? ? ? ?碳纖維復(fù)合材料市場(chǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀與展望
? ? ?簡(jiǎn)介
碳纖維復(fù)合材料是指以樹(shù)脂、金屬、陶瓷和橡膠等材料為基體，以碳纖維為增強(qiáng)材料，經(jīng)過(guò)復(fù)合制成的結(jié)構(gòu)或功能材料。
根據(jù)基體材料的不同，碳纖維復(fù)合材料可分為樹(shù)脂基復(fù)合材料、金屬基復(fù)合材料、陶瓷基復(fù)合材料和橡膠基復(fù)合材料。樹(shù)脂基復(fù)合材料是指以聚合物（俗稱樹(shù)脂）作為基體，以碳纖維作為增強(qiáng)材料所制成的復(fù)合材料，主要應(yīng)用于建筑、化學(xué)、交通、醫(yī)療和航空航天等領(lǐng)域；金屬基復(fù)合材料是指以金屬、合金和金屬間化合物作為基體，以碳纖維為增強(qiáng)材料，通過(guò)浸泡、固結(jié)所制成的復(fù)合材料，主要應(yīng)用于航空、航天、汽車和體育用品等領(lǐng)域；陶瓷基復(fù)合材料是指以陶瓷材料為基體，以碳纖維為增強(qiáng)材料所制成的復(fù)合材料，主要應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)高溫部件等領(lǐng)域；橡膠基復(fù)合材料是指以橡膠材料為基體，以碳纖維為增強(qiáng) 材料所制成的復(fù)合材料，主要應(yīng)用于管材、耐磨襯輪和特殊密封件等領(lǐng)域。
其中，碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料（CFRP）是以碳纖維及其制品增強(qiáng)的樹(shù)脂基復(fù)合材料。目前碳纖維復(fù)合材料以樹(shù)脂基復(fù)合材料為主，占全部碳纖維復(fù)合材料巿場(chǎng)份額的80%以上。
? 全球市場(chǎng)
自2004年起，碳纖維市場(chǎng)突然緊缺，碳纖維復(fù)合材料市場(chǎng)供應(yīng)緊缺，出現(xiàn)了供不應(yīng)求局面，價(jià)格隨之急劇上漲。此后，隨著航空航天、體育休閑和工業(yè)應(yīng)用對(duì)碳纖維的需求大幅度增加，全球碳纖維復(fù)合材料市場(chǎng)規(guī)模快速增長(zhǎng)。2018年全球碳纖維復(fù)合材料市場(chǎng)規(guī)模為129.67億美元，到2022年全球碳纖維復(fù)合材料市場(chǎng)規(guī)模增長(zhǎng)到213.26億美元，2018~2022年年均增長(zhǎng)率為13.24%。
從國(guó)際碳纖維復(fù)合材料區(qū)域的總體分布情況來(lái)看，近年來(lái)世界碳纖維市場(chǎng)規(guī)模最多的地區(qū)為亞洲，該地區(qū)需求量約占全球總需求量的69.26%；其次是北美和歐洲，市場(chǎng)規(guī)模占比分別為16.26%、11.20%。
在碳纖維復(fù)合材料主要生產(chǎn)國(guó)家或地區(qū)當(dāng)中，2022年日本、中國(guó)臺(tái)灣、美國(guó)、墨西哥等對(duì)華出口均有不同程度降低，韓國(guó)有成倍增長(zhǎng)、德國(guó)有巨大增長(zhǎng)、匈牙利保持平穩(wěn)小增長(zhǎng)。這主要是全球碳纖維緊缺而導(dǎo)致的對(duì)華供應(yīng)減少。韓國(guó)的較大增長(zhǎng)也有曉星公司的重大貢獻(xiàn)；而德國(guó)的巨大增長(zhǎng)，應(yīng)該是西格里調(diào)整產(chǎn)品應(yīng)用市場(chǎng)的結(jié)果。
? ? ?國(guó)內(nèi)市場(chǎng)
近年來(lái)，在國(guó)家的大力扶持下，國(guó)內(nèi)碳纖維產(chǎn)業(yè)取得了重大突破，碳纖維及應(yīng)用領(lǐng)域的技術(shù)水平和產(chǎn)業(yè)化程度出現(xiàn)了加速發(fā)展的勢(shì)頭，進(jìn)入前所未有的發(fā)展新階段，在國(guó)內(nèi)初步形成了以江蘇、山東和吉林等地為主的碳纖維產(chǎn)業(yè)聚集地。從市場(chǎng)規(guī)模來(lái)看，2018~2022年，我國(guó)碳纖維復(fù)合材料行業(yè)的市場(chǎng)規(guī)模呈增長(zhǎng)的趨勢(shì)，從282.90億元增長(zhǎng)帶845.26億元，2018~2022年年均增長(zhǎng)率達(dá)到32.07%。
