碳纖維復材行業(yè)分析

碳纖維復材行業(yè)分析1.碳纖維復材是輕量化關鍵材料，設計及制造降本是推動應用的核心1.1.碳纖維復材性能優(yōu)異，產業(yè)鏈上各環(huán)節(jié)的加工具有高附加值碳纖維復合材料性能優(yōu)異，是輕量化的關鍵材料之一。復合材料是由兩種或兩種以上不同性質的材料，通過物理或化學的方法，在宏觀上組成具有新性能的材料。復合材料中不同材料互為基體或增強體，在性能上互相取長補短，產生協(xié)同效應，使復合材料的綜合性能優(yōu)于原組成材料。碳纖維復合材料（也稱碳纖維增強復合材料，CarbonFiber-reinforcedPolymer，CFRP）是由碳纖維作為增強材料的一種高性能復合材料，而在基體材料選擇上，以樹脂基、碳基使用最多。據賽奧碳纖維統(tǒng)計，2021年全球碳纖維復合材料中，樹脂基+碳基市場份額超過80%。碳纖維復合材料具有比強度高、比重小、比模量高、抗疲勞性能及耐腐蝕性能優(yōu)異等特點，兼具紡織纖維的柔軟可加工性，是輕量化的關鍵材料，率先應用于航空航天、風電、高端裝備制造等領域。預浸料鋪放是最成熟的碳纖維復合材料成型工藝，隨著應用下游拓寬，纏繞拉擠、預制體等工藝涌現。概括而言，復合材料成型即指將一維纖維固結成三維形狀的過程，是復合材料工業(yè)的發(fā)展基礎和條件，由于碳纖維復合材料結構成型與材料成型同時完成，所以碳纖維復合材料有時也直接指碳纖維復合材料部件/制品。從2021年全球樹脂基碳纖維復合材料需求的成型工藝來看，預浸料鋪放、纏繞與拉擠、混配模成型、預制體是當前最主流的工藝，按以上成型工藝生產的樹脂基碳纖維復合材料的重量占比分別為28.8%、36.1%、12.3%、7.2%，合計達84%，其中：預浸料鋪放是最成熟的成型工藝，是航空航天復合材料首選的成型工藝；纏繞拉擠隨著碳纖維復材在風電與氣瓶中應用的增長而躍升為占比第一的工藝；預制體隨著光伏熱場碳碳復材的應用而成為主流工藝之一。預浸料鋪放：實用性最廣、應用經驗最成熟的材料形態(tài)及成型工藝。以預浸料為材料、以自動鋪放或手工鋪貼為層合工藝、以熱壓罐為固結工藝的航空航天復合材料工藝是基礎，其核心優(yōu)勢是“高纖維含量”、“均勻浸潤”與“低孔隙率”。幾乎所有應用均會首先采用此工藝，然后在應用過程中再摸索特點，發(fā)現更高效簡化工藝，如風電梁帽的開發(fā)歷史，從預浸料鋪放過渡到厚重織物成型，再到拉擠板材。纏繞拉擠：復合材料的經典成型工藝，主要優(yōu)點是工藝簡潔，主要缺點是只能制作回轉體及型材，不能制造型面復雜的結構。隨著風電與氣瓶應用的增長，纏繞與拉擠工藝超越了預浸料鋪放工藝，占比上升至第一。預制體：近幾年成為主要工藝之一，目前在碳碳復材中發(fā)展迅速，主要由光伏爐所需的熱場碳碳復材的快速發(fā)展而推動的。預浸料是多種成型工藝使用的重要中間材料，碳纖維產業(yè)鏈每一級的加工技術含量高、附加值高。從碳纖維復合材料的制造流程來看，預浸料是熱壓罐、模壓、卷制、纏繞等多種工藝中極其重要的中間材料，它的制造方法主要是將連續(xù)整齊平行的碳纖維牽引，通過與樹脂基體充分浸潤收卷成卷材，相應的碳纖維整體產業(yè)鏈為“原絲-碳纖維-碳纖維織物-預浸料-復合材料”。據江蘇恒神招股書，“同一品種原絲的售價約40元/kg，碳纖維約180元/kg，預浸料約600元/kg，民用復合材料約在1000元以下/kg，汽車復合材料約3000元/kg，航空復合材料約8000元/kg?！