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行业分析

2017全球碳纤维复合材料市场报告(四)
来源:赛奥碳纤维技术  2018-05-07 09:54:40
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原文:http://chinacompositesexpo.com/cn/news-detail-12-6453.html       上接:2017全球碳纤维复合材料市场报告(三)

       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:2017年对碳纤维的需求量为19,200吨。



 
       航空航天市场的分市场份额(吨)如下图:


Source:东丽官网

       商用飞机对碳纤维需求驱动是巨大的,2017年,根据波音及空客的官网信息,波音的复材飞机B787交付136架,与2016年持平,而空客的复材飞机A350XWB交付了78架,比2016年增加60%。所以,商用飞机碳纤维的用量增加主要来自空客。

       上面东丽网站摘录的商用飞机的发展计划,主要体现了几个信息:国际商用飞机的发展趋势是越来越聚集中小型飞机;波音与空客在2017年9月前分别手握4633架(B787-1471架)和4325架(A350XWB-1056架)订单。

       7.2. 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,2017年的需求量为13,200吨。


       体育市场的分市场份额如下:


       碳纤维与体育强国

       1971年,日本东丽开始了工业化碳纤维生产(产能1吨/月),1972年,日本公司Olympic在展览会上,使用东丽碳纤维制造的鱼竿“Seiki”;同一年的太平洋高尔夫大师赛:Gay Brewers 使用碳纤维球杆赢得冠军,这激发了市场购买与使用“高尔夫黑杆身”“black shaft golfclubs”的热情。世界碳纤维的发展初期,就与体育器材结下了不解之缘。

       谈及碳纤维体育器材产业,就不得不提中国台湾清华大学吴泉源先生的文章-“奠定复材製造王国的领航者-中国台湾网球拍產业发展回顾” ,文中提到“1978 年由光男公司从国外引进碳纤维复合材料,开始制造碳拍之后,短短的几年间,不但淘汰了木製球拍,改变了世界网球拍的產销结构,成为网球拍王国,而且奠定了中国台湾在全球复合材料加工技术上重要的地位。”在文章的最后,吴先生充满激情的表达了“这是一个世界级的技术史故事。中国台湾网球拍产业奋斗的历史轨迹,至今依旧是许许多多产业努力奋进的标杆。”从网球拍开始,中国台湾持续努力,在高尔夫球杆、钓鱼杆、曲棍球杆、自行车等各个碳纤维领域,均取得了举世瞩目的佳绩,通过在大陆的投资设厂,将大陆的碳纤维体育器材带动起来,这个渊源我们不应该忘记。

       碳纤维体育器材,全球绝大部分制造在大中华地区,欧美日本品牌商主要是品牌运营,参与技术研发的投入不多,我们企业的利润空间有限,技术创新能力也有限,导致目前的主流工艺大量依靠人工,缺乏自动化,因此制造成本也较高,这些因素共同导致了产品价格高昂,不能普及到寻常百姓家。体育器材有着与工业产品迥异的“轻量化价值”,我们的汽车工程师可以在他的零件上算计每一分钱,个人购买体育器材时,他会因为1克重量和手感,毫不犹豫多支付几百元。

       先进体育器材与科学训练方法正成为提高运动成绩的有力支撑; 在提升运动成绩的同时,先进体育器材可获得美誉度,利于器材在群众体育中的推广,形成品牌效应,从而形成高利润产业,并反哺竞技运动获得更好的成绩,为运动员的退役后提供更多的职业选择。体育器材是将碳纤维材料优势发挥得淋漓尽致的领域:陆海空、冰水雪,处处可见碳纤维料替代天然材料与金属材料而产生的“更快、更高、高强”竞技传奇,也衍生出一轮轮波澜壮阔的工业技术创新辉煌。中华民族(含中国台湾),是全球碳纤维体育器材制造大国,由于器材工业设计技术及品牌运营经验的欠缺,我们守着一个全球最大潜力的市场,却不得不面对“洋品牌漫天飞,制造工厂血汗化”的残酷现实。“增强技术制造能力、集成国际设计经验、国家助力品牌运营、竞技产业共同进步”,这就是时代与民族需要的先进碳纤维体育器材强国计划。

