IM0088 2020全球碳纤维复合材料市场报告（三）
市场的发展趋势如下图：2020年对碳纤维的需求量为16,450吨。 航空行业分析机构蒂尔集团(Teal Group)的数据显示，2020年全球航空客运量较2019年下降了约63%；波音及空客大幅度消减了飞机的产能，其中波音将复合材料飞机B787减少到每月10架，2021可能会减少到每月6架，此外，波音公司于2020年10月初宣布，它将在2021年关闭美国华盛顿州西雅图市的所有787装配厂，并将其合并到公司在美国南卡罗来纳州北查尔斯顿的工厂；空客公司将复合材料飞机A350减少到每月6架；2020年6月，美国东丽复合材料表示立即中止其在美国南卡罗来纳州斯帕坦堡的工厂的运营，并大大减少其塔科马预浸料工厂的产能。这些行动将导致在美国各工厂的劳动力减少约25％；美国赫氏第一季度净利润同比大降逾四成，宣布新一轮裁员减薪计划；我们综合判断，航空航天用碳纤维对比去年同期减少30%。 关于航空航天市场的复苏，基于对疫情及航空航天的体系复杂而缓慢的特点，我们预测在2024年恢复到2019年的需求水平。 2020年，风电市场发展非常迅猛，整个产业链赚得钵满盆满，皆大欢喜。 2020年，从风电对碳纤维的需求看，维斯塔斯依然是主力；其他巨头，如西门子-歌美飒、GE-LM、Nordex 等均在新的机型中，采用了碳纤维拉挤板制造与测试样机。国内风电有三种工艺并行：预浸料铺贴、多轴织物灌注、拉挤板，大多是样机验证阶段，在2020年还未形成批量需求。三种工艺的对比中，拉挤板工艺基本胜出。 去年的报告中，我们曾担忧“抢装潮”之后的萎缩，以及疫情对风电的冲击。结果年中的“碳达峰，碳中和”战略的确定，导致了风电行业的激情万丈的《风能北京宣言》：“在“十四五”规划中，须为风电设定与碳中和国家战略相适应的发展空间：保证年均新增装机5000万千瓦以上。2025年后，中国风电年均新增装机容量应不低于6000万千瓦，到2030年至少达到8亿千瓦，到2060年至少达到30亿千瓦。”基于北京宣言，几乎每家风电厂及叶片厂均考虑扩大产能。 几年前，足球在国内风电巨头的脚下，碳纤维行业不停地催“赶紧踢出来啊！”从2021开始，足球是肯定到了碳纤维行业的脚下，风电巨头会使劲催：“赶紧踢出来”，你们碳纤维不出产能，我们怎么敢规划数万吨的叶片需求啊？碳纤维产业准备迎接这幸福的“烦恼”吧！ 体育休闲市场十年来的需求发展情况如下，2020年的需求量为15,400吨。 疫情之下，群体运动的碳纤维器材，如曲棍（冰）球杆、滑雪杆等，有较大幅度的下滑；而个人体育休闲的器材反而上升，主要有高尔夫球杆，自行车及钓鱼竿。另外，欧美这些年一直流行健康、绿色出行，对电动自行车也有较大的需求增长。 之前的报告，我们反复提醒了全寿命周期的轻量化价值的概念；碳纤维复材从F1赛车到从超级车、超豪华车逐步扩大应用的规律与趋势。在轻量化价值的计算中，除了节能降本的常规价值，绿色环保成本是一个因潮流而动的较大变动成本。 2020年在汽车复材领域，主要有如下大事：一是代表美国汽车复材应用水平的、通用汽车的雪佛兰C8汽车的推出，其中最醒目的是车架部分材料弧形拉挤的碳纤维复合材料型材，另外还有部分玻碳混合的复合材料零件。2020年德国西格里分别与宝马集团，中国蔚来汽车及北美一汽车公司批量制造电动汽车电池盒。2021年3月，廊坊的飞泽复材为蔚来ES6碳纤维（中国第一款批量采用碳纤维的车款）后地板5万套下线。 关于燃料电池的气态扩散层GDL, 国内目前有武汉理工、大化所、上海河森、江苏氢电、济平新能源、深圳南科、沈阳华天鑫等单位在从事研发。而国际上的主流厂家是东丽、西格里，以及燃料电气巨头巴拉德旗下公司。从GDL的工艺流程看，其中的不少技术与装备与碳纤维及复合材料制备类似，仅从碳纤维纸的专用碳丝供应，国内就无碳纤维公司涉及。所以，碳纤维产业要尽快意识到这个责任，投入研发，不能让这个GDL成为氢能源的卡脖子材料。 