中國(guó)對(duì)碳纖維的研究始于20世紀(jì)60年代，近五十年來(lái)發(fā)展速度非常緩慢，主要發(fā)展期集中在近十年，尤其是在“十一五”期間，碳纖維復(fù)合材料產(chǎn)量才開(kāi)始出現(xiàn)明顯增長(zhǎng)。目前，我國(guó)碳纖維復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)規(guī)模仍然較小、產(chǎn)品規(guī)格單一，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)供不應(yīng)求。
從供應(yīng)情況看，近年來(lái)我國(guó)碳纖維復(fù)合材料產(chǎn)量保持較快的增長(zhǎng)速度，2018~2022年期間，我國(guó)碳纖維復(fù)合材料產(chǎn)量從3.31萬(wàn)噸增至6.20萬(wàn)噸，年均增長(zhǎng)率為17.45%。預(yù)計(jì)到2025年我國(guó)碳纖維復(fù)合材料產(chǎn)量將到達(dá)12.25萬(wàn)噸。
從市場(chǎng)需求情況看，近幾年我國(guó)碳纖維復(fù)合材料的需求量呈快速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。主要原因是在全球碳纖維應(yīng)用領(lǐng)域增加，國(guó)家對(duì)碳纖維復(fù)合材料發(fā)展，提出鼓勵(lì)政策，導(dǎo)致中國(guó)碳纖維需求長(zhǎng)快速增長(zhǎng)。2018~2022年，我國(guó)碳纖維復(fù)合材料的需求量從4.77萬(wàn)噸增加到7.80萬(wàn)噸。2018~2022年年均增長(zhǎng)率為13.27%。
??????????????應(yīng)用現(xiàn)狀
碳纖維先進(jìn)復(fù)合材料歷經(jīng)30多年的研究和發(fā)展，因其質(zhì)輕、比強(qiáng)度高、耐高溫等獨(dú)特優(yōu)異的性能受到航空航天領(lǐng)域的高度青睞，隨著碳纖維先進(jìn)復(fù)合材料從材料、設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)到驗(yàn)證，逐步走向規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化和成熟化，將廣泛應(yīng)用于航空航天、兵器工業(yè)等軍工領(lǐng)域以及石油化工、風(fēng)力發(fā)電、汽車輕量化、體育休閑等民用領(lǐng)域。
（1）航空航天
碳纖維性能優(yōu)勢(shì)明顯，替代進(jìn)程步入快車道。小絲束碳纖維在航空航天端的替代使用具有天然優(yōu)勢(shì)，作為新型復(fù)合材料對(duì)比鋁合金等傳統(tǒng)材料有密度低，硬度高，耐腐蝕，性質(zhì)穩(wěn)定等優(yōu)勢(shì)。碳纖維復(fù)合材料較強(qiáng)的耐蠕變性能和耐高溫性能有利于在太空中維持形狀，使其得以廣泛應(yīng)用于航天領(lǐng)域，用以制備載人航天器及繞地衛(wèi)星。碳纖維輕量?jī)?yōu)勢(shì)在民用飛機(jī)制備過(guò)程中得到體現(xiàn)，飛機(jī)整體減重可有效降低成本，飛機(jī)減重300千克每年可增加1000萬(wàn)美元凈收益，運(yùn)營(yíng)成本優(yōu)勢(shì)進(jìn)一步推動(dòng)碳纖維替代進(jìn)程。航天方面，因碳纖維復(fù)合材料質(zhì)輕可以降低導(dǎo)彈、火箭的質(zhì)量，提高推重比也得到了廣泛應(yīng)用，如人造地球衛(wèi)星的質(zhì)量每減小1kg，火箭質(zhì)量可減小1000 kg。美國(guó)的三叉戟-2型導(dǎo)彈以及戰(zhàn)斧式巡航導(dǎo)彈的發(fā)動(dòng)機(jī)殼體都采用的是碳纖維復(fù)合材料。
2022年全球航空航天領(lǐng)域中，商用飛機(jī)對(duì)碳纖維的需求量最大，為5800噸，占比為35.3%，其次是無(wú)人機(jī)以及軍用飛機(jī)。受疫情影響，全球民用航空市場(chǎng)萎縮，對(duì)航空航天領(lǐng)域用碳纖維的需求端造成不利影響。根據(jù)國(guó)際航空運(yùn)輸協(xié)會(huì)（IATA），全球航空客運(yùn)量有望在2023年恢復(fù)至疫情前水平，預(yù)計(jì)2024年以后將迎來(lái)明顯恢復(fù)。基于疫情恢復(fù)的節(jié)奏以及航空航天認(rèn)證周期較長(zhǎng)本身提滲透率難度較大，因此航空航天需求復(fù)蘇以平穩(wěn)為主。
