樹脂基碳纖維復材在航空、低空領域應用分析

樹脂基碳纖維復材在航空、低空領域應用分析1、碳纖維復合材料以樹脂基復合材料（CFRP）為主碳纖維復合材料由基體材料和碳纖維增強材料復合而成，通過基體材料和碳纖維在性能上互相取長補短，產生協(xié)同效應，碳纖維復合材料的綜合性能優(yōu)于原組成材料而滿足各種不同的要求。常用碳纖維復合材料與部分金屬材料性能對比材料名稱密度/(g·cm-3)比強度/(107cm)比模量/(109cm)抗拉強度/MPa拉伸模量/Gpa鋁2.640.120.2740072鋼7.810.090.261000210鈦4.500.200.25900116玻璃鋼2.00.530.20106040碳纖維（IM6）1.800.27127.84900230高強碳纖維/環(huán)氧1.560.910.811420126高模碳纖維/環(huán)氧1.600.661.471050235碳纖維復合材料中，基體材料以樹脂基為主，市場份額占比90%以上?；w材料分為金屬和非金屬兩大類，金屬基體常用的有鋁、鎂、銅、鈦及其合金，非金屬基體主要有合成樹脂、橡膠、陶瓷、石墨、碳等。目前，碳纖維復合材料以樹脂基復合材料（CFRP）為主，占全部碳纖維復合材料市場份額的90%以上。碳纖維復合材料的分類分類子分類特點應用領域樹脂基復合材料（CFRP）熱固性樹脂（TS）強度、剛度高；酚醛樹脂基耐熱性好宇宙飛行器外表面防熱層及火箭噴嘴（酚醛樹脂基）、航空航天結構材料（環(huán)氧樹脂基）、釣漁竿、建筑補強等熱塑性樹脂（TP）耐濕熱、強韌、優(yōu)良的成型加工性碳/碳復合材料（C/C）由碳纖維及其制品（碳布等）增強的復合材料低密度、耐燒蝕、抗熱震、高導熱、低膨脹、摩擦磨損性能優(yōu)異導彈彈頭、固體火箭發(fā)動機噴管、航天飛機、飛機剎車盤、人工骨骼等金屬基復合材料（CFRM）錒、鋁、鎳、銅高比強度、高比模量、優(yōu)異的疲勞強度宇航結構材料、汽車、鐵道、機械等陶瓷基復合材料（CFRC）—改善韌性、提高機械沖擊/熱沖擊性發(fā)動機高溫部件等橡膠基復合材料（CFRR）—改善熱疲勞性、提高使用壽命管材、耐磨襯輪、特殊密封件等2、樹脂基碳纖維復材應用市場：武器裝備、商用航空和低空經濟領域成長空間廣闊近幾年，隨著“碳中和、碳達峰”戰(zhàn)略的提出，碳纖維最主要的下游領域——風電行業(yè)快速崛起，需求端也日益旺盛。數據顯示，2023年，我國碳纖維運行產能為14.08萬噸，比上年增長25.7%，已經接近全球碳纖維產能的半壁江山。然而，需求端表現不佳，2023年碳纖維需求量比2022年的7.44萬噸反而下降7.2%，這也導致碳纖維廠商庫存高企。樹脂基碳纖維復材應用市場來看，體育休閑和風電葉片為國內碳纖維復材需求量最大的兩個領域，合計需求占比超過50%，航空航天領域碳纖維復材需求量占比11%，達到1.23萬噸。3、釣魚竿是體育休閑領域樹脂基碳纖維復材最大應用領域具體來看，體育休閑領域是碳纖維復合材料的重要市場。近年來，釣魚竿、高爾夫球桿、自行車、球拍、曲棍球棍、滑雪板、賽艇等各類中高端體育休閑用品中碳纖維的應用呈增加態(tài)勢。在體育休閑領域中，對碳纖維需求量最大的方向為釣魚竿，其次為高爾夫球桿，兩者占體育休閑領域碳纖維需求量的60%左右。4、軍用武器裝備復合材料用量持續(xù)提升，帶動樹脂基碳纖維復材需求增長碳纖維復材用量已成為衡量軍用裝備先進性的重要標志。在航空航天領域，降低裝備重量、改善武器裝備的機動性能、提高戰(zhàn)斗力以及降低成本，是使用復合材料最直接的目的。在飛機上，碳纖維復合材料的應用從非承力部件，過渡到垂直尾翼、水平尾翼及方向舵等一些非主要承力部件，到目前可以應用于主要承力部件。航天領域，導彈提高復合材料用量可以實現輕量化，可以提高有效載荷或增加導彈射程，戰(zhàn)術導彈每減輕1kg，可使射程提升15km。國內四代機殲-20的復合材料用量已經達27%，無人機彩虹4和翼龍-1E的復合材料比重達80%左右。裝備中復合材料用量有望持續(xù)提升，國內先進武器裝備量產有望推動樹脂基碳纖維復材行業(yè)需求較快增長。5、低空領域有望成為樹脂基碳纖維復材行業(yè)需求增長點在低空領域，eVTOL基本上選用樹脂基碳纖維復材作為主要機體結構。eVTOL的復材用量占比達70%以上，用于包括機身、電池盒、槳葉、座椅等結構件。其中，超90%的復材為碳纖維復材，約10%的復材以保護膜的形式使用玻璃纖維增強。目前，市場主體以及國資平臺積極探索低空經濟各類場景的創(chuàng)新突破。如在載貨場景，順豐集團旗下豐翼科技已在深圳常態(tài)化運營部分航線，重點聚焦快遞件及醫(yī)療物資；美團開通由商場至周邊社區(qū)的航線，配送餐飲、藥品、電子消費品等物資。在載人場景，以億航、小鵬匯天為首的eVTOL企業(yè)在景區(qū)體驗等場景積極試點，如小鵬匯天X2整機重560千克，機身部分由100多個碳纖維零件制成，重量僅為85千克。在城市管理場景，大疆不斷探索與供電局、公安局等部門合作，將無人機批量應用于電力巡檢工作。因此，乘東風而起，借市場之勢直上，2022年我國低空經濟市場規(guī)模已達4000億元，預計2023年、2024年市場規(guī)模將達4633億元、5030億元，有望成為樹脂基碳纖維復材需求增長點。我國低空經濟探索情況場景探索情況載貨針對固定航線、固定時刻的快遞場景，順豐集團旗下豐翼科技已在深圳常態(tài)化運營部分路線，重點聚焦快遞件及包括疫苗、血清等醫(yī)療物資，實現中轉場和單元區(qū)域之間、醫(yī)院與檢測中心直飛。針對固定航線、不固定時刻的外賣配送場景，美團也以核心商圈為中心，開通由商場至周邊社區(qū)的航線，配送餐飲、藥品、電子消費品等物資，截止今年5月在深圳、上海常態(tài)化運營15條航線，累計完成超過單量達十萬級。載人作為直升機運營方的各通航企業(yè)不斷拓展航線及飛行架次，如東部通航建設與管理運行機場達30個以上，不斷延伸業(yè)務至跨境、商務、城際、游覽、應急等眾多場景；而以億航、小鵬匯天為首的eVTOL企業(yè)也積極在景區(qū)體驗等場景試點，而根據億航的EH216