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中國大飛機量產在即,先進復合材料需求迎來井噴

放大字體  縮小字體 發布日期:2021-01-15  來源:中國復合材料學會  瀏覽次數:374
核心提示:一、復合材料產業概覽復合材料是指由兩種或兩種以上不同性質的材料,通過物理或化學的方法,在宏觀(微觀)上組成具有新性能的材
 一、復合材料產業概覽
 
    復合材料是指由兩種或兩種以上不同性質的材料,通過物理或化學的方法,在宏觀(微觀)上組成具有新性能的材料。由于比重小、比強度和比模量大、耐腐蝕、抗沖擊性等特點,纖維增強材料在復合材料中的應用最廣、用量最大。纖維增強復合材料根據其增強材料的種類,可被分為玻璃纖維復合材料、碳纖維復合材料、芳綸纖維復合材料等。
 
    玻璃纖維因其低成本、高強度,耐久性、柔韌性、穩定性高和輕質等優越的物理和機械性能而受到廣泛的需求,目前占據最大的市場份額,主要用于風能、管道和儲罐、電氣和電子、建筑和基礎設施領域。
 
    由碳纖維和樹脂制作的碳纖維增強復合材料,其比強度和比模量在所有現存的工程材料中居首位,是最理想的輕量化材料之一。同時由于碳纖維復合材料具有高比剛度、耐高低溫和耐腐蝕等特性,已廣泛應用于航空航天、風電行業、體育用品、汽車制造幾大領域。其中,碳纖維復合材料在工業領域和航空航天領域的應用范圍不斷擴大,在復合材料行業占比呈上升趨勢。高端碳纖維原材料成本的降低,將使碳纖維復合材料在未來復合材料的發展與應用中占據更加重要的地位。
   (一)復合材料加工工藝
 
    在纖維與樹脂種類確定后,纖維增強復合材料的性能主要決定于成型工藝。因此,復合材料成型加工工藝是復合材料工業發展的重要基礎之一。
 
    目前,被廣泛使用的復合材料成型工藝可被分為近二十種,其中主要的類型有手糊、噴射、樹脂傳遞模塑(RTM)、袋壓法、真空灌注、熱壓罐、樹脂澆鑄和拉擠等成型工藝。
 
    復合材料中高端應用領域的成型工藝大致可分為:模壓、RTM、熱壓罐以及真空灌注成型工藝。這四類工藝各有優缺點,可滿足不同的下游市場對復合材料制品的需求。如模壓與RTM成型工藝,雖所需的模具復雜、制造成本高,但可以一次成型結構復雜的制品,適應大批量、中小尺寸的復合材料加工;而真空灌注成型工藝雖然需要大量真空輔助材料,但可以降低纖維增強體的空隙率,適用于質量要求高、批量小和尺寸較大的制品,如風電葉片;熱壓罐工藝可得到表面與內部質量高、形狀復雜的復合材料制件,但能耗較高,適合生產航空航天用的復合材料零部件。
 
   (二)復合材料加工真空系統解決方案
 
   為滿足部分復合材料成型工藝在加工過程中對真空環境的需求,復合材料供應商會提供專業的真空系統解決方案,即由真空袋薄膜等真空輔助材料按一定的次序和結構鋪疊、構建而成的真空系統,在此系統中對材料進行成型加工。
 
   其中,真空成型工藝輔助材料,簡稱真空輔助材料或真空輔材,是復合材料真空灌注成型和熱壓罐成型工藝中必不可少的一類輔助材料的總稱,主要包括真空袋薄膜、隔離膜、透氣氈、密封膠帶、壓敏膠帶、灌注軟管、脫模布和導流網等材料。
 
   (三)復合材料主要應用領域
 
   復合材料的終端消費市場主要包括風電葉片、航空航天、體育休閑與汽車等領域。
 
   1、風力發電
 
   風電葉片是復合材料用量最大的領域之一。隨著風電葉片不斷向大型化發展,葉片對比強度的要求更加突出,碳纖維材料的性能優勢更加凸顯。
 
    中國風電市場占全球份額的40%以上。2020年12月,中國國家主席習近平在聯合國及有關國家倡議舉辦的氣候雄心峰會上表示,中國要在2030年將風電、太陽能發電總裝機容量提高到12億千瓦。未來預計全球和中國風電葉片產量將持續增長,風電產業的發展是復合材料市場增長的主要力量之一。
 
   2、航空航天
 
   近年來,國際主要民航飛機的復合材料使用比例逐漸升高。未來隨著國產大飛機行業的技術進步與規模擴張,來自航空航天領域對復合材料加工產品及服務的需求將呈現出高于全球平均水平的增長速度,未來的發展將為復合材料市場帶來更強勁的需求動力。
 
   復合材料在無人機的應用也在不斷深化。使用復合材料的無人機,在起飛重量、升限、巡航時間、通訊范圍、內部載荷以及外掛能力等方面都能得到提升,因此無人機制造更加看重復合材料的使用。
 
