航空航天：軍機、民機碳纖維滲透率提升

 

    現(xiàn)代碳纖維材料始于軍用，目前航空航天為重要應用領域。碳纖維復合材料是大型整體化結構的理想材料。與常規(guī)材料相比，碳纖維復合材料可使飛機減重 20%-40%，并有能力克服金屬材料容易出現(xiàn)疲勞和被腐蝕的缺點，增強了飛機的耐用性；復合材料的良好成型性可以使結構設計成本和制造成本大幅度降低。在軍用航空領域得到了廣泛應用和快速發(fā)展，碳纖維復材滲透率不斷上升。

 

    軍用單機碳纖維滲透率不斷提升。美國由于碳纖維行業(yè)起步早、技術水平較高，目前軍機應用碳纖維比例都處于較高水平。根據(jù)前瞻產業(yè)研究院， 以美國 F-22 和 F-35 為代表的第四代戰(zhàn)斗機上碳纖維復合材料用量就分別達到了 24%和 36%，美國新型軍用運輸機 ACCA 整個飛機機體復合材料比例甚至高達 65%，整機減重甚至可達 25%以上。而我國現(xiàn)役的第三代戰(zhàn)斗機碳纖維占比與第四代戰(zhàn)機 30%的平均碳纖維用量仍有較大差距，我軍碳纖維單機比例仍有巨大提升空間。隨著軍機的更新?lián)Q代，中國軍機碳纖維復材使用比例也逐漸提升，殲 20 碳纖維復材比例就已經從殲 11 的 10%提升到了27%。

    軍機向三代 、四代為主體轉變，帶動碳纖維復材新增長。據(jù)《World air force 2019》的數(shù)據(jù)，2018 年全球軍用飛機總數(shù)約為 53953 架，其中美國在役軍用飛機機隊 13398 架，占同期全球軍機總量的 24.83%，排名第一；中國軍用飛機 3187 架， 占同期全球軍機總量的 5.91%，較去年同期增長 151 架，排名第三。其中，我國目前戰(zhàn)斗機數(shù)量為美國同期的一半左右，運輸機、加油機、直升機、教練機等軍機數(shù)量都遠遠落后于美國，且約半數(shù)的軍用飛機機型較為落后，服役時間長久，面臨退役，裝備建設急需提速。未來我國將逐漸淘汰二代機，以三代機為主體向四代機轉變，形成以三代、四代戰(zhàn)斗機為主 的新一代空戰(zhàn)力量，新機的交付為軍用飛機制造業(yè)帶來了機遇，也將拉動對高端碳纖維復合材料的需求。隨著軍機批產上量，以及單機碳纖維比例的逐步提升，對國產碳纖維的需求也將提升。

 

    商用航空為航空航天碳纖維重要應用領域。航空航天碳纖維需求分布中，商用飛機需求量占比最 高，對碳纖維需求驅動是巨大的。根據(jù)波音及空客的官網(wǎng)資料，2018 年波音的復材飛機 B787 交付 145 架，同比增長了 6.6%，而空客的復材飛機 A350XWB 交付了 93 架，同比增長 19.2%，帶動 18 年航空航天復材的增加。除了商用飛機數(shù)量的增長，單機碳纖維使用量也在不斷增長。商 用飛機既強調安全性也強調經濟性，對結構減重有著迫切的需求，復合材料逐漸取代金屬材料，用量也在不斷提升，應用占結構材料質量比可達 50%。根據(jù)《A350 的復合材料構件制造》，波音 B787 復合材料結構重量達到全機結構重量的 50%左右，空客 A350 復合材料結構重量高達 52%。根據(jù)北京晚報，截至 2019 年 10 月，我國具有自主知識產權的大型噴氣式民用飛機 C919 的全球訂單數(shù)量已經超過了 1000 架，未來進口替代空間巨大，根據(jù)公司大絲束碳纖維產業(yè)化項目可行性研究報告，應用復材占比為 25%左右；寬體客機 C929 機身中碳纖維復合材料有望超 50%，從而能拉動國內碳纖維復合材料的穩(wěn)定增長，預示著強勁的市場潛力。

 

    全球預計到 2038 年機隊規(guī)模為 49558 架，是現(xiàn)有機隊（23893 架）的 2.1 倍，其中增長 25665 架，替換 19786 架，保留 4099 架。為滿足運量增長，中國機隊規(guī)模預計到 2038 年機隊規(guī)模為 10344 架，其中雙通道飛 機2420架，單通道飛機6938架，支線飛機1051架，占全球總量的21%，年均增長率居全球各地區(qū)首位。1999 年-2018 年中國大陸歷史交付 3968 架客機，預測未來 20 年間將交付 9205 架客機，占未來二十年全球交付 量的 20%，市場規(guī)模不斷擴大，新機交付量將帶動上游碳纖維復合材料 產業(yè)的發(fā)展。

