纤维出口国内的难度加大，国内碳纤维市场整体呈现供不应求的局面。随着我国碳纤维技术水平的提高，我国逐渐打破日本、美国的市场垄断，国产化进一步推进。2021年碳纤维国产化率水平已达47%，较2020年提升9个百分点。预计未来将加快国产化脚步，降低对外依赖程度。碳纤维产业迎来大规模发展碳纤维是制造先进复合材料的重要增强材料，强度高、抗摩擦、耐腐蚀，可广泛应用于航空航天、能源装备、交通运输、体育休闲等领域。自诞生以来，高端碳纤维复合材料技术长期掌握在发达国家手中。为了摆脱核心技术受制于人的局面，我国在2000年后开始大力发展碳纤维产业，并将其列为国家重点发展的战略性新兴产业之一，十四五规划和2035年远景目标纲要更是将在碳纤维复合材料领域开展协同应用试点示范和加强碳纤维及其复合材料的研发应用列入其中。在双碳目标引领下，碳纤维产业将迎来大规模发展，市场应用不断拓展。根据赛奥碳纤维《2016—2021全球碳纤维复合材料市场报告》，我国碳纤维需求量从2016年的1．96万吨增至2021年的6．24万吨，年均复合增长率为26．06%，2021年同比增速达27．69%，预计2025年国内需求量为15．93万吨。需求量上涨带动碳纤维行业发展近年来，中国碳纤维需求量一直维持稳步上升趋势，企业和投资机构也纷纷看好碳纤维行业的