2020年，氢能发展迅速，正在迅速成为各类交通运载工具的新的能源方式：欧盟宣布了650亿欧元的刺激氢能产业链发展的“A hydrogen strategy for a climate-neutral Europe”。美国加州的Universal Hydrogen正在建设氢能飞机的整个基础设施，国际压力容器传统巨头动作频繁： 2021年2月，佛吉亚与雷诺集团达成汽车的氢气储存的合作协议。 2021年3月中集安瑞科控股有限公司欣然宣布旗下全资附属公司CIMC Hydrogen Energy与Hexagon Purus HK签署合资协议，成立合资公司为中国及东南亚快速增长的高压氢气储运市场提供安全、经济、高效的储运解决方案。 2021年2月份，佛吉亚宣布对中国高压气瓶公司斯林达大部分股权的收购。 2020年，国内的碳纤维压力容器发展红火，相关的碳纤维供不应求。7月份，气瓶安全标准化与信息工作委员会发布了车用四型气瓶的团体标准的征求意见稿，这是行业发展的重要事件，希望这个四型气瓶标准尽快完成。2020年12月，斯林达车用IV型储氢瓶通过“三新”评审，成为国内首家通过“三新”评审的车用压缩氢气塑料内胆碳纤维全缠绕气瓶制造厂家。 高压氢气瓶的核心技术在于塑料内衬及碳纤维缠绕，其主要成本取决于碳纤维的成本。目前，很多氢气瓶企业对碳纤维的战略意义认识严重不足。以为这个是个市场化的产品，有钱就可以买到，今天各家需求就是个数百吨的小量，这个确实没有问题。但是，当您需要万吨时（这是完全可能在今后10年内实现的），这个时候，碳纤维的性价比及规模保障能力，就可能成为气瓶企业最核心的竞争力。所以，提醒各家气瓶厂，要以战略合作伙伴的态度，与碳纤维企业深度、长期合作，尽早培养坚实的核心竞争力。 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。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。由于回收碳纤维的加入，让这些非连续形态的，以及非连续形态加连续形态的混合结构，展现出一定的发展空间。 从事短切碳纤维增强塑料的，通常是改性塑料企业，比如SABIC、RTP、POLYONE、COMPTEX、POLYNT和广东金发科技等。他们通常是从碳纤维企业采购短切碳纤维，采用双螺杆混配造粒，然后在销售给应用单位做注塑成型。 从事碳纤维片状模塑料的企业主要有：美国QUANTUM、MAGANA、Ashland、Continental Structural Plastics和德国MENZOLIT等企业。对比与传统的玻纤SMC、碳纤维SMC的浸润性受丝束大小的影响较大，而浸润性的好坏与力学性能相关联，目前的碳纤维SMC还没有实现其该有的力学性能优势。 总体上讲，这个领域的技术主要借鉴于玻璃纤维复合材料，其重大优点是高效低成本的成型工艺（主要是注塑与模压）。碳纤维与玻璃纤维有较多的不同，还需要研发更新的技术，去充分展现碳纤维的更优的力学性能，否则很难在性价比上与同类的玻纤复材竞争。这个领域，存在着产业链重整的重大机遇与挑战。 建筑市场包含广义上的工业民用建筑、道路桥梁、水库大坝、围堰码头等结构设施。碳纤维复合材料在基础设施的应用中包含：既有建筑及桥梁结构的加固补强、管廊设施的维修养护、新建建筑的部分构件、桥梁缆索、桥面板等。上述应用市场中，有80-90%的碳纤维用于建筑桥梁的补强。加固类碳纤维制品主要包括碳纤维布、碳纤维网格、碳纤维板以及碳纤维筋。 现阶段基础设施加固材料领域除福瑞斯、西卡、东丽等国外品牌，以上海悍马为代表的国产品牌正在快速崛起并已被国内外市场广泛认可。此外，一些老牌工程材料生产企业也从传统的钢制品、混凝土行业逐渐向碳纤维制品行业转型。这些新老企业向碳纤维行业的汇聚，极大地推动了碳纤维在此领域的发展和应用。 