IM0104 2023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

市场的发展趋势如下图：2023年对碳纤维的需求量为22,000吨。

根据Cirium数据库数据显示，2023年空客与波音分别交付了721架与504架，对比2022年，空客提升了66架，波音提升了54架。对于复材飞机，根据波音公司网站信息：2023年交付73架波音787，比2022的31架有显著增长，已经超高2020年53架的交付量，但距离疫情前百架以上的交付水平还有差距；另据空客网站信息：2023年交付64架A350飞机，对比2022年的60架有一定增长。这些数据表面，商用航空在继续回暖，2023年加速回暖，但依然未回到2019年的水平。

每月60-100架出货量的A320及B737为主大产量机型的复材技术路线方面，欧洲主要通过CLEAN SKY 两期计划，在大力推动热塑复合材料大型结构件的研发，但明确技术路线还有大量工作。毕竟热固复材飞机B787是基于美国NASA主导的、四十多年的积累的结晶，详情见广州赛奥微信公众号刊发文章《NASA复合材料开发-经验教训和未来挑战》，热塑复材也同样需要回答类似的疑问、应对类似的挑战。

商用航天领域, 这些年,SPACE X以回收、巨大载荷、高效率及低成本等颠覆性创新揭开了神圣航空高科技的神秘面纱并改写了历史。中国的同行也在奋力直追：由北京天兵科技公司设计、天津爱思达航天公司研制生产的大型复合材料火箭整流罩近期下线，直径为4200mm，长度约13m，采用全碳纤维复合材料高精度成型，它是国内商业航天最大的复合材料火箭整流罩，也是中国当前最大的全碳纤维复合材料航天结构件。

2023年，根据国家能源局公开数据显示：去年全国新增风电吊装容量7590万千瓦，创历史新高。 国际风电巨头也纷纷公布了年报，摘录信息如下：

维斯塔斯2023年实现营收153.82亿欧元，毛利润12.83亿欧元，终于实现扭亏为盈。2023年，维斯塔斯交付了12.7GW风电机组，其中陆上风机11.7GW，海上风机1GW；新增订单18.4GW，陆上风机15.3GW，海上风机3.1GW。通用电气可再生能源2023年亏损14亿美元，与2022年亏损22亿美元相比有所收窄，同时营收高达150.5亿美元，同比增长16%；西门子歌美飒最新披露的初步测算显示，2024财年第一季度营收20.43亿欧元，同比增长4.8%。不过，整体上看该公司仍处于严重亏损，税前现金流为负11.72亿欧元；Nordex集团公布的业绩数据显示，该公司2023年订单收入达到65亿欧元，较2022年的57亿欧元同样上涨明显，整体上已经达到收支平衡。

从碳纤维的用量上，2023年的20,000吨对比2022年的34,700吨有42%的降幅，主要原因是上述国际厂家降本扭亏的压力之下，减少了碳纤维的应用。而国内数家对碳纤维的应用远远低于预期，使用量大约为6,000吨，国内风电厂家同样也面临成本的巨大压力，以及玻璃纤维的价格的大幅度下降，导致碳纤维在风电的性价比竞争优势减弱。

风电厂家对于性价比的流行评价是：每元钱购买的模量。风电专用玻纤的模量也在稳步提升，更为重要的是分母的价格在急剧下降，风电专用碳纤维该如何定义与研发？

体育休闲市场十年来的需求发展情况如下，2023年的需求量为18,800吨。对比2022减少了21.7%。

体育市场的分市场份额如下：

2023年体育市场出现大幅度的下滑，主要原因有二：

从需求端，疫情导致的国际海运及出口系统的紊乱，导致海外市场的库存增加，需要在2023年消化；

从供给端，前几年碳纤维价格一路上涨且供应紧俏，不少制造商不得不加大库存，这些也需2023年消化。

碳碳复材的三大市场发展如下：

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、Goodyear公司和英国的Dunlop公司。中国的飞机刹车盘主要有北摩高科、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、金博等厂商。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：单晶硅炉主要企业上虞晶盛机电、北京京运通科技、江苏华盛天龙光电设备、北京七星华创电子、德国PVA TePla AG、美国Kayex 公司、日本Ferrotec 公司；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金博、天宜上佳、超码、美兰德、隆基等。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。

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、深圳沃特、广东金发科技等。从事碳纤维片状模塑料的企业主要有：美国QUANTUM、MAGANA、Ashland、Continental Structural Plastics，德国MENZOLIT等。

