7復合材料應用發展趨勢與展望

7.1. 航空航天應用市場
市場的發展趨勢如下圖：2017年對碳纖維的需求量為19,200噸。

航空航天市場的分市場份額（噸）如下圖：

Source:東麗官網

商用飛機對碳纖維需求驅動是巨大的，2017年，根據波音及空客的官網信息，波音的復材飛機B787交付136架，與2016年持平，而空客的復材飛機A350XWB交付了78架，比2016年增加60%。所以，商用飛機碳纖維的用量增加主要來自空客。

上面東麗網站摘錄的商用飛機的發展計劃，主要體現了幾個信息：國際商用飛機的發展趨勢是越來越聚集中小型飛機；波音與空客在2017年9月前分別手握4633架（B787-1471架）和4325架（A350XWB-1056架）訂單。

7.2. 體育休閑應用市場
體育休閑市場十年來的需求發展情況如下，2017年的需求量為13,200噸。

體育市場的分市場份額如下：

碳纖維與體育強國
1971年，日本東麗開始了工業化碳纖維生產（產能1噸/月），1972年，日本公司Olympic在展覽會上，使用東麗碳纖維制造的魚竿“Seiki”；同一年的太平洋高爾夫大師賽：Gay Brewers 使用碳纖維球桿贏得冠軍，這激發了市場購買與使用“高爾夫黑桿身”“black shaft golfclubs”的熱情。世界碳纖維的發展初期，就與體育器材結下了不解之緣。

談及碳纖維體育器材產業，就不得不提中國臺灣清華大學吳泉源先生的文章-“奠定復材製造王國的領航者－中國臺灣網球拍產業發展回顧”，文中提到“1978 年由光男公司從國外引進碳纖維復合材料，開始制造碳拍之后，短短的幾年間，不但淘汰了木製球拍，改變了世界網球拍的產銷結構，成為網球拍王國，而且奠定了中國臺灣在全球復合材料加工技術上重要的地位。”在文章的最后，吳先生充滿激情的表達了“這是一個世界級的技術史故事。中國臺灣網球拍產業奮斗的歷史軌跡，至今依舊是許許多多產業努力奮進的標桿。”從網球拍開始，中國臺灣持續努力，在高爾夫球桿、釣魚桿、曲棍球桿、自行車等各個碳纖維領域，均取得了舉世矚目的佳績，通過在大陸的投資設廠，將大陸的碳纖維體育器材帶動起來，這個淵源我們不應該忘記。

碳纖維體育器材，全球絕大部分制造在大中華地區，歐美日本品牌商主要是品牌運營，參與技術研發的投入不多，我們企業的利潤空間有限，技術創新能力也有限，導致目前的主流工藝大量依靠人工，缺乏自動化，因此制造成本也較高，這些因素共同導致了產品價格高昂，不能普及到尋常百姓家。體育器材有著與工業產品迥異的“輕量化價值”，我們的汽車工程師可以在他的零件上算計每一分錢，個人購買體育器材時，他會因為1克重量和手感，毫不猶豫多支付幾百元。

先進體育器材與科學訓練方法正成為提高運動成績的有力支撐; 在提升運動成績的同時，先進體育器材可獲得美譽度，利于器材在群眾體育中的推廣，形成品牌效應，從而形成高利潤產業，并反哺競技運動獲得更好的成績，為運動員的退役后提供更多的職業選擇。體育器材是將碳纖維材料優勢發揮得淋漓盡致的領域：陸海空、冰水雪，處處可見碳纖維料替代天然材料與金屬材料而產生的“更快、更高、高強”競技傳奇，也衍生出一輪輪波瀾壯闊的工業技術創新輝煌。中華民族（含中國臺灣），是全球碳纖維體育器材制造大國，由于器材工業設計技術及品牌運營經驗的欠缺，我們守著一個全球最大潛力的市場，卻不得不面對“洋品牌漫天飛，制造工廠血汗化”的殘酷現實。“增強技術制造能力、集成國際設計經驗、國家助力品牌運營、競技產業共同進步”，這就是時代與民族需要的先進碳纖維體育器材強國計劃。

7.3. 風電葉片應用市場

2017年，低風速風場和海上風電共同推進了葉片的大型化發展，碳纖維在風電領域持續高速增長。VESTAS在與臺塑簽訂碳纖維長期供應合同之后，2017年6月，VESTAS與土耳其簽訂了為期四年，價值3億美元的梁帽拉擠板合同。去年年底到今年年初，ZOLTEK相繼宣布在墨西哥與匈牙利擴產，將目前的14,900噸產能提升到25,000噸。