    國內航空航天領域碳纖維仍待發(fā)展。在中國制造 2025 中，碳纖維被列入戰(zhàn) 略材料，規(guī)劃到 2020 年國產碳纖維用量達 4000 噸以上，滿足大飛機技術要求，到 2025 年高性能碳纖維基本實現(xiàn)自主保障。隨著政府政策的支持、 國內碳纖維產業(yè)技術水平的不斷進步與產業(yè)鏈的完善，對標國際目前碳纖 維產業(yè)分布，國內在航空航天高端領域碳纖維有望加速發(fā)展。

 

 

    風電是清潔能源，21 世紀來風電產業(yè)發(fā)展速度較快。全球累計風電裝機容量從 2011 年到 2018 年的復合增速為 13.93%，新增裝機容量增速在 2016 年之后觸底反彈，也將保持較高增速。目前中國是全球最大的風電市場，風電市場體量大、發(fā)展快。2018 年我國新增裝機容量 21.14GW， 占全球新增裝機容量的 43%；累計裝機容量保持穩(wěn)定增長態(tài)勢，2018 年 達到 209.5GW，占全球總裝機容量的 36%。預計未來幾年中國新增裝機容量仍將保持較高規(guī)模，風電市場需求量廣闊。

 

    風電葉片向大型化發(fā)展，帶動碳纖維復材在風電領域應用。中國新增風電裝機正在向大功率、大尺寸發(fā)展。根據(jù) CWEA 統(tǒng)計，中國新增裝機的風電機組平均功率由2008年的1214KW平穩(wěn)增長到 2018 年的 2.2MW。2018 年新增裝機容量主流型號功率區(qū)間為 2MW-2.9MW，其中 2MW 功 率機組占比超過新增裝機容量的 50%，2.1-2.9MW 機組市場份額同比增 長 31.7%，主流型號功率不斷增加。在達到額定功率之前，等同條件下葉片長度與獲得功率成正比關系。隨著風力發(fā)電機單機功率的快速提升， 風電葉片正向著大型化、輕量化的方向發(fā)展，IEA 預測在 2025 年前后風機的風輪直徑將達到 250 米。隨著風電葉片尺寸的持續(xù)增大，碳纖維復合材料應用比例也將持續(xù)增加。

 

    海外Vestas 訂單不斷， 國內風電葉片需求快速增長，復合增速高達 107.15%。目前，Vestas 是 全球以碳梁開發(fā)大功率風電葉片的最主要的客戶，在全球設有多處葉片工 廠。據(jù) 2019 年年報，Vestas 在風電訂單已達到 178 億元。未來幾年 Vestas 的碳梁需求仍將呈逐年上升趨勢。另外，除 Vestas 以外，國內下 游風電葉片廠家也同時快速崛起，碳纖維用量及在風電葉片中的占比均快 速提升，2015 至 2018 年，國內風電用碳纖維用量的復合增速高達 107.15%。

汽車：新能源汽車加速碳纖維應用

 

    從全球碳纖維細分產業(yè)的增長來看，汽車領域增長較為迅速，近些年需求 規(guī)模年均復合增長達到 33%，工業(yè)領域碳纖維應用普及相對較慢。根據(jù)《2020 復合材料行業(yè)市場縱覽》，中國是全球第一大汽車市場，2018 年生產 2780 萬輛汽車，其中包括所有乘用車，輕型商用車，卡車，公共 汽車和長途汽車。且目前汽車行業(yè)正在加速碳纖維材料在汽車上的應用。目前已有多家廠商發(fā)布相關公告，其中麥格納汽車外飾系統(tǒng)與廣汽零部件有限公司 （中國廣州，GACC）組建合資公司，從 2018 年末開始為全球汽車制造商的跨界車生產熱塑性復合材料（TPC）舉升門；以及沃爾沃的新品牌 電動高性能汽車公司 Polestar 大量采用碳纖維材料做為 Polestar 1 的底盤架構，成功的削減了大約 230 公斤的重量，Polestar 1 在包括引擎蓋、 尾箱蓋、葉子板、車門以及整個車頂?shù)牟糠侄际褂昧颂祭w維復合材質制作， 這是沃爾沃集團當中首度有車款使用如此大量的碳纖維料件來做為車身架構。

    國內新能源汽車銷量持續(xù)上升，碳纖維有望加速在汽車領域應用。相對傳統(tǒng)汽車而言，新能源汽車使用碳纖維材料比例相對更高。隨著資源與環(huán)境雙重壓力的持續(xù)增大，在政策和技術進步的驅動下，傳統(tǒng)動力系統(tǒng)將會逐漸被驅動電機、動力電池與控制器所取代。目前已有多個國家，尤其是德國等西歐發(fā)達國家已發(fā)布或提出禁售傳統(tǒng)燃油車時間表，汽車電動化已是大勢所趨。國內處于發(fā)展初始階段的新能源汽車銷量上升迅速，從 2015 年的 33 萬到 2018 年的 126 萬銷量，CAGR 大于 50%，占整體汽車銷量 比重迅速增加，即使在全國汽車銷量下滑的情況下新能源銷量同比仍然持 續(xù)上升。至 2018 年，中國新能源汽車產量和保有量分別占汽車產量和保 有量的 4.6%和 1%，需求端潛力仍待釋放，未來發(fā)展趨勢預計將持續(xù)上揚，帶動碳纖維在汽車領域的應用。