永鑫行研|热塑性碳纤维复合材料行业研究

前  言

 一

热塑性碳纤维复合材料

碳纤维复材由碳纤维丝束增强体和树脂基体组成，其中，树脂基体起粘合碳纤维丝束的作用。

热固性树脂具有较强的粘接力，与碳纤维丝束通过特定加工工艺，形成较为稳定的复合结构。热塑性树脂由线型高分子聚合物组成，在一定条件下溶解和熔融，只发生物理变化，热塑性树脂遇热可重新塑形。常见的热塑性树脂有聚酰胺（尼龙）、聚苯硫醚，聚醚醚酮等，其中聚醚醚酮树脂（PEEK）的耐热性能更好，生物相容性更好。

对比热塑性碳纤维复材和热固性碳纤维复材，热塑性碳纤维复材的优势在于易于加工和成型、损伤容限高、介电常数高、储藏期无限制，具有优良的可循环性能、可循环利用、不污染环境的特点适合当今材料环保的发展方向。缺点是力学性能较差、耐磨性弱于热固性碳纤维复材。

图1 热塑性复材和热固性复材的对比（左）和热塑性复材的可再生热修复（右）[1]

目前国内热塑性碳纤维复材的制备技术基本停留在粉末或短切碳纤维增强阶段，连续热塑性碳纤维复材的制备仅限于一些低性能热塑性树脂基体，并不能很好地发挥出碳纤维与高性能热塑性树脂的双向优势，热固性碳纤维复材占据市场主流，热塑性碳纤维复材较少；

热塑性碳纤维复材制备的难点主要集中在材料合成、成型加工、复材制备、应用和工艺放大等阶段。

图2 热塑性复材的制备难度

3. 价值

碳纤维复合材料是“十四五计划”重点材料之一，也是国家“卡脖子”材料。在航空航天领域，使用碳纤维复合材料代替钢或者铝，减重效率可达到20%-40%，在航空航天领域得到广泛青睐。飞机结构材料约占起飞总重量的30%左右，对于军用飞机，减重可节省燃油、扩大作战半径、提高战场生存力和战斗力；对于客机，减重可节省燃油、提高航程和净载能力，具有显著的经济效益。

 二

行业现状

碳纤维复材在现代飞机中的应用场景非常多，国外禁运等现状为国内碳纤维飞机引擎、数控系统和复合材料业链厂商提供发展机遇。对比国内外军机和民机的复合材料使用率，21世纪初，国内军机复材使用率在10%左右，远低于国外军机和民机的使用率，碳纤维复材的生产难度大是主要原因。

2. 市场规模

全球来看，2022年全球树脂基碳纤维复材需求量为20.8万吨，预计2025年为29.0万吨，CAGR11.72%。销售收入为262.1亿美元，主要增长点来自于商业航空、军机和无人机。

图5 全球树脂基碳纤维复合材料需求（千吨，左）

2022年全球树脂基碳纤维复材销售收入（10亿美元，右）

数据来源：《2022全球碳纤维复合材料市场报告》

国内来看，2022年中国树脂基碳纤维复合材料需求为11.45万吨，销售收入为1449亿元，其中航空航天销售收入达816亿元；

图6 2022年我国树脂基碳纤维复合材料需求（吨，左）

2022年我国树脂基碳纤维复材销售收入（亿元，右）

数据来源：《2022全球碳纤维复合材料市场报告》

从航空航天角度看来看，2022年全球碳纤维辅材需求量为20.1万吨，预计2025年可达28.2万吨，CAGR12.00%。2022年商用飞机交付1141架，新增订单2013架，碳纤维增量有所保证。同时，根据公开数据查询，截至2023年1月，C919订单超1200架，目前C919的碳纤维复材主要供应商为美国赫氏，后续国产化替代预计将成为必然趋势。

图7 航空航天碳纤维复材需求量（吨，左）和应用分布（吨，右）

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