2023年，南通复源新材料公司采用回收碳纤维制备成”小米粒”短切纤维，并成功应用到汽车增强塑料零件。以汽车为代表的工业应用，对材料的性价比要求非常严苛。多年来，笔者有一个观点：对于碳纤维在汽车上的大规模应用，就目前的技术水平，连续碳纤维复合材料没有机会，必须在非连续纤维增强材料上下狠功夫，尤其是短切增强塑料，性价比才可能与目前的玻纤及铝合金材料竞争。

短切碳纤维增强塑料，与纤维、浆料、混配、注塑技术等密切相关，需要在纤维存留长度、分散性及流动性得到最优解。对于常规低成本纤维，可能实现拉伸强度及弯曲强度均超400MPa, 弯曲模量超25GPa 的优异性能的，加上不到1.3g/cm^3的体密度。具备与玻纤及铝合金同台竞争的能力。

2023年的市场需求为9,500吨，与2022年持平，主要考虑两个方面：首先是宝马与西格里公司合作的复合材料汽车i3及i8, 这几年陆续停产，导致了碳纤维用量的降低；另一方面，除了传统超豪华汽车及改装市场，新能源汽车也纷纷推出豪华款，这些又带动了碳纤维用量的增加。但总体上：小批量的超豪华车（无论燃油还是新能源），采用碳纤维复材是必然的选择，因为总体成本比钣金工艺便宜。而对于量产车型，汽车行业对碳纤维的应用前景不甚明朗。

轻量化——对于无论燃油车，还是新能源车，均是重要的，这毋庸置疑，但是，量产汽车的成本控制严苛，没有相当的轻量化效益（每减重一公斤的成本），车厂自然会选择传统的材料。如果要采用碳纤维复合材料，如同我们前面所讲，首先要考虑的是短切碳纤维增强塑料。我们可以大致算个账，30%纤维含量的低成本碳纤维的成本为21-24元，70%的尼龙成本为14-17元，材料成本为35-41元/公斤，加工方面，传统做法是混配造粒+注塑（成本高），当然也可以在线混配直接注塑 （成本可参考注塑成本），这样，零件的成本有望控制在40-46元/公斤。铝合金零件的成本大致为23-25元/公斤，如果实现6系列铝合金同等性能，复材可实现减重32.6%，因为减重，所以，零件成本相应减少32.6%，就非常接近铝合金的成本。2022年底，特斯拉官网称在德州奥斯汀建设5800万美元的塑料制造工程中心，之后，该中心发布的公开消息很少，不知道他们是否有上述的类似考虑。

汽车簧下重量减重的热点是轮毂，国际主要生产商是澳洲的Carbon Revolution，意大利Bucci，美国的Vision Wheel与ESE Carbon。中国方面，豪华款新能源汽车正在或计划采用碳纤维轮毂：如广汽埃安昊铂SSR，蔚来全新ES6，高合HiPhi A，比亚迪仰望U8等。中国已经有数家研发碳纤维轮毂的企业，但均未形成大批量能力。

本领域是一个广泛意义的建筑，不仅包括我们通常意义的建筑，也包括了建筑机械、桥梁、隧道及工业管道等，复合材料的应用主要有如下几个领域：1.建筑及桥梁结构的补强：2.艺术型建筑的主体结构；3.建筑机械；4.新建大跨/空间结构；5.管道补强。

2023年建筑行业价格整体下行，但在城市更新的大背景下，结构加固补强市场较为稳定，碳纤维加固材料需求量基本与前年持平。目前碳纤维加固材料已全面进入国产化时代，除福瑞斯、西卡、慧鱼等少数国际品牌外在中国市场进行销售，大部分碳纤维加固材料市场被上海悍马等国产品牌占领。与此同时，为避免偷工减料、以次充好的现象，各地陆续实行加固材料备案，以保证工程安全。国际市场上，以上海悍马为代表的中国品牌凭借稳定的产品品质以及高性价比，亦得到了全球加固行业的认可。

产品方面，除传统的单向碳纤维织物，预应力碳纤维板、预应力碳纤维筋、碳纤维索等相关产品以其优良的加固效果，逐渐在路桥、房建、塔筒等结构加固工程中崭露头角。随着产品性能的进一步提升以及原材料成本的降低，碳纤维材料在结构补强、海洋工程等领域将获得更广阔的应用空间。

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。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。

