下游行业与复合材料行业的关联性分析及对其发展前景的影响分析

下游行业与复合材料行业的关联性分析及对其发展前景的影响分析 一、 下游行业与复合材料行业的关联性分析及对其发展前景的影响 下游行业决定了先进复合材料行业市场的容量、消费需求和技术发展方向，这些都影响和决定产品的质量、标准、技术和经济效益。先进复合材料优异的耐腐蚀性、高强度与抗冲击性，使其在航空航天、风力发电、建筑、体育用品、管道、船舶等领域广泛应用。近年来，先进复合材料的应用领域更加广阔，在汽车、新能源、桥梁建筑等市场大显身手。 作为复合材料重要的终端市场，风力发电产业的发展直接影响复合材料行业的市场规模，进而影响行业收入规模。在全球能源结构向低碳化转变、能源消费结构不断优化的背景下，可再生能源需求持续增长的趋势具备确定性。风能凭借其资源总量丰富、环保、运行管理自动化程度高、度电成本持续降低等突出的资源禀赋优势与良好的发展趋势，目前已成为开发和应用最为广泛的可再生能源之一，是全球可再生能源开发与利用的重要构成，其发展正逐渐从补充性能源向替代性能源持续转变，其应用是推动能源结构优化、能源低碳化的重要驱动力，是实现碳达峰、碳中和目标的主要实现路径之一。风力发电的原理，是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。风力发电所需要的装置，称作风力发电机组。 风力发电设备包含电机、叶片、变速箱、控制系统、支柱与塔架等五个板块，其中风电叶片是风力发电设备最核心的部件，其设计及选材决定了发电性能与功率。 为叶片和主轴的机械能，继而通过发电机转化为电能。叶片的尺寸、形状直接决定了能量转化效率，也直接决定了机组功率和性能。因此风电叶片在风机设计中处于核心地位，是风力发电机中最基础和最关键的部件，其良好的设计、可靠的质量和优越的性能是保证机组正常稳定运行的决定因素。 随着风力发电机功率的增大，风机叶片的重量和费用随着尺寸的增加也迅速地增加。这就对其结构设计与材料性能提出了更高的要求。为满足对叶片重量轻、高抗疲劳性、经济效益高等性能和成本要求，复合材料的材质在叶片制造乃至风力发电领域的重要性愈加凸显。而决定材料性能的相关复合材料加工工艺，则受真空辅助材料等工艺耗材性能的影响。 出于经济性考虑，当前主流的叶片为玻璃纤维复合材料，但随着低速风机和海上风机的不断发展，叶片长度的不断增加，部分结构使用碳纤维或碳纤/玻纤混合材料在综合成本与性能上将更具优势。 目前，全球风电叶片的加工成型工艺以真空辅助成型工艺为主，需要大量真空辅助材料。因此，凭借庞大的市场需求，风电叶片成为真空辅助材料最重要的下游市场之一。 在碳中和碳达峰长远发展目标指引下，全球风力发电市场的持续快速增长，风力发电机装机量节节攀升，为复合材料制品与真空辅助材料提供了庞大的市场成长空间，进而持续拉动真空辅助材料市场的需求增长。 航空航天领域复合材料的加工以热压罐成型工艺等较高端的工艺为主，对真空辅助材料与模具制件的要求与需求均较高。 材料性能是决定飞机性能的最重要因素。现代大飞机原材料的选取是安全性、经济性、技术水平综合评估的结果。复合材料在大型民用飞机主承力结构上的应用比例，已成为衡量民机技术先进性和市场竞争力的重要标志。目前，民用飞机上使用的先进复合材料主要是碳纤维增强树脂基复合材料，它具有比强度高、比模量高、抗疲劳性优良、耐腐蚀等优点。碳纤维增强树脂基复合材料材料密度低于铝制材料，化学组成非常稳定，不仅有助于减轻飞机重量，还能提高飞机的总体性能。因此，在波音和空客近年来推出的一些新机型中，复合材料的用量逐渐增大。例如，A380客机主承力结构部件，例如主翼、尾翼、机体、压力隔壁等，次承力结构部件如辅助翼、方向舵及客机内饰材料等都有使用碳纤维复合材料。而A350和B787则有更多部件使用碳纤维复合材料，例如机头、尾翼、机翼蒙皮等，使用量也大大提升，在整机材料占比中均超过50%。 