痹谔祭w維產業(yè)鏈中，不同階段產品價格均有較大幅度增值，各階段的加工制造技術是關鍵。1.2.碳纖維復材的設計和制造降本空間大，是擴大應用的核心環(huán)節(jié)碳纖維復合材料結構件的設計和制造環(huán)節(jié)具有最大的降本空間，是擴大下游應用的核心環(huán)節(jié)。1996年美國先進民用飛機新材料專業(yè)委員會編制的下一代民用運輸機用的新材料中提到“材料成本實際上僅占復合材料構件總成本的8%~10%，開發(fā)下一代民用運輸機工藝的一個基本準則是低成本制造的可能性?！薄＝K恒神招股書中也指出，“通過對碳纖維復合材料的成本結果分析，最大的成本空間是在復合材料結構件的設計和制造工藝上”。復合材料制造工藝的低成本化，應用技術的低成本化，是碳纖維復合材料擴大應用不可或缺的重大環(huán)節(jié)。本節(jié)將重點介紹碳纖維復材設計及制造環(huán)節(jié)的關鍵技術及壁壘。（1）碳纖維復合材料設計之初就需要綜合結構設計、材料、工藝等多項技術碳纖維復合材料與常規(guī)金屬材料最顯著的不同在于它的力學性能可以通過設計進行控制改變，因此，它在力學性能方面給設計人員提供了自由度。金屬材料結構設計人員可以直接使用材料部門提供的性能數據和傳統(tǒng)的金屬結構成型工藝進行設計，設計、材料和工藝三方面的技術人員可以分別完成各自領域的開發(fā)。而高性能碳纖維復合材料結構的研發(fā)必須由設計、材料、工藝三個領域的技術人員組成緊密配合的團隊，相互協(xié)作共同努力才能完成。（2）有限元等計算機數值模擬技術，在設計及制造過程中均有關鍵作用有限元模擬是一種重要的數值模擬方法，能夠較好地模擬仿真材料在載荷或載荷與環(huán)境聯合作用下的變形、損傷與斷裂過程，在碳纖維復合材料的設計及制造過程中均有重要應用。在設計過程中，采用結構有限元分析的方法，可以對復合材料制品進行力學分析計算，獲得滿足設計要求的結構。在加工制造過程中，以往的復合材料生產工藝參數依靠“試湊法”，要獲得有用數據，需要做大量試驗，從而導致大量的人力和物力浪費，增加了產品的成本。高效生產質量穩(wěn)定的復合材料結構件的關鍵技術在于選擇合適的工藝參數，制定合理的工藝方案，而數值模擬為優(yōu)化工藝參數，深刻理解各種參數對成品質量的影響，提供了有效的技術手段?？偟膩碚f，計算機模擬分析在碳纖維復合材料的設計及制造中，起到了降低工藝成本、優(yōu)化設計、縮短設計周期及保證產品質量服務的關鍵作用。（3）低成本制造工藝的開發(fā)和應用低成本的制造成型技術在部件連接、整體成型、連續(xù)化成型、高效率成型等方面具有很高的技術壁壘。主要包括樹脂傳遞模塑成型（RTM）、樹脂膜融化成型（RFI）、真空灌注成型（VARI）等液體成型技術、共固化液體成型（co-LCM）技術、以熱隔膜成型為代表的預成型技術等。舉例來看，業(yè)內正積極探索的液體成型技術，其免除了將纖維制成預浸料，再切割成層片鋪疊成預型件的過程，擺脫了大投資的熱壓罐，工藝易于實現自動化，具有生產周期短、勞動力成本低、環(huán)境污染少、制造尺寸精確、外形光滑、可制造復雜產品等優(yōu)點。（4）產業(yè)化、大規(guī)模生產技術碳纖維復材生產工藝線長，單條生產線控制點都在1000個以上，各類參數間關聯度極大，生產線啟動往往需要10天以上產品質量才能穩(wěn)定下來。