       7.3. 风电叶片应用市场

       2017年,低风速风场和海上风电共同推进了叶片的大型化发展,碳纤维在风电领域持续高速增长。VESTAS在与台塑签订碳纤维长期供应合同之后,2017年6月,VESTAS与土耳其签订了为期四年,价值3亿美元的梁帽拉挤板合同。去年年底到今年年初,ZOLTEK相继宣布在墨西哥与匈牙利扩产,将目前的14,900吨产能提升到25,000吨。

        2016年与2017年,中国风电碳纤维复合材料供应还出现一个剧烈的变化:2016年,TPI (为VESTAS制造叶片)及VESTAS相关企业共进口了2465吨碳纤维,而今年,这个集团只进口了240吨纤维,而市场的总量不变,这些差额主要由光威复材与江苏澳盛承担了。我们认为,这主要是VESTAS的工艺转变而带来的供商剧变,坚定了拉挤片材制备梁帽的工艺路线。

       国际主要采用碳纤维制造风电叶片的企业是:VESTAS、GEMESA-SIEMENS、Nordex,Senvion,GE集团(去年并购了LM)。重要的碳纤维叶片制造商还有TPI(主要为VESTAS 与Senvion 提供叶片)和巴西的Tecsis(主要为GE提供叶片)。去年,TPI宣布:利用SENVION的RodPack(拉挤棒)技术为其生产叶片。

       我国主要的叶片制造商:洛阳双瑞科技、中材科技、重通叶片、明阳风电、中复连众、时代新材等均在积极推进碳纤维应用。去年6月,双瑞5MW,83.6米的中国最长海上风电叶片下线,这款叶片采用的是碳纤维织物灌注工艺的梁帽。

       7.4. 汽车应用市场


        汽车复材市场,不得不先谈到宝马公司I3电动车:根据宝马公司年报,I3去年销售了31,482辆,同比增长23.3%;宝马公司人员多次抱怨碳纤维复合材料成本太高,有传言要回到铝合金车身;去年SGL回购了与宝马汽车合资的汽车用碳纤维厂的股份。去年,行业内对宝马的“Carbon Core 7”系车采用的“混合材料”思路没有前年那么热闹了。

       去年,除了电动车,燃料汽车开始持续升温,各大汽车厂加大了投入,燃料电池堆主流采用的是碳纤维纸,东丽开始扩建碳纤维纸的工厂,产能将是目前的5倍之多。同时,尽管各类储氢的创新,目前看来,采用高压碳纤维气瓶还是个最佳的选择。35&70MPA氢气瓶成为市场的热点。

       以东丽为首的日系碳纤维厂家,在积极推动汽车复材的应用。尤其在收购了ZOLTEK的低成本碳纤维后,东丽从之前的研发,快速转到实业布局上。近几年,收购了不少汽车复材相关的国际公司。

       关于汽车复材市场,我们有如下的看法:

       A. 对于不得不用碳纤维的,如燃料电池的扩散层碳纸,氢气瓶,这是重点;

       B. 要遵循汽车行业采用碳纤维的规律:从F1赛车,到超级豪华限量版车,再到豪车,直接从普通家用汽车入手,无论是否新能源,高成本的问题不是一时半会能解决的。

       C. 汽车厂家要做产品全周期“轻量化价值”评估,价值不超过当前昂贵的碳纤复材,不要浪费科研资源。

       7.5. 压力容器应用市场



 
       压力容器方面主要是如下三个方面:

       A. 传统市场,主要是呼吸气瓶,CNG 气瓶,市场小幅度平稳发展;

       主要驱动碳纤维的需求增长的市场如下:

       B. CNG复合拖车长管:在Hexagon Lincoln的推动下,其最新款TITAN XL(40尺柜,15000标准立方米)2015年在拉美试运行,2016年7月获得美国交通部上路许可。国内主要是中材科技(成都)有限公司在推动这个产品,并取得很大成效。

