(D5)、“侏儒”导弹等型号;美国的战略导弹MX洲际导弹,俄罗斯战略导弹“白杨”M导弹均采用先进复合材料发射筒。 b.大功率、长叶片需求加速风电叶片碳纤维化
风力作为清洁能源的代表之一,先于光伏发电受到全球各国的青睐。自20世纪80年代商业化发展以来,经历了全球化的高速增长。截至2015年底,全球累计装机容量达到432.42GW,累计年增长率17%,根据GWEC的预测,全球风电累计装机容量将从2014年的369.6GW增加至2019年的666.1GW,复合增速高达12.5%。风电未来的发展方向,除了向新兴地区,如拉美、非洲等地开拓市场之外,低速风机和海上风机将逐渐成为行业热点。
出于经济性考虑,当前主流的叶片为玻璃钢材质(GFRP),但随着低速风机和海上风机的不断发展,叶片长度的不断增加,部分结构使用碳纤维或碳纤/玻纤混合材料在综合成本上将更具优势。根据测算,40米以上的风电叶片中关键结构如梁帽、主梁使用碳纤维复合材料一方面可使叶片自重减少38%,成本降低14%;另一方面提高叶片抗疲劳性能,提高输出功率,以碳纤维为材质可更容易生产出大直径和自适应的风电叶片。 c.汽车行业革新带来碳纤维行业需求
随着排放标准趋严及低碳生活被人们普遍接受,节能减排已成为汽车工业的重要研究课题,在能源革新有限的情况下,轻量化是解决问题的关键之一。碳纤维具有比模量和比强度高、减重潜力大、安全性好等突出优点,是汽车轻量化最佳选择。欧洲铝协研究数据表明,若汽车整车质量降低10%,燃油效率可提高6%~8%;具体从绝对量来说,汽车重量每降低100kg,每百公里可节约0.6L燃油,二氧化碳排放可减少约10g/Km。自1953年世界上第一辆全复合材料车身的汽车—GM Corvette制造成功以后,随着复合材料技术的不断进步,如今碳纤维复合材料在汽车车身、尾翼、汽车底盘、发动机罩、汽车内饰等各个地方。宝马i3大批量应用碳纤维复合材料,减重约250-350公斤,为量产汽车轻量化树立了成功榜样。
宝马i3碳纤维复合材料车体结构图
随着汽车工业的不断发展,特别是在新能源汽车大行其道的今天,市场对汽车的轻量、节能、环保等需要提出了更高的要求,在汽车工业轻量化需求推动下,2009年以来全球汽车工业领域对碳纤维的需求量呈上升趋势,碳纤维复合材料在汽车工业领域应用比例的不断提高。据前瞻产业研究院保守估计,未来汽车工业领域的碳纤维需求量将保持7%的规模增速,按照这一增速预测,到2018年全球碳纤维在汽车工业领域的需求量将在8,600吨左右。
汽车工业领域碳纤维需求预测图(吨)
知名咨询调研机构Lux Research在2015年2月发布最新报告称,随着材料技术的飞速发展,到2020年碳纤维复合材料的市场估值预计将达到60亿美元,到2025年,碳纤维复合材料将有望成为全球汽车市场的主流配置。 B.全球碳纤维供给
目前全球碳纤维工业化产品仍以PAN基碳纤维为代表,其力学性能最高,应用领域最广,占全球碳纤维总产量的90%以上。
2014年全球PAN基碳纤维产能约为12.8万吨,其中小丝束碳纤维约为9.2万吨,占72%;大丝束碳纤维约3.6万吨,占28%。按照开工率70%计算,2014年全球碳纤维总产量约为9万吨。根据相关预测,到2020年,全球小丝束碳纤维产能将达到11.5万吨,大丝束产能达到5.4万吨,合计达到16.9万吨,复合增速达到7%。
全球碳纤维产能现状及预测图(吨)
目前全球碳纤维制造的主导者是日本和他们设立在欧美的工厂,其次是依靠欧美航空航天市场健康发展的美国HEXCEL和CYTEC公司,以及依靠强大工业创新体系的德国SGL公司,随着中国在碳纤维领域投入的不断增大,中国碳纤维产量占世界份额也不断提高。
全球碳纤维各国生产份额图
2、国内碳纤维行业分析 (1)国内碳纤维行业发展概况
我国从20世纪60年代开始研发聚丙烯腈基碳纤维,最早从事碳纤维研发的机构主要为中科院山西煤化所、长春应用化学研究所、化学研究所(北京)。五十多年来我国碳纤维产业从无到有,从小到大,但发展速度相比发达国家仍然进展缓慢。近十五年来,在国家的大力扶持下,国内碳纤维产业取得了重大突破,碳纤维及应用领域的技术水平和产业化程度出现了加速发展的势头,进入前所未有的发展新阶段,在国内初步形成了以江苏、山东和吉林等地为主的碳纤维产业聚集地。根据数据统计,2010年-2014年期间,我国碳纤维产能从6,445吨增至15,000吨,增长了2倍,年均增长23.5%,目前我国生产的碳纤维全部为小丝束,其中12K占比超过90%,1K、3K、6K各有产量。 (2)国内碳纤维市场分析
根据数据统计,2015年国内碳纤维市场需求约为11,000吨,随着我国国民经济的发展以及国防工业战略地位的进一步提升,未来几年我国碳纤维需求量将进入一个快速增长的时期,预计到2020年国内碳纤维的需求将达25,000吨,年均增长速率约15.5%。
国内碳纤维市场需求图(万吨)
目前国内碳纤维在航空航天、体育休闲和工业应用三大领域的用量比例是4%、67%和29%。其中,体育休闲占绝大多数,而在民用航空、交通工具、新能源装备、工程建设等方面的应用虽然已经开始起步,但应用水平偏低,碳纤维复合材料的设计水平不足,配套的材料缺乏,相关的应用标准体系不健全,导致应用领域窄。此外,树脂、上浆剂等配套材料品种少、性能不足,复合材料用辅助原料还不能完全实现自主供给,部分品种还依赖进口等,不仅制约了碳纤维复合材料在高端制品上的应用,同时还严重影响着国产碳纤维的市场应用。 未来随着我国基础工业的进一步发展,碳纤维在工业领域的应用比例将得到提高,预计2020年,国内碳纤维在航空航天、体育休闲和工业应用三大领域的用量比例为6%、44%和50%,需求结构向国外靠拢。
2014年国内碳纤维市场需求份额图