2016年與2017年，中國風電碳纖維復合材料供應還出現一個劇烈的變化：2016年，TPI （為VESTAS制造葉片）及VESTAS相關企業共進口了2465噸碳纖維，而今年，這個集團只進口了240噸纖維，而市場的總量不變，這些差額主要由光威復材與江蘇澳盛承擔了。我們認為，這主要是VESTAS的工藝轉變而帶來的供商劇變，堅定了拉擠片材制備梁帽的工藝路線。

國際主要采用碳纖維制造風電葉片的企業是：VESTAS、GEMESA-SIEMENS、Nordex，Senvion，GE集團（去年并購了LM）。重要的碳纖維葉片制造商還有TPI(主要為VESTAS與Senvion 提供葉片)和巴西的Tecsis（主要為GE提供葉片）。去年，TPI宣布：利用SENVION的RodPack（拉擠棒）技術為其生產葉片。

我國主要的葉片制造商：洛陽雙瑞科技、中材科技、重通葉片、明陽風電、中復連眾、時代新材等均在積極推進碳纖維應用。去年6月，雙瑞5MW,83.6米的中國最長海上風電葉片下線，這款葉片采用的是碳纖維織物灌注工藝的梁帽。

7.4. 汽車應用市場

汽車復材市場，不得不先談到寶馬公司I3電動車：根據寶馬公司年報，I3去年銷售了31,482輛，同比增長23.3%；寶馬公司人員多次抱怨碳纖維復合材料成本太高，有傳言要回到鋁合金車身；去年SGL回購了與寶馬汽車合資的汽車用碳纖維廠的股份。去年，行業內對寶馬的“Carbon Core 7”系車采用的“混合材料”思路沒有前年那么熱鬧了。

去年，除了電動車，燃料汽車開始持續升溫，各大汽車廠加大了投入，燃料電池堆主流采用的是碳纖維紙，東麗開始擴建碳纖維紙的工廠，產能將是目前的5倍之多。同時，盡管各類儲氫的創新，目前看來，采用高壓碳纖維氣瓶還是個最佳的選擇。35&70MPA氫氣瓶成為市場的熱點。

以東麗為首的日系碳纖維廠家，在積極推動汽車復材的應用。尤其在收購了ZOLTEK的低成本碳纖維后，東麗從之前的研發，快速轉到實業布局上。近幾年，收購了不少汽車復材相關的國際公司。

關于汽車復材市場，我們有如下的看法：

A.    對于不得不用碳纖維的，如燃料電池的擴散層碳紙，氫氣瓶，這是重點；

B.    要遵循汽車行業采用碳纖維的規律：從F1賽車，到超級豪華限量版車，再到豪車，直接從普通家用汽車入手，無論是否新能源，高成本的問題不是一時半會能解決的。

C.   汽車廠家要做產品全周期“輕量化價值”評估，價值不超過當前昂貴的碳纖復材，不要浪費科研資源。

7.5. 壓力容器應用市場

壓力容器方面主要是如下三個方面:

A.    傳統市場,主要是呼吸氣瓶,CNG 氣瓶，市場小幅度平穩發展；

主要驅動碳纖維的需求增長的市場如下：

B.    CNG復合拖車長管：在Hexagon Lincoln的推動下，其最新款TITAN XL（40尺柜，15000標準立方米）2015年在拉美試運行，2016年7月獲得美國交通部上路許可。國內主要是中材科技（成都）有限公司在推動這個產品，并取得很大成效。

C.   氫氣瓶市場：氫燃料電池汽車用氣瓶主要使用三型瓶（金屬內膽復合材料全纏繞氣瓶）和四型瓶（塑料內膽復合材料全纏繞氣瓶）。其中，三型瓶一般用于公交、巴士及物流車等領域，工作壓力35MPa，四型瓶一般用于乘用車，工作壓力70MPa。

發達國家的主要氣瓶廠家Hexagon、Dynetek、豐田等公司的高壓復合氣瓶技術能力和市場份額遙遙領先，Dynetek公司的三型瓶占據了目前國際市場的較大份額，而Hexagon是目前四型氣瓶方面的行業領導者，豐田公司自行研發的70MPa四型氣瓶已經批量應用于其Mirai商業化燃料電池車型。

