碳纤维复材主要应用于航空航天、风电叶片、体育休闲等领域
思瀚产业研究院 中邮    2024-10-18

全球碳纤维复材需求量呈持续增长趋势，2023 年需求量短期下滑。2023 年，全球碳纤维复材需求 17.69 万吨，较 2022 年 20.77 万吨下滑 15%；全球碳纤维复材收入 229.6 亿美元，较 2022 年 262.1 亿美元减少 12%。

需求量下滑主要由于风电叶片和体育休闲等领域需求减少，2023 年，风电叶片领域碳纤维复材需求3.08 万吨，同比下降 42%；体育休闲领域碳纤维复材需求 2.89 万吨，同比下降22%。航空航天军工领域，碳纤维复材需求复苏、价格上涨，2023 年需求 3.38 万吨，同比增长 9%。

碳纤维复合材料主要应用于航空航天军工、风电叶片、体育休闲、压力容器等领域。2023 年，全球树脂基碳纤维复材需求约 17.69 万吨，其中，航空航天军工领域 3.38 万吨，占比 19%，风电叶片领域 3.08 万吨，占比 17%，体育休闲领域 2.89 万吨，占比 16%。航空航天军工领域，碳纤维复材性能要求高，价值量高。从市场规模看，2023 年，全球树脂基碳纤维复材市场规模 229.6 亿美元，其中，航空航天军工领域市场规模 146.2 亿美元，占比 64%，体育休闲领域市场规模 35.9 亿美元，占比 16%，风电叶片领域市场规模 6.2 亿美元，占比 3%。

航空航天领域

碳纤维复合材料在航空航天领域的应用包括用于商用飞机、无人机、军用飞机以及公务机、直升机等各类飞机。根据《2023 全球碳纤维复合材料市场报告》，碳纤维复材在航空航天领域的应用中，商用飞机应用占主要份额，占比达到 36%，军用飞机应用占比 21%，无人机应用占比达 18%。

商用飞机方面，复合材料已在商用飞机最主要受力部件包括机翼、机身部位得到应用，并伴随着客机的升级换代，用量逐步提升。波音 787 和空客 A350 的碳纤维复材用量超过 50%。国内，大飞机 C919 上，碳纤维复材的结构重量占比12%，宽体客机 C929 碳纤维复材用量或将超过 50%，达到世界先进水平。

军用飞机方面，上世纪七十年代中期，碳纤维复材在军机尾翼的垂直尾翼、水平尾翼等部件开始逐步使用，如 F-15、F-16、Mig-29、幻影 2000、F/A-18 等军机。之后，开始在机翼、机身等主要受力构件上使用碳纤维复材，如 AV-8B、B-2、F/A-22、F/A-18E/F、F-35、阵风、JAS-39、台风、Su-37 等。我国第三代战机歼-10 的鸭翼结构，歼-11B 的机翼外翼段、水平尾翼和垂直尾翼及歼-20 的机身、机翼、垂直尾翼、进气口以及鸭翼上均使用了碳纤维复合材料。我国歼20 战机复材用量占比 27%。

无人机方面，碳纤维复材在各类型无人机中已有广泛应用。例如，美国先进RQ-4 全球鹰无人侦察机的机翼、尾翼、发动机短舱、后机身都是由碳纤维复合材料制造；AAI 公司影子无人机的机身使用碳纤维增强环氧树脂复材,尾翼使用碳纤维或芳纶纤维增强环氧树脂复材,机翼由碳纤维增强环氧树脂复材面板-蜂窝夹层结构制造。我国彩虹 4 无人机除主梁外都是由复合材料制成的,复合材料用量占比达 80%；翼龙-1E 的复合材料用量占比也达到 80%以上。

碳碳复材

碳碳复材主要有飞机刹车盘、航天零部件以及光伏热场部件三大下游市场。飞机刹车盘的全球市场随着民航飞机转运量提升而稳步增长，国内市场有望随着民航飞机刹车盘国产化实现更快增速。飞机刹车盘制造商包括法国的Messier-Bugatti 公司、美国的 Honeywell 公司、B.F. Goodrich 公司、Goodyear公司和英国的 Dunlop 公司，国内飞机刹车盘制造商包括北摩高科、西安制动、博云新材等。

航天零部件市场上，碳碳复材以其耐高温性能，用于大型固体火箭喉衬、发动机的喷管、扩散段、端头帽等，以及战略导弹弹头端头、空气舵等关键热端部件。光伏热场领域，碳碳复合材料用于单晶长晶、拉制中的热场部件，主要包括坩埚、导流筒、保温筒、加热器等部件。从事碳碳复合热场材料的企业包括德国的 SGL 公司、日本的东海碳素公司、国内的金博股份、天宜上佳、西安超码、美兰德、隆基绿能等。

体育休闲

体育休闲领域是碳纤维复合材料的重要市场。近年来，钓鱼竿、高尔夫球杆、自行车、球拍、曲棍球棍、滑雪板、赛艇等各类中高端体育休闲用品中碳纤维的应用呈增加态势。在体育休闲领域中，对碳纤维需求量最大的方向为钓鱼竿，其次为高尔夫球杆，两者占体育休闲领域碳纤维需求量的 60%左右。2022 年，全球体育休闲领域碳纤维复材需求量 3.69 万吨，2023 年需求量受降库存影响降至2.89 万吨。

压力容器

碳纤维复合材料压力容器以轻量化、耐疲劳、耐腐蚀、强度高等优点，大量应用在储气、储能装置领域。与传统的全金属压力容器相比，碳纤维复合材料压力容器可设计性强的同时，质量更轻、承载力更强，能够使用自动化纤维缠绕设备实现批量生产。

目前，航天航空领域中，航天飞船及其系统的各种复合材料压力容器已成为火箭发动机的液体储存装置和空间站宇航员的生命保证气体供应系统。民用领域中，上世纪 90 年代以来，复合材料压力容器已逐步成为民用压力容器的主流产品，在加氢站已广泛利用复合材料压力容器进行高压储氢。东丽预测，到 2025 年压力容器领域碳纤维需求量将突破 2 万吨,到 2030 年全球压力容器领域碳纤维需求将超过 8 万吨，增长趋势强劲。

风电叶片

风力机叶片是风能发电机的核心部件，在工作中要承受多种外部环境的影响，因此要求叶片材质具有良好的强度、刚度和韧性以及抗风沙、抗冲击、耐腐蚀等性能。目前，纤维增强复合材料在风力机叶片上得到了广泛的应用，包括玻璃纤维增强热固性树脂复合材料和碳纤维增强复合材料。碳纤维在风电叶片中的主要应用部位为主梁。

与玻璃纤维相比，碳纤维密度小、强度高、模量高出 3-8 倍，在风力发电机叶片中的应用，能够提高叶片刚度、降低重量；提高抗疲劳性能；使风机的输出功率更平滑更均衡，风能利用效率提高；可制造低风速叶片和自适应叶片。在满足刚度和强度要求下，相比玻璃纤维复合材料，碳纤维复合材料在可减轻 30%左右。但是，碳纤维复材价格昂贵，是是玻璃纤维的 10 倍，限制了其在风力发电上的应用范围。

据美国 Sandia 国家实验室预测，随着叶片长度增长，碳纤维主梁的渗透率提升。当叶片长度大于 70m 时，碳纤维的渗透率达到 55%。随着叶片向大型化发展，碳纤维的市场渗透率有望进一步提高。

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