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              中外碳纖維復合材料市場應用對比
              發布者:鴻興電力  發布時間:2021/1/3 14:52:37  閱讀:63次 【字體:

              在《中國制造2025》中,碳纖維被列入關鍵戰略材料。根據規劃,到2020年國產碳纖維用量將達到4000噸以上,到2025年高性能碳纖維基本實現自主保障。隨著政府政策的支持、國內碳纖維產業技術水平的不斷進步與產業鏈的完善,對標國際目前碳纖維產業分布,碳纖維有望在多領域實現快速發展。

                     航空航天:軍機、民機碳纖維滲透率提升

                     現代碳纖維材料始于軍用,目前航空航天為重要應用領域。碳纖維復合材料是大型整體化結構的理想材料。與常規材料相比,碳纖維復合材料可使飛機減重 20%-40%,并有能力克服金屬材料容易出現疲勞和被腐蝕的缺點,增強了飛機的耐用性;復合材料的良好成型性可以使結構設計成本和制造成本大幅度降低。在軍用航空領域得到了廣泛應用和快速發展,碳纖維復材滲透率不斷上升。

                     軍用單機碳纖維滲透率不斷提升。美國由于碳纖維行業起步早、技術水平較高,目前軍機應用碳纖維比例都處于較高水平。前瞻產業研究院的研究結果顯示,以美國F-22和F-35為代表的第四代戰斗機上碳纖維復合材料用量就分別達到了24%和36%,美國新型軍用運輸機ACCA整個飛機機體復合材料比例甚至高達65%,整機減重甚至可達25%以上。而我國現役的第三代戰斗機碳纖維占比與第四代戰機30%的平均碳纖維用量與美國相比仍有較大差距,我軍碳纖維單機比例仍有巨大提升空間。隨著軍機的更新換代,中國軍機碳纖維復材使用比例也逐漸提升,殲20碳纖維復材比例就已經從殲11的10%提升到了27%。


                     軍機向三代 、四代為主體轉變,帶動碳纖維復材新增長。據《World Air Force 2019》的數據,2018年全球軍用飛機總數約為53953架,其中美國在役軍用飛機機隊13398架,占同期全球軍機總量的24.83%,排名第一;中國軍用飛機3187架,占同期全球軍機總量的5.91%,較去年同期增長151架,排名第三。其中,我國目前戰斗機數量為美國同期的一半左右,運輸機、加油機、直升機、教練機等軍機數量都遠遠落后于美國,且約半數的軍用飛機機型較為落后,服役時間長久,面臨退役,裝備建設急需提速。未來我國將逐漸淘汰二代機,以三代機為主體向四代機轉變,形成以三代、四代戰斗機為主的新一代空戰力量,新機的交付為軍用飛機制造業帶來了機遇,也將拉動對高端碳纖維復合材料的需求。隨著軍機批產上量,以及單機碳纖維比例的逐步提升,對國產碳纖維的需求也將提升。

                     商用航空為航空航天碳纖維重要應用領域。航空航天碳纖維需求分布中,商用飛機需求量占比最高,對碳纖維需求驅動是巨大的。根據波音及空客的官網資料,2018年波音的復材飛機B787交付145架,同比增長了6.6%,而空客的復材飛機A350XWB交付了93架,同比增長19.2%,帶動18年航空航天復材的增加。除了商用飛機數量的增長,單機碳纖維使用量也在不斷增長。商用飛機既強調安全性也強調經濟性,對結構減重有著迫切的需求,復合材料逐漸取代金屬材料,用量也在不斷提升,應用占結構材料質量比可達50%。根據《A350的復合材料構件制造》,波音B787復合材料結構重量達到全機結構重量的50%左右,空客A350復合材料結構重量高達52%。根據《北京晚報》報道,截至2019年10月,我國具有自主知識產權的大型噴氣式民用飛機C919的全球訂單數量已經超過了1000架,未來進口替代空間巨大,根據公司大絲束碳纖維產業化項目可行性研究報告,應用復材占比為25%左右;寬體客機C929機身中碳纖維復合材料有望超50%,從而能拉動國內碳纖維復合材料的穩定增長,預示著強勁的市場潛力。