工藝過程包括溫濕度、濃度、黏度、流量、壓力、轉速、風速、電流等幾千個參數，需要高精度的自動化監(jiān)控和調節(jié)，其中一個環(huán)節(jié)出現問題，就會嚴重影響碳纖維復材產品的性能和質量的穩(wěn)定。產業(yè)化生產工藝不成熟是目前導致碳纖維復材產品質量不穩(wěn)定的主要原因。保障碳纖維復材長期連續(xù)、穩(wěn)定、工業(yè)化生產的技術壁壘高。2.碳纖維復材：2021年全球規(guī)模約200億美元，中國約占其中五成2.1.碳纖維&中間制品：2021年全球規(guī)模34億美元，中國約占其中四成2021年，全球碳纖維及中間制品市場規(guī)模約34億美元，航空航天、風電葉片、體育休閑合計占下游的66%。據賽奧碳纖維統(tǒng)計，2008-2021年，全球碳纖維及中間制品（預浸料+織物）需求總重量CAGR為9.5%，2021年達11.8萬噸，同比+10.4%。價值量方面，2021年，全球碳纖維及中間制品市場規(guī)模為34.0億美元，分下游來看，航空航天、風電葉片、體育休閑占比分別為35%、16%、15%，是最主要的三個應用領域。由于上世紀70年代出現的石油危機，碳纖維從此前的軍用航空航天結構向民用飛機滲透，在工業(yè)領域也因輕量化需求得到了推廣應用。根據市場規(guī)模與需求重量折算，全球碳纖維及中間制品的均價為28.9美元/kg，分下游來看，航空航天領域均價最高，達到72.0美元/kg，體育休閑、壓力容器、汽車等領域均價相近，在20-30美元/kg之間，風電葉片領域均價則相對較低，約16.8美元/kg。在航空航天和工業(yè)領域兩種不同需求的推動下，碳纖維產生了兩個不同的類型和發(fā)展方向，即以滿足航空航天領域需求的高性能前提下的低成本，和以滿足工業(yè)領域需求的低成本下的高性能，應用領域廣泛。2021年，中國碳纖維及中間制品市場規(guī)模約14.7億美元，約占全球市場的四成。2008-2021年，中國碳纖維及中間制品需求總重量CAGR為15.5%，2021年達到6.2萬噸。價值量方面，我們根據不同下游所需重量，以及各領域銷售均價，計算得到2021年市場規(guī)模為14.7億美元（注：此處與奧賽碳纖維報告中直接呈現的中國市場規(guī)模略有差異，為保持數據更好的一致性，我們使用了以上的計算方式），占全球市場的43%；分下游來看，體育休閑、風電葉片、碳碳復材、航空航天分別占33%、26%、10%、10%，合計約達八成，其中碳碳復材特別受益于中國光伏產業(yè)的快速發(fā)展，在航空航天中的應用也有望隨中國大飛機戰(zhàn)略產業(yè)的發(fā)展而更快提升?？傮w來看，一方面，中國內需市場大、工業(yè)門類眾多，另一方面，中國大飛機、新能源汽車等高端產業(yè)正蓬勃發(fā)展，中國碳纖維產業(yè)具有相當的降本潛力和廣闊的應用前景。2.2.碳纖維復材：2021年全球規(guī)模約200億美元，中國約占其中五成2021年，全球碳纖維復材市場規(guī)模約200億美元，不同下游復材均價梯度較原材料均價梯度更大，體現了不同領域復材設計&制造附加值的差異。據賽奧碳纖維統(tǒng)計，2021年全球碳纖維復合材料中，樹脂基+碳基市場份額超過80%，而且其在報告中簡化了表述，統(tǒng)一稱為樹脂基碳纖維復合材料，統(tǒng)計了全球、中國相應需求總重、市場規(guī)模、下游行業(yè)分布等數據。在2.2節(jié)中，我們以賽奧的統(tǒng)計數據為唯一來源，重點梳理碳纖維復材市場空間，且若無特殊說明，以“碳纖維復材”代指“以樹脂基及碳基作為基體的碳纖維復合材料”。