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碳纖複合材料應用持續升溫 亞洲擁政策、資金與市場優勢

已更新:6月28日

 

碳纖維複合材料是一種由碳纖維和基體材料組成的先進結構材料。碳纖維具有質量輕、高強度和高剛性的特性,而基體材料通常為聚合物樹脂,如環氧樹脂。這些材料相互作用,形成了一種性能優越且應用廣泛的複合材料。碳纖維複合材料的優點包括:質量輕、高強度、高剛性、抗腐蝕、高溫穩定性、設計靈活性、高電絕緣性和環保性。


根據Global Market Insights報告,預計2022年至2030年將以6%的年複合增長率增長,主要應用於航空、風能和汽車領域,如圖1所示。隨著這些產業的發展,碳纖維的市場需求也在不斷增加。此外,碳纖維在建築和基礎設施領域也具有很大的潛力,可以用於製造強化材料,增加結構的安全性和耐久性。


圖1 碳纖複合材料市場(資料來源:Global market insights)

 

碳纖複合材料可以分為熱固性和熱塑性兩種類型。熱固性碳纖複合材料是由碳纖維增強物質和熱固性樹脂(如環氧樹脂)組成的。這種材料在製造過程中需要加熱固化,因此製程比較複雜和耗時。一旦固化,熱固性材料就不可再加工或重新塑造,這限制了其可塑性。熱塑性碳纖複合材料是由碳纖維增強物質和熱塑性聚合物(如PP或PA6)組成的。這種材料在受熱後可以變軟並重新塑造,具有再加工和可回收的能力,這有助於減少廢棄物和資源浪費。此外,熱塑性碳纖複合材料也比較容易塑型,適合需要特殊形狀的應用。隨著市場對於回收與減碳的需求,熱塑碳纖在未來市場成長趨勢可期,依據Profshare market research報告,碳纖熱塑複合材料市場規模將從2019年35億美元預計到2027年達到85億美元,複合年增長率為11.4%,如圖2。



圖2 熱塑碳纖市場規模預估(資料來源:Profshare market research)

 

碳纖維近年來應用於交通載具有越來越廣泛的趨勢,早期應用於航空產業,使用碳纖維可以減輕機身的重量,提高燃油效率,同時具有足夠的機械強度和結構穩定性。碳纖應用於飛機機身結構、機翼和尾翼、起落架、飛機推進系統、內部組件,如座椅框架、內飾板、飛機的內部裝潢等。波音777X系列和787型飛機,機身複合材料的用量都達到了50%。波音777X飛機的主翼由碳纖複材製成,其翼展長約72 m。碳纖複材機翼不僅強度高、柔性好,且末端可折疊,同時可滿足機場的停機需求。

車輛製造業如BMW、保時捷等國際大廠也紛紛投資了碳纖維成型設備來用於生產,此一行徑也將加速碳纖維製程邁入自動化的技術開發,相關零組件生產商,也都競相投入複合材料製作開發。BMW汽車7系列中,在B柱、車頂縱梁/前橫樑、門檻梁、中央通道及C柱採用了碳纖維與高強鋼結合的方式,來強化車身剛性並減少整體重量,不但可以增強車輛安全性,更可以降低能源消耗。Mercedes-Benz將碳纖維複合材質大量運用在車體前段、座艙、車門與後段等車身結構上,僅引擎室與懸吊結構保留鋁合金材質,在車體技術上運用高強度碳纖維複合材料,將分別比起運用鋁合金與鋼材達到減重30%與 50%的輕量化效益。

 

中國產業概況:

根據產業專家表示,近來中國的碳纖維行業有望迎來爆發式增長,有以下因素:

1.  有利政策出台 2023年以來,低空經濟相關政策頻繁出台。目前深圳、珠海、合肥、蕪湖、蘇州等城市已經制定實施方案,產業發展有望加速。在政策推動下,低空經濟發展加速。碳纖維複合材料因質量輕、高強度等特點成為無人機主力結構件材料。其中,eVTOL作為低空經濟的重要載體之一,其主流的設計方案均採用碳纖維作為主要機身結構材料。

根據德邦證券測算,單台eVTOL對碳纖維的需求在100公斤至400公斤之間,有望拉動千噸級需求。中信證券研報顯示,低空經濟產業鏈長、輻射範圍廣,上遊主要為構建各類低空產品的原材料,包括金屬原材料、特種橡膠與高分子材料等。隨著碳纖維複合材料性能的不斷提升和成本降低,預計未來碳纖維將在更多行業發揮關鍵作用,特別是在輕量化和環保方面的需求將推動碳纖維應用進一步增長。

2.  大量資金湧入

根據《2023年全球碳纖維複合材料市場報告》,2023年,中國碳纖維運行產能為14.08萬噸,比去年增長25.7%。進入2024年,國內碳纖維產能持續增長。據百川盈孚統計,今年一季度中國碳纖維新增產能6800噸/年,同比增長33.4%,環比增長5.66%。

光威覆材董事長盧釗鈞認為,低端碳纖維材料很快將進入紅海市場。「作為頭部企業,破局之路的關鍵在於全產業鏈布局及產品質量提升。」  

3.  市場前景看好

面對低空經濟帶來的巨大市場前景,國內碳纖維產業繼續擴張。「近期,碳纖維國產化方面取得顯著進展,尤其是在高性能碳纖維領域。隨著國內技術突破和產能擴張,國產碳纖維會逐漸替代進口產品,市場認可度將進一步提升。」業內專家表示。中商產業研究院預計,2024年中國碳纖維市場規模將達到171.4億元。隨著中國碳纖維產業崛起,實現自主可控。

在輕量化、材料強度、模量等方面,碳纖維複合材料較傳統合金及其他覆合材料具備明顯優勢。前期市場拓展相對受限於價格較高,隨著碳纖維成本降低,其應用領域將進一步拓寬。

 

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