除作为加固材料出现在土木工程领域，在新建工程中碳纤维制品也逐渐崭露头角： 2020开始建设的常泰长江大桥，将采用“最大尺度碳纤维复合材料拉索”作为六个“桥梁之最”； 2020年3月，由法尔胜泓昇集团提供碳纤维拉索的三垛西桥整体吊装； 2020年8月，三亚国际体育产业园体育场项目索结构张拉提升工程施工全部完成，上下环索间、内环的交叉索均采用了碳纤维索，这是碳纤维材料在国内外首次应用于大跨度空间结构，实现了新材料应用的突破； 2020年10月，采用碳纤维拉索的兴华路跨徒骇河桥开始搭建； 2021年1月， 日本东京制钢株式会社旗下东京制纲国际公司（Tokyo Rope International）宣布，该公司自主研发的碳纤维复合材料缆绳（CFCC）被成功用于美国汉普顿港口公路桥隧道扩建工程。 刹车盘市场：国际的主要企业是：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。该市场发展平稳。 航天部件：主要企业是国内航天的相关院所，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。该市场发展平稳。 热场部件：受“碳达峰、碳中和”政策刺激，单晶硅炉订单暴涨，单晶硅炉内，主要有碳毡功能材料和坩埚、保温桶、护盘等碳碳复材结构材料：国际企业是德国的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湖南金博碳素、中天火箭、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，国内的主要企业是：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、宜兴市飞舟高新科技材料有限公司。 2020最大的热点是光伏热场部件的超高速增长，光伏龙头企业有隆基、晶科、中环、晶胜机电、晶澳等，对单晶硅炉均有海量的需求。据国内预制体龙头企业，江苏天鸟缪云良总经理介绍：国内市场2020年增长了100%以上，整个行业处于严重供不应求状态。 首先是功能性应用领域：短切碳纤维增强塑料具有防静电、电磁屏蔽等功能在复印机、打印机、数码相机、数据传输电缆接头等产品早已经有成熟应用，对比其他的如炭黑、金属等类似材料，碳纤维增强塑料的成本降低，会带来这个市场的稳定扩展。 力学增强方面：主要的产品形态有长碳纤维增强塑料（LFT）和连续碳纤维增强材料。LFT其实是一个介于短切与连续之间、兼顾了成本与性能的一个很有前景的产品形态，然后，热塑界面的问题，如何在塑料中保持较长的长度及均匀分散问题，这些技术障碍阻碍了这个产品的更广阔的应用。连续碳纤维增强材料，主要是用于轻薄笔记本的壳体，其中有经典工艺的热固壳体，也有热塑壳体。 2020年，行业主要新闻是：“联想正式发布了YOGA Pro 13s Carbon 2021轻薄笔记本，机身采用了碳纤维和镁铝合金材质打造，重量仅966克”：“VAIO 与东丽合作打造世界首款立体成型碳纤维机身笔记本电脑，重量低至约958g，还能承受127cm的高度跌落，兼顾刚性及轻量化”。消费电子的轻薄化是长期的追求。 2020年，液晶平板显示器生产过程的机器人的轻量化在继续深化，越来越多的机器人部件批量使用碳纤维。 对于几乎所有电子电气行业（包括电池）来说，热管理是个头疼的事，其中主要是芯片与高功率器件的散热问题，这其中的传统解决方式铝合金、铜箔、石墨板、热管效应、冷水板等；新型的热管理主要是人工石墨化纸，比如PI膜的石墨化。2020年，美国KULR Technology Group宣称：他们将碳纤维制备成绒（微纤维平行排列），借助微纤维的较大的散热面积，成为新型的热管理技术，据称：这是他们与NASA成熟应用于航天的热管理技术，现在正在电池与电子电气推广应用。 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。