2021年，全球碳纖維復材需求總重為18.2萬噸，市場規(guī)模約200億美元，分下游來看，航空航天、體育休閑、碳碳復材、風電葉片價值量占比分別為46%、20%、14%、5%，銷售均價分別為360、138、215、21美元/kg，前三者分別是風電葉片銷售均價的17、7、10倍，可見復雜結構的設計及制造附加值更高。2021年中國碳纖維復材市場規(guī)模約108億美元，約占全球五成。據賽奧碳纖維，2021年，中國碳纖維復材需求總重同比+28%為9.7萬噸，市場規(guī)模約為699億元，我們與全球市場統(tǒng)計單位保持統(tǒng)一，則折合約108億美元，約占全球市場五成。下游體育休閑、航空航天、碳碳復材（熱場材料）、風電葉片價值量分別占37%、31%、11%、8%。從均價來看，整體而言中國碳纖維復材與全球市場均價相近，但航空航天領域產品均價約是全球該領域均價的3倍，或體現了國外在高端領域對中國一定的價格策略和技術封鎖。我們認為，碳纖維在民用航空中的應用隨中國大飛機產業(yè)逐漸崛起有望更快發(fā)展，且相關產品技術含量與附加值高，壁壘深厚；風電葉片受益于中國新能源產業(yè)蓬勃發(fā)展正快速獲得應用；而軌道交通是中國優(yōu)勢產業(yè)之一，碳纖維復材有很好的輕量化作用，行業(yè)正積極探索相關應用，未來有望起量。我們將在第三章重點分析碳纖維復材在以上行業(yè)的應用和空間。3.碳纖維預浸料：碳纖維復材產業(yè)鏈中的核心環(huán)節(jié)碳纖維預浸料作為一種最常使用的中間體材料，其性能穩(wěn)定優(yōu)異，已逐漸成為碳纖維復材的主要工藝之一。隨著上游碳纖維和樹脂生產工藝和性能的優(yōu)化，以及下游碳纖維復材的蓬勃發(fā)展，碳纖維預浸料行業(yè)的市場規(guī)模也在不斷擴大，由2017年的18.04億元增長至2021年的45.94億元，CAGR為26.33%，保持了較高的市場增速。雖然碳纖維復合材料在整體性能和應用上顯示出很大優(yōu)勢，但高性能預浸料缺乏對基礎材料的研發(fā)，目前國內普遍使用的航空級預浸料仍主要依賴進口，鮮少有自主知識產權的高性能預浸料系統(tǒng)，而對基礎材料的研究是預浸料系統(tǒng)研究的奠基石，其決定了對碳纖維復材制品的最終性能。如何保證碳纖維的品質和樹脂基體的高性能與功能化是預浸料基礎材料研究的聚焦點。而預浸料行業(yè)的另一關注點則是其性能驗證，考察預浸料產品在工藝和制品上的應用往往從指標驗證開始，當預浸料產品性能達到使用要求后，再深層次地對其可靠性進行驗證。高端體育器材作為碳纖維預浸料驗證的先鋒，在指標驗證上發(fā)揮著重要作用。目前，國內的多家企業(yè)立足于預浸料系統(tǒng)研發(fā)和產品驗證。其中，晉飛科技的產品主要涉及高端體育領域，中航復材主要集中供應給航空航天領域，光威復材的預浸料業(yè)務主供風電領域，恒神股份的預浸料業(yè)務應用于航空航天、民用客機以及新能源汽車領域。中航復材：國內航空預浸料和航空部件制造的領頭羊，碳纖維復材賽道上的核心卡位企業(yè)。主要從事復合材料原材料（高性能樹脂及預浸料、蜂窩及芯材）、復合材料構件的研制、生產、銷售和服務，是中國航空復合材料研發(fā)工程化的核心力量。