新材料：碳纖維應用市場前景廣闊

　　從翱翔藍天的各式飛機，到一根根長長的釣竿；從高原上四處聳立的“大風車”，到騎行的專業級山地自行車……在很多意想不到的場景里，都有碳纖維的“用武之地”。

　　制圖 | 鐘燕京

　　國產碳纖維目前在航空市場的應用如何，需要注意哪些問題？在風力發電、體育休閑兩大市場的應用出現了哪些新變化？如何看待碳纖維未來的市場應用前景？

　　在近期舉辦的中國碳纖維產業鏈創新發展論壇暨2023年中國化學纖維工業協會碳纖維分會年會期間，《中國紡織報》記者帶著以上問題進行了深入采訪。

　　航空市場依然是“穩定器”

　　作為一種戰略性新興材料，碳纖維及其復合材料首當其沖的“使命”，就是保障涉及國家重大戰略的相關產業鏈供應鏈自主可控。

　　復合材料用量是體現飛機先進性的重要標志。從天然材料到金屬材料，再到復合材料，一直以來，飛機機身結構對材料的追求，始終是“堅如鋼，重如翎。”

　　中國復合材料工業協會副秘書長盧宏萍表示：“隨著航空復合材料技術的進步，民機用復合材料結構占比達到30%-50%，其他飛機中復合材料的占比也大幅提升。先進復合材料對航空裝備的現代化，起著十分關鍵的支撐作用。”

　　以空客A350-900XWB為例，在其使用的所有材料中，復合材料的用量占比達到52%。

　　航空領域一直是全球碳纖維及其復合材料企業重點拓展的高端應用市場。

　　由廣州賽奧碳纖維技術股份有限公司發布的《2022年全球碳纖維復合材料市場報告》（以下簡稱《報告》）顯示，2022年，國際市場上航空航天領域的碳纖維用量是21000噸，在全球碳纖維總用量中的占比為15.6%。

　　具體來看，全球商用飛機中碳纖維的需求量為7000噸，占全球航空航天領域碳纖維總用量的33.3%；無人機中的需求量為4000噸，占19%；公務機中的需求量為2300噸，占11%；直升機中的需求量為1800噸，占8.6%；通用飛機中的需求量為700噸，占3.3%。

　　對比來看，2022年，我國航空航天領域的碳纖維用量在碳纖維總用量中的占比為10.5%。

　　今年前三季度，威海光威復合材料股份有限公司旗下威海拓展纖維有限公司業務板塊實現收入11.05億元，同比增長1.69%；其中，定型纖維產品穩定交付，重大合同執行率為29.16%。

　　光威復材日前在公開答復投資者調研時還表示：“公司的一款碳纖維產品相關項目今年9月完成驗收，而且在驗收之前，小批量供貨、產品的等同性擴大應用推廣都在進行。后期，隨著應用逐步擴大，該產品將會有一個逐步放量的過程。公司的另一款產品去年已經通過相關評審，并形成業務合作關系，后期會繼續根據相關需求逐步供應。”

　　中簡科技股份有限公司的ZT7系列碳纖維已經穩定、批量供貨多年，新一代碳纖維也在不同應用領域進行了驗證與供貨。今年前三季度，該公司實現營業收入3.99 億元，凈利潤為2.4億元。

　　中簡科技董秘李劍鋒表示：“雖然從今年開始碳纖維價格出現下降，但目前，高端碳纖維市場供不應求的局面并沒有發生本質改變，公司的產品價格將在一定期限內保持穩定。”

　　國內幾家碳纖維龍頭還參與了國產大飛機的相關配套。

　　光威復材表示，公司對于大飛機的相關配套工作目前體現在兩個方面：一是提供碳纖維，并由客戶做成預浸料，用于復材結構制造；二是給大飛機提供內飾的阻燃預浸料，以及定制化的碳纖維及織物等。

　　中復神鷹董秘金亮表示，公司旗下上海航空預浸料項目已通過量產線PCD（工藝過程控制文件）批準，T800級碳纖維預浸料第二生產線建設也已完成。

　　江蘇恒神股份有限公司總經理張明介紹：“近幾年，恒神股份與中國商飛的合作逐步加深，恒神T800級產品在相關部件中開始應用。從長遠看，大飛機研制過程中有典型結構的國產材料需求，將逐步實現碳纖維復材國產化替代。”