                     全球預計到2038年機隊規模為49558架,是現有機隊(23893 架)的 2.1倍,其中新增25665架,替換19786架,保留4099架。為滿足運量增長的需求,中國機隊規模預計到2038年達到10344架,其中雙通道飛機2420架,單通道飛機6938架,支線飛機1051架,占全球總量的21%,年均增長率居全球首位。1999年-2018年中國大陸歷史交付3968架客機,預測未來 20 年間將交付9205架客機,占未來二十年全球交付量的20%,市場規模不斷擴大,新機交付量將帶動上游碳纖維復合材料產業的發展。


                     風電:葉片大型化帶動風電碳梁需求

                     風電是清潔能源,21世紀來風電產業發展速度較快。全球累計風電裝機容量從2011年到2018年的年復合增長率為13.93%,新增裝機容量增速在2016年之后觸底反彈,也將保持較高增速。目前中國是全球最大的風電市場,體量大、發展快。2018年我國新增裝機容量21.14GW,占全球新增裝機容量的43%;累計裝機容量保持穩定增長態勢,2018年達到209.5GW,占全球總裝機容量的36%。預計未來幾年中國新增裝機容量仍將保持較大規模,風電市場前景廣闊。

                     風電葉片向大型化發展,帶動碳纖維復材在風電領域應用。中國新增風電裝機正在向大功率、大尺寸發展。根據CWEA統計,中國新增裝機的風電機組平均功率由2008年的1.2MW平穩增長到2018年的2.2MW。2018年新增裝機容量主流型號功率區間為2MW-2.9MW,其中2MW功率機組占比超過新增裝機容量的50%,2.1-2.9MW機組市場份額同比增長31.7%,主流型號功率不斷增加。在達到額定功率之前,等同條件下葉片長度與獲得功率成正比關系。隨著風力發電機單機功率的快速提升,風電葉片正向著大型化、輕量化的方向發展,國際能源署(IEA)預測在2025年前后風機的風輪直徑將達到250米。隨著風電葉片尺寸的持續增大,碳纖維復合材料應用比例也將持續增加。

                     目前,Vestas是全球以碳梁開發大功率風電葉片的最大生產商,在全球設有多處葉片工廠。據2019年年報,Vestas的風電訂單已達到178億元。未來幾年Vestas的碳梁用量仍將呈逐年上升趨勢。除Vestas以外,我國風電葉片廠家也同時快速崛起,碳纖維的用量及碳纖維葉片在風電葉片中的占比均快速提升。2015至2018年,國內風電用碳纖維的復合增速高達107.15%。


                     汽車:新能源汽車加速碳纖維應用

                     從全球碳纖維細分產業的增長來看,汽車領域增長較為迅速,近些年需求規模年均復合增長達到33%,工業領域碳纖維應用普及相對較慢。根據《2020復合材料行業市場縱覽》,中國是全球第一大汽車市場,2018年生產 2780萬輛汽車,其中包括所有乘用車、輕型商用車、卡車、公共汽車和長途汽車,且汽車行業正在加速碳纖維材料在汽車上的應用。目前,已有多家廠商發布相關公告,其中麥格納汽車外飾系統與廣汽零部件有限公司(中國廣州,GACC)組建合資公司,從2018年末開始為全球汽車制造商生產熱塑性復合材料(TPC)掀背式尾門;沃爾沃的新品牌電動汽車Polestar 1大量采用碳纖維材料做為底盤架構,成功地削減了大約230公斤的重量。Polestar 1在包括引擎蓋、 尾箱蓋、葉子板、車門以及整個車頂的部分都使用了碳纖維復合材料,這是沃爾沃集團首款使用如此大量碳纖維車身架構的車型。


                     國內新能源汽車銷量持續上升,碳纖維有望加速在汽車領域應用。相對傳統汽車而言,新能源汽車使用碳纖維材料比例相對更高。隨著資源與環境雙重壓力的持續增大,在政策和技術進步的驅動下,傳統動力系統將會逐漸被驅動電機、動力電池與控制器所取代。目前已有多個國家,尤其是德國等西歐發達國家已發布或提出禁售傳統燃油車時間表,汽車電動化已是大勢所趨。國內處于發展初始階段的新能源汽車銷量上升迅速,從2015年的33萬到2018年的126萬,復合年均增長率大于50%,在整體汽車銷量中的占比迅速增加,在全國汽車銷量下滑的情況下新能源汽車的銷量仍然持續上升。至2018年,中國新能源汽車產量和保有量分別占總產量和保有量的4.6%和1%,需求端潛力仍待釋放,未來發展趨勢預計將持續上揚,帶動碳纖維在汽車領域的應用增長。

               
               

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