我國(guó)在某型海防導(dǎo)彈上也成功應(yīng)用了碳纖維先進(jìn)復(fù)合材料，大大增加了導(dǎo)彈的射程；還有發(fā)射的“天宮一號(hào)”采用了哈爾濱玻璃鋼研究院研制的碳纖維復(fù)合材料相機(jī)支架組件。2022年我國(guó)航空航天用碳纖維復(fù)合材料市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到266.26億元。
（2）風(fēng)電葉片
碳纖維作為優(yōu)質(zhì)的輕量化材料，在風(fēng)電葉片中有廣泛應(yīng)用。大絲束碳纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料與玻璃纖維材料相比有著密度較小，耐腐蝕，強(qiáng)度高等優(yōu)勢(shì)，主要用于主梁帽，葉片根部及蒙皮等部位，可有效提升葉片剛度及疲勞強(qiáng)度。碳纖維的輕量?jī)?yōu)勢(shì)在葉片制備中得到體現(xiàn)，采用高模玻璃纖維灌注主梁的重量為3.6噸，而采用碳纖維拉擠主梁的重量?jī)H為1.4噸，整支葉片重量從13.5噸降低至11.8噸，減重比例達(dá)12.59%，有望降低后續(xù)發(fā)電成本。
風(fēng)力作為一種清潔能源，先于光伏發(fā)電受到全球各國(guó)的青睞，近十幾年以來(lái)經(jīng)歷了全球化的高速增長(zhǎng)。當(dāng)前，隨著風(fēng)力發(fā)電機(jī)率增大，特別是在海上風(fēng)機(jī)的需求刺激下，全球風(fēng)機(jī)大型化的趨勢(shì)日益明顯。根據(jù)全球風(fēng)能理事會(huì)預(yù)測(cè)，未來(lái)五年全球風(fēng)電新增裝機(jī)將超過(guò)300GW。其中，隨著全球化的推進(jìn)，海上風(fēng)電正進(jìn)入加速發(fā)展階段，預(yù)計(jì)在未來(lái)五年會(huì)有40GW的新增裝機(jī)。風(fēng)力發(fā)電行業(yè)及風(fēng)電葉片用碳纖維的需求前景可觀。
（3）體育休閑
2022年全球體育休閑領(lǐng)域釣魚(yú)竿對(duì)碳纖維需求量最高，占比35.14%，其次是高爾夫和自行車，分別占比22.16%和19.46%。運(yùn)動(dòng)健康理念的普及，以及人均消費(fèi)能力的提升，將驅(qū)動(dòng)體育休閑市場(chǎng)長(zhǎng)期平穩(wěn)增長(zhǎng)。
得益于歐洲體育產(chǎn)品特別是自行車補(bǔ)貼政策的推動(dòng)，以及其他體育用品制造國(guó)的生產(chǎn)能力原因，2022年我國(guó)體育休閑領(lǐng)域碳纖維的需求火爆。2022年我國(guó)體育休閑用碳纖維復(fù)合材料市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到309.37億元。
海外疫情影響減弱，未來(lái)體育休閑領(lǐng)域需求有望持續(xù)增長(zhǎng)。2020年受全球疫情肆虐影響，戶外體育運(yùn)動(dòng)受限導(dǎo)致全球范圍體育休閑器材需求增量放緩。2021~2022年伴隨海外疫情管控措施放寬，疫情影響進(jìn)一步減弱，帶動(dòng)全球范圍體育器材需求量上升。由于疫情的逐步放松，且民品碳纖維產(chǎn)能釋放價(jià)格下降，預(yù)計(jì)未來(lái)我國(guó)體育休閑領(lǐng)域碳纖維復(fù)合材料需求量將繼續(xù)增長(zhǎng)。
（4）汽車工業(yè)
在節(jié)能環(huán)保需求的促進(jìn)下，新能源汽車呈現(xiàn)快速發(fā)展趨勢(shì)。同時(shí)新能源汽車更需要輕量化，以緩解“電動(dòng)化”帶來(lái)的車重增加，解決里程焦慮，整車耐久性問(wèn)題。碳纖維復(fù)合材料成為輕量化的重要途徑。2013年量產(chǎn)的Alfa Romeo 4C，采用碳纖維復(fù)合材料座艙，車身質(zhì)量為168 kg，復(fù)合材料占比38%。2014年量產(chǎn)的BMW7er，車身關(guān)鍵結(jié)構(gòu)部位應(yīng)用復(fù)合材料，與鋁合金、鋼材料形成多材料混合車身，車身質(zhì)量323 kg，復(fù)合材料占比3%。2017年量產(chǎn)的奧迪新A8，將跑車R8中的碳纖維技術(shù)用于乘用車（A8），打造了多材料（鋼、鋁、鎂、碳）混合車身。碳纖維后圍結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)質(zhì)量減小50%。