其預浸料種類繁多，主要涉及環(huán)氧、雙馬、聚酰亞胺等多種高性能樹脂，廣泛應用于飛機主、次承力結構部件，如用于機翼和尾翼制造的QY9511/QY9611/5429雙馬預浸料、用于航空發(fā)動機冷端結構的BMP316聚酰亞胺預浸料等。截至2021年底，其包括碳纖維預浸料在內的航空工業(yè)復材預浸料產品營收規(guī)模達到35.53億元。光威復材：風電用預浸料的龍頭供應商。專業(yè)從事碳纖維、碳纖維織物、碳纖維預浸料、碳纖維復合材料制品及碳纖維核心生產設備的研發(fā)、生產與銷售的高新技術企業(yè)，擁有碳纖維行業(yè)全產業(yè)鏈布局。光威復材的碳纖維預浸料產品主要是提供給風電行業(yè)的風電用碳纖維預浸料，在2021年的業(yè)務收入中碳纖維預浸料業(yè)務收入3.59億元，相對光威復材的碳纖維及碳纖維織物產品，碳纖維預浸料業(yè)務在光威的經營中占比較少。晉飛科技：高端體育用預浸料供應商。晉飛科技業(yè)務涉及軌道交通、醫(yī)療器械、工業(yè)裝備、體育休閑等高壁壘、高粘性、高附加值領域。其自主研發(fā)高水平的預浸料生產技術，可實現寬面密度范圍（20gsm→600gsm）的預浸料加工，晉飛科技生產的預浸料用途廣泛，主要用于高端體育器材和軌道交通領域，其開發(fā)的ST012系列碳纖維預浸料主要應用于釣魚竿、高爾夫球桿等高端體育休閑領域，主要面向全球頂級體育器材制造商日本SHIMANO、MIZUNO等。而其自主開發(fā)的ST007阻燃系列預浸料主要應用于軌道交通領域，其規(guī)格符合軌道交通EN45545阻燃標準。江蘇恒神：多系統(tǒng)、多領域預浸料供應商。預浸料產品主要應用于航空航天、交通、新能源、建筑補強、工業(yè)等領域。航空航天領域方面，其開發(fā)的EH918高溫中模預浸料已經完成自動化鋪絲工藝驗證，并完成后壓力框復合材料部件交付。針對風電、光伏、新能源汽車領域，江蘇恒神提高了在新能源汽車復合材料領域HF10J-24K碳纖維和EV101系列預浸料材料的供應能力，持續(xù)保持該領域內材料供應的領先優(yōu)勢；公司開發(fā)的HF30F-12K（T700級）碳纖維在2021年迅速實現對國外同等產品的替代工作，在風電碳板、光伏坩堝材料、氫能材料等領域實現應用。體育休閑市場方面，江蘇恒神積極支持高端體育自行車制造商，開發(fā)的EM123系列預浸料為客戶提供優(yōu)質穩(wěn)定的產品質量保證和供應。截至2021年底，恒神股份的碳纖維預浸料營收規(guī)模為3.90億元。4.碳纖維復材重要細分應用領域分析及空間測算4.1.民用航空：預計未來20年間，平均每年中國碳纖維復材市場規(guī)模約130億元碳纖維復合材料是大型整體化結構的理想材料，在飛機結構材料中的用量不斷提升。由于具有輕質量、高強度、抗疲勞、耐腐蝕、成型工藝性良好、成本低等特點，碳纖維復合材料在航空裝備上的大量應用可有效提高性能、減輕結構重量、降低運營成本、增強市場競爭力，因此在飛機結構中的應用越來越多。從20世紀80年代開始，碳纖維復合材料開始應用在客機上的非承力構件，在早期的A310、B757和B767上，碳纖維復合材料的占比1僅為5%-6%；隨著技術的不斷進步，碳纖維復合材料逐漸作為次承力構件和主承力構件應用在客機上，其質量占比也開始逐步提升，到A380時，復合材料占比達到23%；而B787和A350中，復合材料的用量達到了50%以上，有更多部件使用碳纖維，例如機頭、尾翼、機翼蒙皮等，使用量大大提升。