全球经济的增长为商业航空业与民用飞机制造业带来了持续的繁荣发展，据美国波音的《2020-2039商用飞机市场预测》报告，在未来20年，预计客运量将以每年平均4％的速度增长，到2039年，全球商用飞机机队规模预计将从目前的25，900架飞机增加到48，400架。在此期间，亚洲地区将继续扩大其在全球机队中的份额至40％，而如今这一比例约为30％。 中国作为世界经济增长的主要引擎之一，在民用飞机领域的需求增长令人瞩目。中国从20世纪60年代开始进行复合材料在飞机结构上应用的研究，70年代中期研制成功了复合材料战斗机进气道壁板，1985年带有复合材料垂尾的战斗机成功首飞，1995年成功研制带有整体油箱的复合材料机翼。2000年运7的复合材料垂尾通过适航审定，标志着复合材料在民机上开始得到应用。据波音的数据，中国快速增长的中产阶级、不断增长的经济增长和不断增长的城市化成为中国大陆市场民用飞机制造业需求增长的主要因素。自2000年以来，中国商用飞机的数量已经增长了7倍，过去10年全球航空业增长中约有25%来自中国。波音预测，这一趋势将在未来20年持续下去，中国的航空企业将购买8，600架新飞机。庞大的市场发展前景与旺盛的市场增长动力，将持续推动相关复合材料零部件制造业及相关工艺耗材制造业发展，为行业企业的发展提供广阔的市场空间。 除了波音空中客车等大型国际民用飞机制造商不断提高复合材料在自身产品中的使用比例外，C919等大型国产民用大飞机的生产也更加注重复合材料的运用。国产民机的发展将带来航空复合材料带来重大发展机遇。一方面，C919及之后国产大飞机型号的先进复合材料用量占比将会更多，并随着C919的交付，国产民机领域复合材料需求将呈倍数的提升；另一方面，国产民机的发展，也将为产业链带来国产化的历史机遇，国产先进复合材料将借此进入民用航空领域，并且有望进一步应用到国外机型。国产民用大飞机产业的起步也将为我国先进复合材料零部件及模具等制品市场长远稳定的增长提供良好的需求保障。 无人机系统主要由机架机身、动力系统、飞行控制系统、遥控系统、辅助设备系统五部分组成。无人机的机架机身一般选择高强度轻质材料制造，例如：碳纤维、玻璃纤维、ABS、PP、尼龙、改性塑料、改性PC、树脂、铝合金等。碳纤维复合材料等新型轻质材料的广泛应用，使得无人机生产成本更低、操作更灵活、续航时间更长。 国内无人机市场已发展了将近30余年，从最初的领域逐渐扩展到消费领域。目前国内消费无人机市场火热，市场对无人机的认可程度和需求度逐渐攀升，过去两年来，无人机企业、融资次数和产品用途都有了明显的增多，甚至出现指数型增长。 2017年12月，工信部发布《关于促进和规范民用无人机制造业发展的指导意见》，提出2020年民用无人机产业实现产值600亿元，年均增速40%以上；到2025年实现产值1，800亿元，年均增速25%以上，我国民用无人机产业发展潜力巨大。这一重要下游产业的发展，带动了对碳纤维复合材料等轻型材料的需求，预计将在未来十年成为持续推动先进复合材料制品与真空辅助材料领域发展的重要引擎。 航天是指飞行器在大气层外宇宙空间的航行活动，航天飞行器主要有火箭、导弹、卫星等。随着航天飞行器迫切的减重需求，对应用材料提出了更高的要求，具有优异力学性能的轻质结构材料，尤其是以先进复合材料等材料为代表的轻质结构材料成为航空航天研究的热点。目前，国内航天箭体结构系统在轻质结构新材料应用方面完成了部分尝试和探索。 在商业航天等民用航天领域，对于经济效益更加注重，因此各类航天器材与设备的轻质量、耐高温等性能更加重要。以碳纤维为增强体的树脂基复合材料因其高比强度、高比模量、高温尺寸稳定性和可设计性等一系列突出的优点，广泛应用于航天飞行器等的整体结构或零部件上，已成为先进民用航天器结构轻质化不可缺少的关键材料。 SpaceX产品的快速崛起，打破了现有全球的火箭发射和卫星组网及应用格局，对我国商业航天行业带来了启示与刺激，行业迎来了挑战和发展机遇，民用航天行业在未来即将迎来一轮飞速增长。