       C. 氢气瓶市场:氢燃料电池汽车用气瓶主要使用三型瓶(金属内胆复合材料全缠绕气瓶)和四型瓶(塑料内胆复合材料全缠绕气瓶)。其中,三型瓶一般用于公交、巴士及物流车等领域,工作压力35MPa,四型瓶一般用于乘用车,工作压力70MPa。

       发达国家的主要气瓶厂家Hexagon、Dynetek、丰田等公司的高压复合气瓶技术能力和市场份额遥遥领先,Dynetek公司的三型瓶占据了目前国际市场的较大份额,而Hexagon是目前四型气瓶方面的行业领导者,丰田公司自行研发的70MPa四型气瓶已经批量应用于其Mirai商业化燃料电池车型。

        国内研发和制造氢燃料三型瓶的企业主要有:中材科技(成都)有限公司、北京天海工业有限公司、沈阳斯林达安科新技术有限公司、北京科泰克科技有限责任公司、张家港富瑞特种装备有限公司、中集集团等。而四型瓶,仅仅处于研发阶段。

       压力容器是展现碳纤维拉伸性能及离散性的最佳应用,根据气瓶爆破压强计算的纤维拉伸强度的释放比例,是一种重要的工艺指标。精确设计、精确网格成型工艺,自动化制造是重要的发展方向。


       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。但是,只是成为非承力结构件,汽车行业很难为昂贵的碳纤维买单。这就需要CF-LFT,不仅在力学性能上(尤其模量)上有更好地表现,具有更好的性价比;缩短工艺,采用CF-DLFT也是必要的低成本路线。关键技术是:浆料、分散性与存留长度。当然,除了利用碳纤维的力学性能,该领域也充分利用了碳纤维去静电、电磁屏蔽的功能性能。

       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。这也是对汽车有前途的低成本工艺路线。目前的问题与上述的短切增强及LFT是类似的。对比玻纤同类产品,缺乏性价比。但面临的技术问题是不一样的:这类产品主要要解决完全浸润性、丝束的均匀纤化性。

       混配通常是热塑性复合材料,热塑性材料的关键是螺杆挤出机技术的创新,以保证纤维的均匀分散的同时保留更长的纤维长度,这是个矛盾体;而模成型主要是热固性树脂,在追求纤维的充分浸润性时,又不能有预浸料的成本,材料的均质性还需提升,纤维含量还需维持在高比例,这也是不小的技术挑战。

       7.7. 建筑应用市场


       建筑领域是碳纤复材可以发挥重大作用的领域,主要应用是对老危建筑的补强,该市场目前主要采用碳布手糊、现场粘接的工艺,与建筑物的粘接性是工程质量的关键。

       利用碳纤维复合材料抗震防震,是欧美日本的研究重点,国外经验证明:利用碳纤维复合材料加固后的房屋具有良好的抗震防震效果。我国的建筑质量与西方有一定差距,尤其是震区的危房加固,相关的国家政策与加固研发还有大量的工作可为。

     除了普通建筑的补强,桥梁、隧道、各类工业管道的补强,碳纤维复合材料均有很大的应用潜力。随着国产碳纤维及复合材料的发展,这些领域也大有可为。

桥梁的拉索的复合材料化,是日本研发的重点,我国也曾经做过一些研究. 这其中有一定的技术问题(比如横切风对碳纤维径向的剪切,与金属连接问题),但总体上推进乏力。

       上述的领域,中国均有其他发达国家不可比拟的市场优势,国际最顶级的设计师基本都在中国设计机场、标杆建筑与桥梁;因质量不合格,需要补强的建筑物,恐怕中国也是世界之最;这么好的应用市场怎么驱动不出好技术呢?没有发达国家的技术指引,我们似乎就迷路了;习惯了模仿,我们失去了思考能力。

       7.8. 碳碳复材应用市场
 

       碳碳复材的主要市场及情况如下:


       飞机刹车盘市场:2009 年美国Honeywell 公司已开始将波音737 系列飞机从粉末冶金刹车盘改装成碳刹车盘,意味着在若干年后,波音与空客所生产的飞机将全部装备碳刹车盘,国际上飞机碳刹车盘生产企业主要有法国的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。每架商用飞机大约需要234公斤碳纤维。(source:江苏天鸟高新技术有限公司)

       航天部件: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:以直拉单晶炉和多晶铸锭炉等太阳能硅片生产设备为代表的高温热工装备中均需要碳碳热场材料,大直径工业炉用的碳碳复合热场材料多由国外厂家提供,主要厂家包括德国的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,主要有预氧化纤维制作的预制件、非连续碳丝准三维针刺预制件、细编穿刺与正交三向等结构的织物预制体等。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是杰出代表。

       7.9. 电子电气应用市场



 
       电子电气市场对碳纤维的主要消费是3C领域,其中轻薄型笔记本,如联想X1显示器外壳,惠普SPECTRE的底板,均是碳纤维复合材料制成。

       轻薄型笔记本每年大约有5000-6000万台的销量,目前主要采用的材料是铝合金和镁铝合金,碳纤维复合材料只占据较小的市场份额,大约有600-700万片。

       该领域一直有热塑与热固之争,联想采用了热固预浸料织物,而惠普采用了热塑预浸织物。

       流行的工艺均为:预浸料层合与模压支撑主板材,然后进入注塑机,注塑上其他的精细部分(比如螺钉孔等),喷涂,形成零件。

       在高速永磁电机转子的护套,通常是碳纤维缠绕而成,这需要精密的大张力缠绕与固化后的维持张力。

       上述领域,主要利用碳纤维的结构性能;而利用碳纤维的功能性方面,主要有利用碳纤维的电磁屏蔽与去静电功能,有大量的办公电子,电器元件采用碳纤维增强塑料;利用碳纤维特殊的刚性,碳纤维复合材料也越来越广泛应用在扩声器的振膜材料上。

       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。

       很多小型船舶在上世纪七十年代开始,就开始复材化,成为了玻璃纤维复合材料的重要市场。在低成本的玻纤复合材料市场中,去分一杯羹,对碳纤维复合材料甚是艰难。只能另辟蹊径,去找到玻璃纤维复合材料不可为的应用机会。

       2017年,最重大的信息是:9月份,中国—挪威碳纤维建造项目落户广州南沙成功举行签约仪式,本次签约由航运集团旗下珠江船务和新船重工与挪威知名的BRAA船厂完成,共同在南沙合资成立中威复合材料有限公司,利用南沙小虎岛造船基地,引进以碳纤维复合新材料制造为代表的先进技术,合作建造新型碳纤维高速客船,10月份,两艘来自挪威的碳纤维高速客船船体顺利从海上吊装并运输至广东新船重工装饰一新的船体车间,开启新船重工碳纤维船舶制造的新征程。

Source:国际船舶网

       7.11. 电缆芯应用市场


       2017年,我们统计的全球需求是900吨,确定这个数据的考虑是:

       国际上,主要是美国CTC 公司及其国际的授权生产的合作伙伴,该公司从2001年开始研发,2005年开始推广ACCC的商业化应用。目前该公司在全球有四个主要的战略合作伙伴:北美的General Cable , 中东巴林的Midal,欧洲比利时的Lamifil以及中国的远东电缆(上述信息来自CTC官网)。

       日本的企业尽管是世界最早研发复合材料电缆芯的,但本土电网系统已经非常完善,极少新建电网,缺乏市场对产业的支撑。

       除了CTC体系在华厂家,中国的主要厂家是中国电力科学研究院,中复碳芯电缆科技有限公司,华北电力科学研究院与河北硅谷的合作,辽宁省电力公司与哈玻院的合作。

       CTC 曾经对该电缆芯对碳纤维的应用有过非常乐观的估计,但从这些年的商业化情况看,似乎并未出现他们预期中的乐观。反而,中国市场(约400吨碳纤维用量)成了国际需求的半壁江山。

       本文为连载文章,将持续更新,欢迎阅读与指导。
文章来源:http://chinacompositesexpo.com/cn/news-detail-12-6453.html