樹脂基碳纖維復(fù)材在航空、低空領(lǐng)域應(yīng)用分析

樹脂基碳纖維復(fù)材在航空、低空領(lǐng)域應(yīng)用分析1、碳纖維復(fù)合材料以樹脂基復(fù)合材料（CFRP）為主碳纖維復(fù)合材料由基體材料和碳纖維增強(qiáng)材料復(fù)合而成，通過基體材料和碳纖維在性能上互相取長補(bǔ)短，產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，碳纖維復(fù)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(fù)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(qiáng)度/(107cm)比模量/(109cm)抗拉強(qiáng)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(qiáng)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(fù)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(fù)合材料以樹脂基復(fù)合材料（CFRP）為主，占全部碳纖維復(fù)合材料市場份額的90%以上。碳纖維復(fù)合材料的分類分類子分類特點(diǎn)應(yīng)用領(lǐng)域樹脂基復(fù)合材料（CFRP）熱固性樹脂（TS）強(qiáng)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(jié)構(gòu)材料（環(huán)氧樹脂基）、釣漁竿、建筑補(bǔ)強(qiáng)等熱塑性樹脂（TP）耐濕熱、強(qiáng)韌、優(yōu)良的成型加工性碳/碳復(fù)合材料（C/C）由碳纖維及其制品（碳布等）增強(qiáng)的復(fù)合材料低密度、耐燒蝕、抗熱震、高導(dǎo)熱、低膨脹、摩擦磨損性能優(yōu)異導(dǎo)彈彈頭、固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴管、航天飛機(jī)、飛機(jī)剎車盤、人工骨骼等金屬基復(fù)合材料（CFRM）錒、鋁、鎳、銅高比強(qiáng)度、高比模量、優(yōu)異的疲勞強(qiáng)度宇航結(jié)構(gòu)材料、汽車、鐵道、機(jī)械等陶瓷基復(fù)合材料（CFRC）—改善韌性、提高機(jī)械沖擊/熱沖擊性發(fā)動(dòng)機(jī)高溫部件等橡膠基復(fù)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(fù)材應(yīng)用市場：武器裝備、商用航空和低空經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域成長空間廣闊近幾年，隨著“碳中和、碳達(dá)峰”戰(zhàn)略的提出，碳纖維最主要的下游領(lǐng)域——風(fēng)電行業(yè)快速崛起，需求端也日益旺盛。數(shù)據(jù)顯示，2023年，我國碳纖維運(yùn)行產(chǎn)能為14.08萬噸，比上年增長25.7%，已經(jīng)接近全球碳纖維產(chǎn)能的半壁江山。然而，需求端表現(xiàn)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(dǎo)致碳纖維廠商庫存高企。樹脂基碳纖維復(fù)材應(yīng)用市場來看，體育休閑和風(fēng)電葉片為國內(nèi)碳纖維復(fù)材需求量最大的兩個(gè)領(lǐng)域，合計(jì)需求占比超過50%，航空航天領(lǐng)域碳纖維復(fù)材需求量占比11%，達(dá)到1.23萬噸。3、釣魚竿是體育休閑領(lǐng)域樹脂基碳纖維復(fù)材最大應(yīng)用領(lǐng)域具體來看，體育休閑領(lǐng)域是碳纖維復(fù)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(yīng)用呈增加態(tài)勢。在體育休閑領(lǐng)域中，對碳纖維需求量最大的方向?yàn)獒烎~竿，其次為高爾夫球桿，兩者占體育休閑領(lǐng)域碳纖維需求量的60%左右。4、軍用武器裝備復(fù)合材料用量持續(xù)提升，帶動(dòng)樹脂基碳纖維復(fù)材需求增長碳纖維復(fù)材用量已成為衡量軍用裝備先進(jìn)性的重要標(biāo)志。在航空航天領(lǐng)域，降低裝備重量、改善武器裝備的機(jī)動(dòng)性能、提高戰(zhàn)斗力以及降低成本，是使用復(fù)合材料最直接的目的。在飛機(jī)上，碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)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(yīng)用于主要承力部件。航天領(lǐng)域，導(dǎo)彈提高復(fù)合材料用量可以實(shí)現(xiàn)輕量化，可以提高有效載荷或增加導(dǎo)彈射程，戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈每減輕1kg，可使射程提升15km。國內(nèi)四代機(jī)殲-20的復(fù)合材料用量已經(jīng)達(dá)27%，無人機(jī)彩虹4和翼龍-1E的復(fù)合材料比重達(dá)80%左右。裝備中復(fù)合材料用量有望持續(xù)提升，國內(nèi)先進(jìn)武器裝備量產(chǎn)有望推動(dòng)樹脂基碳纖維復(fù)材行業(yè)需求較快增長。5、低空領(lǐng)域有望成為樹脂基碳纖維復(fù)材行業(yè)需求增長點(diǎn)在低空領(lǐng)域，eVTOL基本上選用樹脂基碳纖維復(fù)材作為主要機(jī)體結(jié)構(gòu)。eVTOL的復(fù)材用量占比達(dá)70%以上，用于包括機(jī)身、電池盒、槳葉、座椅等結(jié)構(gòu)件。其中，超90%的復(fù)材為碳纖維復(fù)材，約10%的復(fù)材以保護(hù)膜的形式使用玻璃纖維增強(qiáng)。目前，市場主體以及國資平臺(tái)積極探索低空經(jīng)濟(jì)各類場景的創(chuàng)新突破。如在載貨場景，順豐集團(tuán)旗下豐翼科技已在深圳常態(tài)化運(yùn)營部分航線，重點(diǎn)聚焦快遞件及醫(yī)療物資；美團(tuán)開通由商場至周邊社區(qū)的航線，配送餐飲、藥品、電子消費(fèi)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(yàn)等場景積極試點(diǎn)，如小鵬匯天X2整機(jī)重560千克，機(jī)身部分由100多個(gè)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(jī)批量應(yīng)用于電力巡檢工作。因此，乘東風(fēng)而起，借市場之勢直上，2022年我國低空經(jīng)濟(jì)市場規(guī)模已達(dá)4000億元，預(yù)計(jì)2023年、2024年市場規(guī)模將達(dá)4633億元、5030億元，有望成為樹脂基碳纖維復(fù)材需求增長點(diǎn)。我國低空經(jīng)濟(jì)探索情況場景探索情況載貨針對固定航線、固定時(shí)刻的快遞場景，順豐集團(tuán)旗下豐翼科技已在深圳常態(tài)化運(yùn)營部分路線，重點(diǎn)聚焦快遞件及包括疫苗、血清等醫(yī)療物資，實(shí)現(xiàn)中轉(zhuǎn)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(shí)刻的外賣配送場景，美團(tuán)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(fèi)品等物資，截止今年5月在深圳、上海常態(tài)化運(yùn)營15條航線，累計(jì)完成超過單量達(dá)十萬級(jí)。載人作為直升機(jī)運(yùn)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(shè)與管理運(yùn)行機(jī)場達(dá)30個(gè)以上，不斷延伸業(yè)務(wù)至跨境、商務(wù)、城際、游覽、應(yīng)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(yàn)等場景試點(diǎn)，而根據(jù)億航的EH216