根据《2019中国卫星导航与位置服务产业发展白皮书》，我国卫星导航与位置服务产业产值在2012~2018年以24%的年均增长率高速增长，在2018年达到3，016亿元。这一市场作为未来复合材料需求新的增长源，其良好的发展前景，将为先进复合材料制品与真空辅助材料行业企业的利润成长带来充足的想象空间。 二、 复合材料行业产业链 复合材料行业产业链上游为增强体高性能纤维及基体；中游为碳纤/树脂复合、碳/碳复合、玻纤/树脂复合、芳纶/树脂等典型复合材料；下游应用领域广泛，包括航空航天、体育器材、建筑、汽车等行业。从下游端看，目前我国复合材料行业主要应用于航空航天复合材料和风力发电复合材料，2021年的应用占比分别为25．04%和15%。 三、 复合材料行业前景分析 目前，国内上游纤维制造集中度强，中游复合材料产能分散。上游纤维产能集中在中低端产品，高端产品依赖进口。玻璃纤维方面，中国巨石、泰山玻纤、重庆国际和中材科技占据绝大部分国内产能;碳纤维方面，国内产能集中在中复神鹰、中简科技、江苏恒神、光威复材等企业;芳纶纤维方面，国内产能集中在泰和新材、仪征化纤、中蓝晨光等公司。树脂行业的主要供应商有宏昌电子和上纬新材等。 材料性能是决定飞机性能的最重要因素。现代大飞机原材料的选取是安全性、经济性、技术水平综合评估的结果。复合材料在大型民用飞机主承力结构上的应用比例，已成为衡量民机技术先进性和市场竞争力的重要标志。 近些年，随着国内轨道交通行业的快速发展，轨道车辆轻量化的要求越来越高，碳纤维复合材料等先进复合材料在轨道车辆上的应用成为轨道交通行业下一步的重点研发方向。 随着技术发展，传统的金属材料正在被先进复合材料所代替，复合材料用量已成为新一代民机先进性的重要标志。结合当今国际主流民用大飞机机型对复合材料使用的案例（如空中客车的A350复合材料使用比例超过50%，而C919这一比例只有12%;而飞机发动机等核心部件也在持续加大复合材料替代金属的研发和应用），预计中国国产飞机的复合材料使用比例有较大提升空间，未来发展前景良好。 从全球来看，复合材料在交通运输领域需求较大，以及工业设备领域，分别占据24%和26%的需求量;而国内的复合材料目前主要集中于建筑与结构领域，作为主力的交通运输及工业设备领域发展空间巨大。随着国民经济的高速发展，经济结构的转变，新能源、环保、高端装备制造等其他新兴产业的加快发展，国内高性能纤维复合材料需求将日渐强劲。 四、 复合材料行业发展现状 由于复合材料行业具有技术密集性高、研发投入高、产品附加值高、应用范围广等特点，已成为衡量一个国家国力与科技发展水平的重要指标。近年来全球复合材料市场规模持续增长，2021年全球复合材料市场规模约为775．5亿美元，同比增长4．8%，预计2022年将达到833．6亿美元。 下游应用带动行业发展，复合材料以优异的耐腐蚀性、高强度与抗冲击性，在航空航天、建筑、防腐、管道、水处理等领域得到了广泛应用，市场规模不断扩张，从2017年的1576．07亿元增长至2031．74亿元，期间年均复合增长率为6．55%。 五、 复合材料行业发展现状及前景分析 越来越多的复合材料产品，正融入生活中的方方面面，带来便利的同时，也产生了很多需要改进的问题，如回收、降低危害等等。目前我国复合材料行业企业在注册资本5000万元以上的企业数量较少，约为500家，该类企业主要生产两种或多种新型复合材料，如高分子复合材料、石墨烯复合材料等;注册资本在1000-5000万元的企业数量超过1000家，该类企业主要生产一种或两种复合材料，如纸塑复合材料、木塑复合材料等。注册资本1000万元以下的企业数量较多，多为基础复合材料的生产。 复合材料兴起虽然只有半个多世纪，但是已经取得令人瞩目的成就，它在改变着许多高技术结构的面貌。因此，它是国际上激烈竞争的高技术领域之一。谁在这种高技术领域占上风，就可能在航空、航天、国防上领先。 我国复合材料行业产业链上游为基质材料和增强剂材料，中游按照集体材