在中國國產客機中，據中國商飛轉載人民日報報導，C919使用的復合材料占到飛機結構重量的12%，與中俄合作研制的280座遠程寬體客機CR929復合材料使用比例有望超過50%，其中復合材料主要就是碳纖維復合材料，以下測算中國民航飛機使用的碳纖維復材市場規(guī)模。據波音公司指出，在過去十年間，全球航空業(yè)的增長中大約25%來自中國，這一趨勢將在未來20年內持續(xù)下去。波音公司預測，未來20年中國航空公司將購買6450架單通道飛機和1590架寬體機。我們測算相應的碳纖維復材用量合計3.6萬噸，平均每年1788噸，若按2.2中統(tǒng)計的中國航空航天領域碳纖維復材單價1077美元/kg算，每年市場規(guī)模約19.3億美元，對應約130億人民幣市場規(guī)模。業(yè)內公司介紹光威復材：主要從事高性能碳纖維及復合材料研發(fā)和生產，現已發(fā)展成為中國民用及軍用碳纖維行業(yè)的龍頭企業(yè)。2021年，公司碳纖維及織物、碳梁、預浸料分別實現收入12.8、8.1、3.6億元，占總營收的比例分別為48.9%、31.0%、13.8%?；仡櫰湓诤娇蘸教祛I域的發(fā)展歷程，光威復材自2002年開始研制碳纖維；

2005年成為國內第一家實現碳纖維工程化企業(yè)，并開始了碳纖維的航空應用驗證；

經過三年數萬個樣次大量試驗驗證，至2008年初步實現航空用碳纖維國產化目標；2012年公司開始研制T800級碳纖維；2015年進一步開發(fā)了航空登機梯，向高端碳纖維復合材料的發(fā)展。據公司招股書，其GQ3522（T300級）產品在航空、航天等高端領域已應用十余年，為型號用國產碳纖維的主要供應商。目前，光威復材正著力推動T800級系列碳纖維產業(yè)化，是其儲備并驗證多年、尚未正式批產的下一代航空裝備用主力材料。4.2.風電：2025年全球風電領域碳纖維復材市場空間約140億元規(guī)模由于輕質和高強度的特點，碳纖維復合材料是目前滿足風電葉片性能要求的最佳選擇之一。傳統(tǒng)風電葉片廣泛采用的玻璃纖維復合材料，其抗拉強度為1000～2000MPa，密度在2.5g/cm3左右，性能已經趨于極限。相對之下，碳纖維復合材料抗拉強度高達3000～5000MPa,密度僅有1.6g/cm3。除了輕質和高強度外，碳纖維復材還具有高彈性模量、耐高低溫、耐腐蝕、耐疲勞等優(yōu)異特性。此外，通過采用氣動效率更高的薄翼型和增加葉片長度，能提高風能利用率和年發(fā)電量，從而降低綜合使用成本。尤其是近年來碳纖維行業(yè)采用大絲束碳纖維拉擠梁片工藝以降低成本，大絲束碳纖維及其復合材料價格下降，使得碳纖維在風電葉片領域用量急劇增加。碳纖維復合材料較多應用在風電葉片的關鍵部位，如主梁帽、蒙皮表面、葉片根部等。由于碳纖維價格比較高，考慮到葉片的制造成本，碳纖維只應用到葉片的一些關鍵部位。其中，主梁帽是風電葉片主承力結構的重要組成，將碳纖維應用于此可以最大限度的發(fā)揮其高剛性的特點，最大限度地減重而不過多地增加成本；蒙皮表面整體使用碳纖維，可以降低作用在內支撐梁上的受力和扭矩；碳纖維應用于葉片根部時，不僅可以提高根部材料的斷裂強度和承載強度，使施加在螺栓上的動態(tài)載荷減少，還可以增加根部法蘭處的螺栓數量，從而增加葉片和輪轂連接處的靜態(tài)強度和疲勞強度。目前24K及以上的碳纖維已經部分應用于葉片梁帽、葉根、蒙皮全表面，未來碳纖維及其復合材料在風電葉片領域必將廣泛使用。風電葉片呈大型化和輕量化趨勢，加速體現了碳纖維復合材料巨大的替換優(yōu)勢。