國內研發和制造氫燃料三型瓶的企業主要有：中材科技（成都）有限公司、北京天海工業有限公司、沈陽斯林達安科新技術有限公司、北京科泰克科技有限責任公司、張家港富瑞特種裝備有限公司、中集集團等。而四型瓶，僅僅處于研發階段。

壓力容器是展現碳纖維拉伸性能及離散性的最佳應用，根據氣瓶爆破壓強計算的纖維拉伸強度的釋放比例，是一種重要的工藝指標。精確設計、精確網格成型工藝，自動化制造是重要的發展方向。

7.6. 混配模成型應用市場

混配模成型（Molding& compound）嚴格講，不是一個應用市場，而是對工藝的描述，但由于這些工藝橫跨的應用多，所以，把它歸類成一個應用，便于說明。

混配（compound）是指非連續碳纖維增強塑料，主要包括短切增強和LFT。玻纖D-LFT在汽車領域的廣泛應用證明了這種復合材料形態的優勢。但是，只是成為非承力結構件，汽車行業很難為昂貴的碳纖維買單。這就需要CF-LFT，不僅在力學性能上（尤其模量）上有更好地表現，具有更好的性價比；縮短工藝，采用CF-DLFT也是必要的低成本路線。關鍵技術是：漿料、分散性與存留長度。當然，除了利用碳纖維的力學性能，該領域也充分利用了碳纖維去靜電、電磁屏蔽的功能性能。

模成型（Molding）主要是指片狀模塑料Sheet Molding Compound-SMC，團狀模塑料Bulk Molding Compound-BMC。這也是對汽車有前途的低成本工藝路線。目前的問題與上述的短切增強及LFT是類似的。對比玻纖同類產品，缺乏性價比。但面臨的技術問題是不一樣的：這類產品主要要解決完全浸潤性、絲束的均勻纖化性。

混配通常是熱塑性復合材料，熱塑性材料的關鍵是螺桿擠出機技術的創新，以保證纖維的均勻分散的同時保留更長的纖維長度，這是個矛盾體；而模成型主要是熱固性樹脂，在追求纖維的充分浸潤性時，又不能有預浸料的成本，材料的均質性還需提升，纖維含量還需維持在高比例，這也是不小的技術挑戰。

7.7. 建筑應用市場

建筑領域是碳纖復材可以發揮重大作用的領域，主要應用是對老危建筑的補強，該市場目前主要采用碳布手糊、現場粘接的工藝，與建筑物的粘接性是工程質量的關鍵。

利用碳纖維復合材料抗震防震，是歐美日本的研究重點，國外經驗證明：利用碳纖維復合材料加固后的房屋具有良好的抗震防震效果。我國的建筑質量與西方有一定差距，尤其是震區的危房加固，相關的國家政策與加固研發還有大量的工作可為。

除了普通建筑的補強，橋梁、隧道、各類工業管道的補強，碳纖維復合材料均有很大的應用潛力。隨著國產碳纖維及復合材料的發展，這些領域也大有可為。

橋梁的拉索的復合材料化，是日本研發的重點，我國也曾經做過一些研究. 這其中有一定的技術問題（比如橫切風對碳纖維徑向的剪切，與金屬連接問題），但總體上推進乏力。

上述的領域，中國均有其他發達國家不可比擬的市場優勢，國際最頂級的設計師基本都在中國設計機場、標桿建筑與橋梁；因質量不合格，需要補強的建筑物，恐怕中國也是世界之最；這么好的應用市場怎么驅動不出好技術呢？沒有發達國家的技術指引，我們似乎就迷路了；習慣了模仿，我們失去了思考能力。

7.8. 碳碳復材應用市場

碳碳復材的主要市場及情況如下：

飛機剎車盤市場：2009 年美國Honeywell 公司已開始將波音737 系列飛機從粉末冶金剎車盤改裝成碳剎車盤，意味著在若干年后，波音與空客所生產的飛機將全部裝備碳剎車盤，國際上飛機碳剎車盤生產企業主要有法國的Messier-Bugatti 公司、美國的Honeywell 公司、B.F. Goodrich 公司、Goodyer 公司和英國的Dunlop 公司。中國的飛機剎車盤主要有中航飛機股份有限公司西安制動分公司、博云新材、西安超碼等廠商。每架商用飛機大約需要234公斤碳纖維。（source:江蘇天鳥高新技術有限公司）