從輕量化技術(shù)發(fā)展路線來(lái)看，國(guó)際領(lǐng)先技術(shù)水平的企業(yè)從單一輕量化車身技術(shù)向多材料混合車身技術(shù)方向發(fā)展，在量產(chǎn)車型中，碳纖維復(fù)合材料逐步成為多材料混合車身體系的一部分。
（5）軌道交通
軌道車輛方面，國(guó)外已初步完成碳纖維復(fù)合材料主承載結(jié)構(gòu)的研制及工程化應(yīng)用，國(guó)內(nèi)尚處于起步階段。日本1999年，E4碳纖維司機(jī)室，質(zhì)量減小30%。韓國(guó)2010年TTX擺式列車碳纖維車體，質(zhì)量減小40%。國(guó)內(nèi)碳纖維復(fù)合材料在軌道領(lǐng)域的應(yīng)用起步較晚，但發(fā)展迅速，主要應(yīng)用于內(nèi)飾及次承載的結(jié)構(gòu)，如頭罩、設(shè)備艙和低速車體等，碳纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)以其輕量化、高強(qiáng)度、耐腐蝕、抗疲勞等性能優(yōu)勢(shì)，解決了高速列車面臨的諸多技術(shù)問(wèn)題，從材料、工藝、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)及驗(yàn)證各環(huán)節(jié)大量嘗試，積累經(jīng)驗(yàn)，為其在高鐵應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。隨著我國(guó)高速列車的飛速發(fā)展，碳纖維復(fù)合材料剎車片也有著廣闊的發(fā)展空間。
（6）通信器材
在通信器材領(lǐng)域，碳纖維復(fù)合材料可以替代原來(lái)的金屬天線面，質(zhì)量更小、強(qiáng)度更高，并且天線面可以做成分瓣式的，具有快拆快裝功能，非常便攜，適合單兵作戰(zhàn)攜帶。另外，用碳纖維復(fù)合材料制成的天線面長(zhǎng)時(shí)間在惡劣的外界環(huán)境中性能穩(wěn)定、不變形，這是因?yàn)槠錈崤蛎浵禂?shù)更低，而金屬鋁面極易受熱受冷出現(xiàn)熱脹冷縮變形，所以碳纖維復(fù)合材料制成的天線面精度更高，最終天線的增益和信號(hào)更好。
（7）海洋船舶
碳纖維復(fù)合材料具有優(yōu)異的耐腐蝕性能，它能抵抗海水的沖刷侵蝕，能很好地應(yīng)用在海洋船舶領(lǐng)域。另外，復(fù)合材料的可設(shè)計(jì)性以及整體成型優(yōu)勢(shì)更進(jìn)一步推動(dòng)了多種復(fù)合材料船舶產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)。碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用不僅降低了制造和維修成本，改善外觀，還可以減輕船舶噸位，提高安全性。
????????????????結(jié)語(yǔ)
??未來(lái)，我國(guó)碳纖維復(fù)合材料的技術(shù)水平將不斷提高，產(chǎn)品的性能和成本都將得到進(jìn)一步優(yōu)化，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。隨著碳纖維復(fù)合材料技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，其市場(chǎng)需求將繼續(xù)保持高速增長(zhǎng)。尤其是在新能源、新能源汽車等領(lǐng)域，碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用前景廣闊。因此，企業(yè)需要抓住市場(chǎng)機(jī)遇，加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)品創(chuàng)新，提高自身的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。同時(shí)，政府也需要加強(qiáng)對(duì)市場(chǎng)的監(jiān)管，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展，為經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展貢獻(xiàn)力量。
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