在智能折叠手机领域，深圳市裕同新材科技有限公司针对大折叠高模量轻量化碳纤维材料的应用，其中铰链门板一体PEEK注塑，多折叠柔性屏下支撑及玻纤电池盖及中框的导电及散热应用已配合国内外多家终端厂商规模化验证并应用，具有一定的行业技术规模领先性；在高牌号超薄低克重碳纤维展纱及预浸料自动化成型及大功率自动化激光精密加工行业达到领先，优化并拓展了复材结构全新的加工工艺，并对碳纤维外观及平整度一致性可折叠寿命达到优质可靠性。对原材料性能提出更严格的模量要求，为手机减薄减重达到进一步超薄行业应用，做到了行业的突破!

液晶显示器的复合材料方面：广州旭璟先进材料科技有限公司研发及生产制造的产品为Cassette’s BS及 Robot Fork，终端客户包含京东方、华星光电、天马微电子、惠科集团、广州超视堺、维信诺，其他还有包含日本、韩国、中国台湾地区的机械人自动化装备公司，如日本Sankyo、Yaskawa及韩国现代…等，截至2024年1月出货数量已达壹佰多万支。

在高速电机领域，越来越高的转速，使得碳纤维护套已经成为标配，广州赛奥碳纤维技术股份有限公司通过十年的技术研发积累，从材料、大张力高精度缠绕、超高预紧力、高效固化、生产自动化等多方面为行业提供全套解决方案。

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，近几年，电动水翼船、水上出租车，高速客轮纷纷采用碳纤维复合材料，形成新的增长热点。

2023年3月，Zen Yachts（西班牙巴塞罗那）推出Zen50太阳能零排放双体帆船，由著名获奖船舶建筑师Julien Mélot设计，特点是由轻型碳纤维打造的船体。

2023年6月13日，Artemis technologies（爱尔兰贝尔法斯特）推出其第一艘电动船员转移浮船（CTV）和子船Artemis EF-12 CTV，展示其为海上风电场部门服务的能力。该船由玻璃和碳纤维复合材料制成，能够实现更高的速度和更长的航程。

2023年11月，中国船级社（CCS）武汉分社为中国船舶集团有限公司第七二五研究所（简称“725所”）颁发了国内首张低温膨胀节和碳纤维材料认可证书。

2023年11月9日，由珠江船务旗下的广东中威复合材料有限公司为中国香港新渡轮离岛项目建造首艘500客位碳纤维高速客船“新明珠2”号（SN004）在广州南沙举行吉水仪式。该项目包含多艘铝合金船舶及碳纤维船舶，预计2025年前陆续交付。

2023年09月，由中车株洲电力机车研究所有限公司研发的全球首列氢能源智轨电车正式亮相马来西亚车辆创新采用了70MPa储氢系统和大功率燃料电池系统，续驶里程超350公里。

2023年中车唐山机车公司联合上海晋飞碳纤科技股份有限公司优化开发了先进结构转向架碳纤维侧梁（图1）项目”。先进结构转向架碳纤维侧梁相对于传统钢板焊接侧梁重量减轻80%，为转向架减重、节能、成本降低提供支撑。

2023年多家主机厂联合上海晋飞碳纤维科技有限公司开发了多款地铁车辆司机室（图2）；下一代高铁转向架舱（图3）等碳纤维复合材料部件项目，部件均基于高效、低成本、一体化热压和液体成型技术，通过结构设计优化及部件级工艺验证相结合的方法，实现复合材料主体结构的一体化成型，降低了部件组装的复杂性，有效提高典型部件的制造效率及制品稳定一致性。

低成本一体化热压、液体成型工艺为同类型结构的碳纤维复合材料部件在轨道交通部件中的批量应用提供解决思路。

综合目前的应用情况分析，虽然碳纤维复合材料在轨道交通领域的应用离实现大规模工业化生产还有一定的距离，但是随着我国碳纤维复合材料上下游产业的成熟发展，原材料及工艺制造成本大幅下降，必将加快推动轨道交通车辆碳纤维复合材料工程化应用进程，使先进复合材料成为车辆主／次承载结构材料代际替换的首选。

1. 燃料电池的气态扩散层（GDL）;
2. 液流电池的电极材料的碳毡（石墨毡）；
3. 替代铅酸电池的铅板电极的碳毡板；
4. 提升锂离子电池能量密度的多微孔碳纤维材料；
5. 预氧毡+二氧化硅气凝胶复合材料