航天部件：碳碳復合材料以其優異的性能成為大型固體火箭喉襯、發動機的噴管、擴散段，端頭帽等的首選材料。

熱場部件：以直拉單晶爐和多晶鑄錠爐等太陽能硅片生產設備為代表的高溫熱工裝備中均需要碳碳熱場材料，大直徑工業爐用的碳碳復合熱場材料多由國外廠家提供，主要廠家包括德國的SGL公司，日本的東海碳素公司等。國內從事碳碳復合熱場材料的單位包括西安超碼、航天睿特、博云新材、中南大學、南方搏云等。

預制體是碳碳復材重要的制造環節，主要有預氧化纖維制作的預制件、非連續碳絲準三維針刺預制件、細編穿刺與正交三向等結構的織物預制體等。中材科技南京玻璃纖維研究院、江蘇天鳥高新技術有限公司、天津工業大學復合材料研究所、江蘇飛舟高新科技材料有限公司是杰出代表。

7.9. 電子電氣應用市場

電子電氣市場對碳纖維的主要消費是3C領域，其中輕薄型筆記本，如聯想X1顯示器外殼，惠普SPECTRE的底板，均是碳纖維復合材料制成。

輕薄型筆記本每年大約有5000-6000萬臺的銷量，目前主要采用的材料是鋁合金和鎂鋁合金，碳纖維復合材料只占據較小的市場份額，大約有600-700萬片。

該領域一直有熱塑與熱固之爭，聯想采用了熱固預浸料織物，而惠普采用了熱塑預浸織物。

流行的工藝均為：預浸料層合與模壓支撐主板材，然后進入注塑機，注塑上其他的精細部分（比如螺釘孔等），噴涂，形成零件。

在高速永磁電機轉子的護套，通常是碳纖維纏繞而成，這需要精密的大張力纏繞與固化后的維持張力。

上述領域，主要利用碳纖維的結構性能；而利用碳纖維的功能性方面，主要有利用碳纖維的電磁屏蔽與去靜電功能，有大量的辦公電子，電器元件采用碳纖維增強塑料；利用碳纖維特殊的剛性，碳纖維復合材料也越來越廣泛應用在擴聲器的振膜材料上。

7.10. 船舶應用市場

目前，船舶領域對碳纖維的需求主要是：競賽類船舶、超豪華游艇、高速客船及軍事用途的船舶。

很多小型船舶在上世紀七十年代開始，就開始復材化，成為了玻璃纖維復合材料的重要市場。在低成本的玻纖復合材料市場中，去分一杯羹，對碳纖維復合材料甚是艱難。只能另辟蹊徑，去找到玻璃纖維復合材料不可為的應用機會。

2017年，最重大的信息是：9月份，中國—挪威碳纖維建造項目落戶廣州南沙成功舉行簽約儀式，本次簽約由航運集團旗下珠江船務和新船重工與挪威知名的BRAA船廠完成，共同在南沙合資成立中威復合材料有限公司，利用南沙小虎島造船基地，引進以碳纖維復合新材料制造為代表的先進技術，合作建造新型碳纖維高速客船，10月份，兩艘來自挪威的碳纖維高速客船船體順利從海上吊裝并運輸至廣東新船重工裝飾一新的船體車間，開啟新船重工碳纖維船舶制造的新征程。

Source:國際船舶網

7.11. 電纜芯應用市場

2017年，我們統計的全球需求是900噸，確定這個數據的考慮是：

國際上，主要是美國CTC 公司及其國際的授權生產的合作伙伴，該公司從2001年開始研發，2005年開始推廣ACCC的商業化應用。目前該公司在全球有四個主要的戰略合作伙伴：北美的General Cable , 中東巴林的Midal，歐洲比利時的Lamifil以及中國的遠東電纜（上述信息來自CTC官網）。

日本的企業盡管是世界最早研發復合材料電纜芯的，但本土電網系統已經非常完善，極少新建電網，缺乏市場對產業的支撐。

除了CTC體系在華廠家，中國的主要廠家是中國電力科學研究院，中復碳芯電纜科技有限公司，華北電力科學研究院與河北硅谷的合作，遼寧省電力公司與哈玻院的合作。

CTC 曾經對該電纜芯對碳纖維的應用有過非常樂觀的估計，但從這些年的商業化情況看，似乎并未出現他們預期中的樂觀。反而，中國市場（約400噸碳纖維用量）成了國際需求的半壁江山。