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碳纤维复合材料国内外发展需求怎么样?

   随着风力发电场逐渐从内陆向海上转移,风电叶片的功率和规模增大是必然趋势。同时,大型风力发电机的每千瓦电力总生产成本也会随着叶片的增加而降低。在碳纤维成本持续降低和叶片复合材料技术创新的刺激下,2016年风电碳纤维需求快速增长。

   主要使用碳纤维制造风力发电机叶片的国际公司有VESTAS、GEMESA-SIEMENS、Nortex和GE,它们都是使用碳纤维的重要推动者。其他重要的碳纤维叶片制造商包括LM、TPI和巴西的Tecsis。国内主要叶片厂商:洛阳双瑞科技、中材科技、重通叶片、明阳风电、中富联众、时代新材等。正在积极推进碳纤维的应用,2017年可以批量推出大型叶片。主机中,金风科技、海装风电、上海电气、明阳风电都在大力推广碳纤维梁帽大直径风机,应用情况极佳。  

   目前全球碳纤维复合材料制造的领头羊是日本和他们在欧美的工厂,其次是依靠欧美航空航天市场健康发展的美国HEXCEL和CYTEC公司,以及依靠强大产业创新体系的德国SGL公司。随着中国在碳纤维领域投入的不断增加,中国的碳纤维产量占世界的份额越来越大。目前,日本三大巨头的市场垄断地位日益增强,仍是世界碳纤维发展的主力军。尤其是东丽收购ZOLTEK、三菱加大大丝束碳纤维投资后,日企在工业级碳纤维上的野心显而易见。

   在国际制造商中,宝马已率先成为Sigri (SGL)公司的股东,并先后在宝马i3和i8车型中采用了全碳纤维座舱(LifeDrive架构)和车身结构。与传统电动车相比,i3的车身重量减轻了250kg以上,整车重量仅为1250kg,i8的整车重量仅为1,480kg。但从16年的销售情况来看,宝马的汽车销量并不乐观,有传言称宝马将调整碳纤维战略。但随着宝马“碳芯7”系列车的推出,整车拥有16个多形态、工艺的零件,一定程度上弥补了碳纤维的需求。与此同时,由于新能源汽车对传统汽车的强制替代,碳纤维再次引起市场关注。目前,碳纤维车身最大的制约因素是成本。但我们相信,随着碳纤维技术的不断成熟和大规模批量使用,成本会不断降低,未来碳纤维在汽车领域的市场仍将非常广阔。2016年汽车用碳纤维需求约为9000吨,预计到2020年全球需求将达到11000吨。与全球市场相比,国内市场仍处于起步阶段,但随着国内新能源汽车的快速发展,国内市场对碳纤维的需求将快速增长,目前仅占总需求1%的汽车行业将带给人们无限的想象空间。

   近年来,在国家相关部委的推动下,我国碳纤维产业在产业化和规模化发展方面取得了重大突破。碳纤维产业进入前所未有的新发展阶段,中国完整碳纤维R&D链下的碳纤维工程研发加快,初步形成鲁苏吉等地碳纤维产业集聚地,培育了威海发展、中孚申英、江苏沈恒等骨干碳纤维生产企业和一批碳纤维复合材料及制品企业。据统计,从2010年到2016年,中国碳纤维产能从6445吨增长到23810吨,增长了近4倍。目前国内生产的碳纤维都是小丝束,其中12K占90%以上,1K、3K、6K都有自己的产量。目前,虽然越来越多的国内企业开始布局碳纤维产业,但整体发展节奏仍较为缓慢,产品仍集中在低模量区间,高端产品仍完全依赖进口。

   2016年中国碳纤维复合材料需求总量为19563吨。以东丽为代表的日资企业提供了6027吨碳纤维产品,占中国市场的31%,市场地位依然稳固。这主要是航空级碳纤维。美国ZOLTEK公司通过其在美国、匈牙利和墨西哥的工厂,共向中国销售了1734吨碳纤维及制品,占总需求的9%,基本覆盖了风电子市场;在很多汽车领域,混模成型也占有巨大的市场份额,工业碳纤维成为东丽的又一重拳。此外,国内企业贡献了3600吨,占总需求的18%。