多年来，除了竞赛类船舶，不断追求复合材料新工艺及新技术，其他船舶的发展缺乏热点。 2020年的新冠疫情非但没有影响船舶市场，反而船舶市场的增长创造了新高（美国国家船舶制造商协会报告统计数据）。其中，水翼船是个发展热点，而其中的水翼通常是碳纤维复合材料制成的。 除了上述典型的船舶，我们再次强调“漂浮式风电”中所涉及的海工装备及材料的创新。深海油田非常受国际石油价格的影响。而海上风电的前景是明确的，也必然会走向深海，这需要借鉴深海油田的现有技术，去大力开发碳纤维复合材料在其中的应用技术。 2020年，我们统计的全球需求是1,000吨，对比2019有所下滑。 2020年，CTC Global推出了CTC Global宣布ACCC InfoCore™系统和首次商业部署。该系统可快速、准确地确保ACCC® Conductor的正确安装。 2019年12月10日上午“内蒙古锡盟—山东”特高压配套工程-大唐锡林浩特电厂1000千伏送出线路，正式并网投运。这也是目前世界上首条全线路应用碳纤维复合导线的特高压工程。这是中复碳芯电缆科技公司制作的。 2020年国内外电缆芯市场比较平静，国际上只有少数几条新建电网线路采用了复合材料电缆芯，而国内电网只是给出了几个省级电网的改造订单。 采用类似工艺的碳纤维复合材料拉索，2020年有巨大的进步。除了上述建筑应用市场的介绍，本章也希望多一些介绍拉索。 除了上述的常泰长江大桥、海南三亚体育馆，国内还有数个大桥的设计规划中，安排了碳纤维复合材料拉索，比如山东聊城兴华路徒骇河大桥等。早在2005年，东南大学吕志涛院士等主持设计和修建了国内第一座碳纤维复材索斜拉桥，中冶建筑研究总院岳清瑞院士团队及清华大学冯鹏教授课题组对这个领域有多年的研究与工程实践。总体而言，无论是比强度、疲劳寿命及耐腐蚀性，碳纤维复合材料拉索比钢索均有巨大的优势，但碳纤维复合材料的横向性能较弱，导致了锚固的难题。利用碳纤维本身的高强度来形成锚固，索锚一体化碳纤维复材应该是解决这个问题的好思路。中复碳芯也是索锚积极开发者。 2020年9月，川崎重工向日本四国旅客铁道公司（以下称JR四国）交付了4台采用碳纤维增强树脂基复合材料弹簧的铁道车辆转向架；2021年1月，首台具有完全自主知识产权的高温超导高速磁浮工程化样车及试验线在西南交通大学九里校区正式启用，样车采用全碳纤维轻量化车体、低阻力头型，整体重量达12吨左右，悬浮高度10毫米左右。 在发展轨道交通复合材料方面，中国有着世界其他国家不可比拟的综合优势，主要的短板还是产业链中低成本碳纤维的供给以及系统研发能力。这其中，既有轨交体系的应用技术的问题，也有复合材料领域的创新工艺的问题。可喜的是，2020年，轨交体系与复合材料体系的联合研发越来越密切，这个研发联合体的力量会越来越强大，轨交体系也正在酝酿自身的复合材料科研体系。 从碳纤维产业的发展来讲，今后3-5年，是低成本大丝束碳纤维发展的黄金年份，数万吨的碳纤维的产能将供应市场，轨道交通与相关的碳纤维及复合材料企业如在此基础上加大研发与工程实践的力度，我想这会给上述两个行业构建一个无比美好的前景。 碳纤维的主要功能性应用，除了传统的阻燃材料：预氧丝、预氧毡，还有传统的热场材料：碳毡、石墨硬软毡、电热毯；还有传统的防静电、电磁屏蔽材料：短切碳纤维、磨粉增强塑料等等。 预氧毡 二氧化硅气凝胶制备的阻燃、静音、疏水、保温的多功能材料，可用于电动车电池之间的隔离、可用于各类技能或功能建筑、也可用于潜艇、坦克等的静音…… 碳纤维功能化的主要趋势是：在碳纤维这个微米尺度上的纳米化，这包括了碳纤维单丝上生长碳纳米管，碳纳米纤维，在碳纤维的单丝中形成纳米孔隙等。这是一个纳米物质宏观化的优良途径！碳纤维的功能应用前景极其广阔，理应引起国内各种研究机构的高度重视。
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