葉片的掃風面積和葉片長度的平方成正比，發(fā)電功率隨著葉片大型化會得到迅速加強。同時，隨著長葉片捕風能力的增強，可以減少同等規(guī)模下所需的機組數量，降低風電項目的成本。目前玻璃纖維復合材料性能已經趨于極限，難以解決尺寸增大帶來的剛性不足的問題，而碳纖維可實現輕量化效果，同時保持了更加有益的剛性和強度。荷蘭戴爾弗理工大學研究表明，一個旋轉直徑為120米的風機的葉片，由于梁的質量超過葉片總質量的一半，梁結構采用碳纖維，和采用全玻纖的相比，重量可減輕40％左右，剛度則是玻璃纖維復合材料葉片的2倍。在發(fā)展更大功率風電機組和更長轉子葉片時，為了既進一步減少葉片質量，又同時滿足強度與剛度要求，采用性能更好的碳纖維復合材料是未來風電葉片的必然趨勢。2025年，全球風電行業(yè)碳纖維復材市場空間預計約140億元規(guī)模。全球迫切降低碳排放量前提下，風能將成為全球最大清潔能源之一。疊加風機葉片大型化、輕量化的趨勢，全球風電行業(yè)碳纖維市場空間仍將保持較快增長。目前碳纖維復材在風電行業(yè)使用滲透率約在25%，隨著滲透率的逐步提升，疊加全球風電裝機量高速增長。到2025年，預計全球風電行業(yè)碳纖維復材市場空間預計將達20.7億美元，對應約140億人民幣市場規(guī)模。光威復材：國內軍民融合碳纖維龍頭企業(yè)發(fā)力風電碳梁領域。光威復材是國內最早實施碳纖維國產化事業(yè)的民營企業(yè)，打破西方國家壟斷及封鎖，是中國航空航天領域碳纖維主力供應商。目前，風電領域成為中國碳纖維領域需求的關鍵力量，以碳梁為代表的新能源風電葉片應用場景成為公司深入民用領域的主要抓手。為繼續(xù)拓展碳梁業(yè)務，2019年7月，光威復材與內蒙古包頭相關政府、丹麥維斯塔斯公司等簽署協(xié)議，在包頭建設“萬噸級碳纖維產業(yè)化項目”。包頭一期產線4000噸，預計2022年建成投產，產品為低成本民用碳纖維，主要面向碳梁等領域。澳盛科技：成立于2002年，是一家專注碳纖維及其復合材料制品設計、研發(fā)、生產、銷售于一體的高新技術企業(yè)，致力于碳纖維的推廣和應用，是碳纖維行業(yè)的十大知名企業(yè)。澳盛科技成立之初，從事紡織化纖生產和銷售，2006年進行產品轉型升級，轉向碳纖維復合材料行業(yè)。當前，澳盛科技的碳纖維復合材料在運動休閑、建筑和橋梁加固、醫(yī)療器械、3C電子、風機葉片等行業(yè)具有自身獨特優(yōu)勢，并在汽車、軌道交通、工業(yè)裝備、新能源等領域進行前瞻性研究，業(yè)務涵蓋碳纖維編織、預浸、拉擠、纏繞、模壓及其他異形件加工等領域。公司共建有6個技術平臺，并和中科院寧波所、蘇州大學進行產學研合作。2020年，澳盛科技成為國內首個碳纖維用量超萬噸的企業(yè)，在國際上排名前列。4.3.軌交：預計2025年中國軌交用碳纖維復材市場空間將超37億元鐵路車輛近200年發(fā)展歷史中，車體結構隨材料發(fā)展不斷迭代。鐵路車輛發(fā)展的近200年中，車體結構隨材料的發(fā)展經歷了木制車體結構、碳鋼車體結構、不銹鋼車體結構、鋁合金車體結構和新型輕量化復合材料車體結構等幾個階段1：