   (四)市場規模

   1.全球市場規模
 
    根據MarketsandMarkets數據顯示,2020年全球復合材料市場規模將達到740億美元,預計2025年能夠達到1,128億美元,年復合增長率8.8%。以下游市場劃分,由于單價較高,航空航天領域是復合材料制件最大的終端市場,預計將以11.7%的年復合增長率從2020年的238億美元增長至2025年的414億美元。而以增強材料劃分,碳纖維復合材料市場將以12.4%的年復合增長率從2020年的190億美元增長至2025年355億美元。據Research and markets數據顯示,玻璃纖維復合材料仍占有最大的市場份額,并將從460億美元增長至2025年的近600億美元。
    據Stratview Research數據,全球真空輔材市場在2016年已達到7.75億美元,并預計以7.27%的年復合增長率在2022年達到11.82億美元。航空航天用真空輔材與風電葉片用真空輔材將占據絕大部分的市場,據市場數據預測,會在2020年分別達到4.26和3.05億美元。
    2、中國市場規模
 
    據市場數據預計,2020年中國復合材料市場將達到2,231.10億元人民幣,預計在2025年可超過3,500億元。其中,由于中國航空航天產業高速擴張,中國航空航天復合材料市場的增速將高于世界平均水平。



 
    中國玻璃纖維復合材料市場規模超過世界市場的一半以上,2020年為2,052.30億元,預計將在2025年達到2,558.66億元,年復合增長率4.51%。而中國碳纖維復合材料市場將高速增長,以14.07%的年復合增長率從2020年的321.65億元提升至2025年的621.12億元。
    中國真空輔材市場集中度較高,2019年與2020年快速增長。尤其是全球真空輔材產能在2020年受到新冠肺炎疫情影響較大,出現部分國際訂單轉移至國內廠商的利好情況。同時由于國內風力發電與航空航天產業的發展推動,以產品的產地為依據計算,預計2020年國內復合材料真空輔材市場規模將達到15.31億元人民幣,并以16.90%的年復合增長率增長至2025年的33.42億元。其中,航空航天用真空輔材市場將由2020年的6.46億元,以19.31%的年復合增長率于2025年達到15.61億元。
    二、產業洞察

   (一)雙循環格局加快國家產業政策支持
 
    先進復合材料是國家鼓勵的基礎性戰略性新興產業。由于國際貿易與政治不確定性增加,中國國內國際產業雙循環格局戰略被提出,力求實現軍事和民用重大裝備的自主保障。近年來,國家和地方政府出臺多項產業政策,支持先進復合材料全產業鏈結構升級,復合材料產業進入新的變革與發展期,具有先進研發實力與良好產業協同能力的企業,將會在這一輪的變革中迅速成長。
 
    (二)熱塑性預浸料進口替代需求迫切,國產化道路已開啟
 
    預浸料是復合材料制造加工過程中重要的半成品,發展先進的預浸料制備技術與設備將極大促進復合材料成型工藝的發展。日、德、美等發達國家在碳纖維增強熱塑性預浸料制造技術方面已經實現量產化,中國國內市場普遍被國外企業產品占據。由于應用行業發展迅速,進口熱塑性預浸料昂貴的價格已成為制約下游市場進一步成長的重要因素,國內下游廠商對國產熱塑性預浸料的需求日益增長。
 
    因此,國內部分有技術實力與市場遠見的行業企業,開始布局大尺寸熱塑性預浸料的研發與量產,努力開展國產化,打破國外公司壟斷。
 
    (三)航空航天復合材料加工外包比例快速提升
 
    國際成熟的飛機制造公司利用企業外部資源以快速響應市場需求的“橫向一體化”模式興起,在民機制造領域,機體制造商的一些合作伙伴也開始從低端零部件加工耗材生產商升級為專業化的零部件制件與裝配服務供應商。而隨著國產飛機制造產業的興起,國內主要機體制造商也逐漸開始進入生產外包階段,將部分零部件制件與裝配工作外包給上游企業。
 
    未來,航空航天市場將在復合材料,尤其是碳纖維復合材料產業生態鏈上,占據更加重要的位置,而航空航天復合材料加工外包比例快速提升,成為構建國產大飛機產業鏈的重要方式。國內軍民用航空需求釋放,推動主機廠供應商管理模式轉變,航空零部件加工產業迎來重要發展機遇。
 
    (四)中國大飛機項目量產在即,推動復合材料國產供應體系快速發展
 
    2020年11月,國產大飛機C919進入局方審定試飛階段,標志著2021年中國民用大飛機將進入大規模量產與實際交付階段,中國民用航空制造業即將進入全面發展階段。由于國產大飛機已獲得了龐大的市場訂單(截止2019年8月,C919訂單總量已達815架,2020年底有望破千架),先進復合材料制件需求將得到快速釋放。
 
     隨著技術發展,傳統的金屬材料正在被先進復合材料所代替,復合材料用量已成為新一代民機先進性的重要標志。結合當今國際主流民用大飛機機型對復合材料使用的案例(如空中客車的A350復合材料使用比例超過50%,而C919這一比例只有12%),今后中國國產飛機的復合材料使用比例有較大提升空間,未來發展前景良好。
 
 
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