   从国际航空巨头的发展来看,碳纤维复合材料将成为未来机体的主流。请阅读我国最后一页的信息披露和免责声明。主设计C919已经完成试飞。C919大型客机的中央翼、襟翼和运动机构段均采用碳纤维复合材料。随着中国军用和商用飞机项目的发展,以及中国航空航天工业的发展,碳纤维复合材料的数量还将继续增加。

   目前,世界各地都在逐步淘汰传统燃油汽车。未来,新能源汽车将成为汽车市场的绝对主流。但是,无论是传统汽车还是新能源汽车,轻量化都是至关重要的一环。资料显示,汽车自重减轻100 kg,行驶100 km可节油0.3 kg。自重降低10%,燃油经济性可提高10%。随着汽车电动化、智能化的发展趋势,整车轻量化也是实现节能减排、提升产品竞争力的重要途径。2016年,中国新能源汽车销量达到50.7万辆,同比增长53.13%。新能源汽车的快速增加将快速拉动对轻量化汽车的需求。

   目前,全球碳纤维复合材料市场仍处于快速发展阶段。与2010年4.27万吨的需求相比,2016年全球碳纤维市场需求将达到7.65万吨。预计到2020年,全球碳纤维市场需求有望达到11.2万吨,仍保持较快发展。

自20世纪80年代碳纤维在飞机上成功应用以来,碳纤维在航空领域的需求不断增加。对于民用大型客机,波音公司和空客公司为了抢占世界飞机制造市场,投入大量人力和资金研发新型客机,碳纤维复合材料得到广泛应用。目前,两大飞机公司的新飞机中复合材料的比例正在逐年增加。

    A380是首架在中央翼盒使用复合材料的大型民用飞机。翼盒8×7×2.4m,重8.8吨。5.3吨复合材料,减重1.5吨,可增加10人以上的有效载荷或1吨以上的燃油。波音最新的B787飞机,全机身重量的55%采用了碳纤维增强复合材料(CFRP),飞机重量减轻20%以上,有效满足了高效减排的发展要求。此外,B787的竞争对手空客A350推出了A350XWB,其53%由CFRP制造。世界上最大的两个商用飞机制造商首次在客机上如此大比例地使用CFRP,代表了轻量化的发展趋势,复合材料的使用比例越来越大。

    从下游需求来看,风电叶片、航空、运动休闲占据市场需求前三位,分别占总需求的23.5%、23%和15.7%。但从价格上看,航空航天的需求价值最高,达到1056.6万美元,占总价值的一半,这主要是由于航空航天用碳纤维复合材料的价格远高于其他应用领域。

     国内方面,2016年中国市场实现了高于预期的增长。2015年,按照我们设定的12%的增速,2016年的预期值是18803吨,而2016年的实际统计数据是19563吨,比2015年增加了2774吨(16.5%)。其中,核心驱动因素是风电叶片用大丝束碳纤维的快速增长。从2015年的800吨攀升至2016年的3000吨,占16.5%增速的79%。

    从下游需求来看,运动装备依然占据半壁江山,稳健发展是这个行业的特点。新的大增长的实现需要自动复合技术的创新。此外,风电叶片占总需求的15%,风电叶片用碳纤维异军突起,较2015年的900吨增长了数倍。不过这3000吨的消费量主要是维斯塔斯家族的需求。如果新的国际巨头或国内巨头开始这种需求,他们可以期待在未来几年内每年以倍数快速增长。目前,中国在航空航天、汽车领域的碳纤维与全球市场相比,差距巨大,这也为未来发展提供了巨大空间。我们认为,未来几年,航空航天、汽车、风电叶片将成为中国碳纤维市场最大的增长点。


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