（1）最早的鐵路車輛采用木制車體，底架和車身均由木材制成。木制車體結構安全性和穩(wěn)定性都無法得到保障，但在軌道交通領域卻持續(xù)了幾乎100年。（2）鋼材質階段經歷了碳素鋼、耐候鋼到不銹鋼的材料發(fā)展過程，主要因其耐候性能的提高及工藝技術的不斷成熟，能夠實現車體質量更輕、可靠性更高和壽命更長。（3）隨著鋁合金大型中空擠壓型材的開發(fā)及焊接技術的改進，組裝和焊接件的數量減少，用工量減少40%，車體自重較鋼制車體降低30%。（4）碳纖維復合材料具有比鋁合金更高的比強度、更優(yōu)異的耐腐蝕性和耐疲勞性能，通過合理優(yōu)化結構設計，減重效果可達30%以上，可實現增速節(jié)能；通過一體化成型工藝設計，可以減少零件連接，降低用工量，提高制造效率和工藝穩(wěn)定性，提升安全可靠性。碳纖維復合材料使用滲透率逐步提升，從非承載件向主承載件滲透。目前碳纖維復合材料在軌道交通車輛應用的技術路徑主要從非承載件如頂板、側墻、座椅、內飾燈到次承載件如設備艙、前端頭罩、司機室外殼再到主承載件如轉向架、車體、車鉤緩沖等。（1）車頭與司機室。湖南省復合材料工程術中心研發(fā)與制造的復合材料車頭端蓋,已經成功應用于“藍箭”動車組和“中華之星”高速列車。1

（2）中間車車體。中車青島四方機車車輛股份有限公司2018年9月發(fā)布了CETROVO新一代碳纖維地鐵車輛,其車體與司機室均使用碳纖維復合材料制成。2

（3）轉向架。英國ELG公司研制生產一種CFRP轉向架構架，性能比GFRP

（玻璃纖維）更加優(yōu)越。中車南京浦鎮(zhèn)車輛有限公司2016年試制了209P轉向架,用CFRP實現了批量裝車運行考核,目前已安全運營超過100萬公里。3

（4）其他零部件。德國福伊特公司研制CFRP過渡車鉤,結構極其緊湊,總質量僅為鋼鐵過渡車鉤的50％；中車長春軌道客車股份有限公司使用碳纖維復合材料做成車頂,性能可以和傳統(tǒng)車頂基本保持一致,質量僅為傳統(tǒng)車頂的50％左右。除此之外,碳纖維復合材料在車廂內飾件應用也非常廣泛。主要的部位有車門、車窗、座椅、集便箱、臥鋪、行李架、空調風道等。在地鐵車輛的軌線設施中，電纜支架、疏散平臺、DCI500V供電軌的支座及防護構件、復合軌枕等部位均有碳纖維復合材料的參與。碳纖維復合材料可以滿足軌道交通車輛的多重設計指標，具有高強度、高模量、耐疲勞等特點。碳纖維復合材料具有高強度、高模量、耐疲勞性能好、低密度、蠕變量小和耐腐蝕等多種綜合性能，可以滿足軌道交通車輛的對高力學強度、減振降噪、碰撞吸能、耐疲勞、耐環(huán)境腐蝕等的要求1。（1）比強度好，比模量高。碳纖維復合材料的比強度約為鋁合金的7.3倍，比模量約為鋁合金的3.2倍，用碳纖維復合材料制作軌道車輛部件可在保證強度、剛性的同時有效減輕車體重量，降低能耗。（2）耐疲勞性能好。一般鋁合金或鋼材的疲勞強度約為靜態(tài)強度的50%，而碳纖維復合材料則高達90%，因此其可以應用在經常受交變載荷作用的軌道車輛，從而大大提高部件的安全性和穩(wěn)定性。（3）耐腐蝕性能好。碳纖維復合材料具有良好的耐腐蝕性，能很好地解決室外濕熱、鹽霧等惡劣環(huán)境對金屬等材料產生的腐蝕問題，從而延長車輛使用壽命，降低維修成本。（4）尺寸穩(wěn)定性好。碳纖維復合材料的熱膨脹系數幾乎為0，常溫下是負值，所以在正常的使用溫度范圍內尺寸相對比較穩(wěn)定，不會因溫度的急劇變化而產生明顯形變。軌道車輛車體結構材料正在更迭，碳纖維復材有望成為下一代主導材料。傳統(tǒng)列車車身最初廣泛采用普通碳素鋼、耐候鋼、不銹鋼，到現在“復興號”廣泛應用鋁合金，車身質量重，能源消耗大，不利于列車的運轉和提速。此外，金屬易受腐蝕，需要定期維護，增加了運營成本。據復材網報道，與采用鋼、