　　在通用飛機市場上，企業也有所作為。

　　光威復材已向客戶交付TP500大型無人運輸機平臺、AR500無人直升機平臺等型號產品。以TP500為例，光威復材為該項目提供整機碳纖維及預浸料配套，并承擔前后機身和尾翼等復合材料結構件研制和生產，以大部件形式整體交付客戶進行總裝調試。

　　中國民用航空沈陽航空器適航審定中心研究員劉秀芝表示：“通航飛機絕大多數機體結構采用復合材料制造，復合材料及其相關行業在通用航空產業鏈上占據了舉足輕重的地位。”

　　談及國產碳纖維及其復合材料如何能夠更好地適應我國通航產業發展趨勢，更加安全地實現在通航飛機上的大規模應用，劉秀芝表示：“設計是先導，材料是基礎，制造是關鍵，檢測是保障。對復合材料的適航驗證，重點關注材料的穩定性、制造可重復性和質量一致性等幾個關鍵問題，這個指導思想貫穿適航驗證的全程。國產碳纖維及其復合材料要想進入通航產業鏈，就必須解決‘能不能用、好不好用、敢不敢用’的問題，缺一不可。對于材料供應商來說，要思考其研發的復合材料得達到什么技術狀態，至少得完成哪些工作，才可能成為通航備選材料。”

　　毫無疑問，未來的航空市場依然充滿潛力。

　　“2017年，全球航空航天復合材料的市場規模為176.24億美元，預計到2026年將增長至467.9億美元，在復合材料市場中的占比將超過40%，呈現11.46%的年復合增長率。” 盧宏萍表示，中國航空航天復合材料市場的增速未來將高于世界平均水平。預計到2026年，中國航空航天復合材料市場規模將達到987.43億元，占國內復合材料市場整體規模的比例將超過30%，其2017年至2026年的年復合增長率將達到14.29%。

　　風電市場驅動力放緩

　　從山西到內蒙古，從河北到山東……這幾年，在廣袤的土地上，到處都能看見隨風旋轉的風電葉片。

　　記者在采訪中了解到，風電葉片的長度，直接影響著風力發電裝置的發電效率和功率輸出。較長的葉片，可以捕捉到更多的風能，提高發電裝置的效率。

　　風機機組當前正朝著大型化方向發展。隨著風電葉片越來越長，對材料的強度和剛度都提出了更為苛刻的要求。具有“輕質高強”突出特點的碳纖維及其復合材料，已經成為制造風電葉片的不二選擇。

　　盧宏萍表示，采用碳纖維材料，能使風電葉片的擾度更小、機翼部分更薄，提高風能利用率，還能提高葉片的抗疲勞性能，并減少運輸和吊裝成本。采用碳纖維材料，還能制造低風速葉片。

　　在這股“綠色浪潮”下，吉林碳谷、中復神鷹、恒神股份等企業研發生產的碳纖維逐漸應用到風電葉片中。包含風電碳梁業務的能源新材料，也成為光威復材一個重要的業務板塊，不過，其在該板塊使用的碳纖維來自對外采購。

　　金亮表示：“中復神鷹與國內外主要的風電主機廠、碳纖維拉擠板生產企業均有合作，已形成批量供應。公司還協同客戶進行風電領域其他應用的認證評價，如SYT45S-48K產品用于碳纖維拉擠板測評等。”

　　《報告》顯示，2022年，國際市場上風電葉片的碳纖維用量是34700噸，占比排第一位；我國市場上風電葉片領域的碳纖維用量是17500噸，占比排第二位。

　　廣州賽奧總經理林剛表示，前幾年，風電葉片一直是全球碳纖維銷量快速增長的“主引擎”，但這兩年，全球兩大風電巨頭維斯塔斯和GE的碳纖維板材用量基本沒有增長，其全年的碳纖維用量維持在3萬噸左右；其他幾家國內風電企業的碳纖維用量也基本沒有增長。這使風電應用市場對碳纖維銷量的驅動放緩。

　　財報數據顯示，今年前三季度，光威復材能源新材料板塊實現收入3.4億元，同比下降36.44%。不過，公司風電業務新客戶的銷售規模逐步形成，報告期內實現收入6000.35萬元。“在風電碳梁業務方面，今年公司來自老客戶的訂單減少，新開發客戶的貢獻仍需要時間才能穩步提升。”光威復材這樣表示。

　　風電市場整體的應用前景如何？

　　全球風能理事會的分析報告指出，2022年后，全球范圍內快速調整的政策環境為風電市場的加速發展奠定了基礎。2023-2027年，預計平均每年的風電新增裝機容量將達到136GW（吉瓦），呈現15%的復合增長率。

　　“碳纖維是生產風電碳梁的原材料，其產能國內目前已經有了，但是后端的應用還沒有放量。目前，一些新風電客戶的需求出現增長態勢，但需求主要還是來自幾家有實力的國外客戶，這一塊并沒有增長。如果從長期看，風電碳梁這一應用市場仍然在積累積極因素，尤其是如果國內風電市場能夠發展起來，這一塊會有較大空間。”光威復材這樣表示。

　　體育休閑市場仍值得期待

　　釣魚竿、高爾夫球桿、自行車、各種球拍、曲棍球桿、滑雪桿……林林總總的體育休閑用品一直是碳纖維應用的一個主力市場。

　　《報告》顯示，2022年，國際市場上體育休閑領域的碳纖維用量是24000噸，排第二位；我國市場上碳纖維最大的應用領域便是體育休閑，用量為23000噸。

　　“全球近90%的碳纖維體育器材在中國加工。目前，廈門、東莞等城市已經形成了碳纖維體育用品的產業集聚區，占有優勢地位。”盧宏萍說。

　　《報告》顯示，2022年，在全球市場上，釣魚竿領域的碳纖維用量是8500噸，占體育休閑領域碳纖維總用量的35%；高爾夫球桿領域的用量是5300噸，占22%；自行車領域的用量是4700噸，占20%；球拍領域的用量是2800噸，占12%。

　　神鷹碳纖維自行車有限公司每年生產約2萬臺碳纖維自行車架、4萬支前叉，產品主要出口歐美市場。

　　神鷹碳纖維自行車公司總經理羅明豐介紹，公司生產的碳纖維車架、前叉等部件，碳纖維含量為100%，用的是中復神鷹自己生產的碳纖維，包括SY49S、SY55S、M40等規格。

　　“相比去年，今年碳纖維自行車的銷量出現下滑。原因在于，歐美市場的碳纖維自行車現在仍處在消化庫存的過程中，同時，歐美經濟復蘇乏力，消費者購買意愿不足，新的消費需求有所下降。”羅明豐說。

　　記者在采訪中了解到，相比鋁合金自行車，碳纖維山地自行車的突出優點，是能夠提供更平穩、更舒適的騎行體驗，具有更好的操控性、更快的速度和更大的靈活性，且具有耐久性、多功能性。

　　談及碳纖維自行車的市場前景，羅明豐表示：“從長遠看，整個市場的發展前景還是向好的。歐美市場對高性能碳纖維自行車產品的需求仍然強勁，各品牌商也在不斷升級產品，使用碳纖維替換鋁合金。同時，消費者的認可度也越來越高。”

　　值得注意的是，碳纖維及其復合材料還開始應用在運動鞋中。

　　盧宏萍介紹，樹脂浸潤固化后形成碳纖維板材，具有重量輕、強度高的顯著優點，在跑鞋、高爾夫球鞋、籃球鞋和足球鞋中應用，可以提供更好的足部支撐和穩定性，同時，讓鞋子整體具備更佳的耐用性。據了解，日本碳纖維企業推出的連續纖維增強熱塑性碳板，已經被應用于鞋底和鞋跟。“未來，各種運動產品中將會越來越多地使用碳纖維織物增強復合材料和碳纖維預浸料。”盧宏萍說。

　　根據相關預測，預計到2031年，全球體育復合材料市場規模將達到40億美元，年復合增長率將在5%左右。

　　“體育休閑領域是一個由千萬家中小企業組成的群體，值得我國碳纖維企業珍視。”林剛表示，“我國目前已經具備了體育及健康產業大爆發的條件。在北京冬奧會上，冬奧火炬、舵雪車、滑雪板等都用上了碳纖維，這讓大眾更多地認識了碳纖維這種先進材料。體育休閑市場的應用仍然值得期待。”