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专家分析:2015-2020 年,碳纤维需求年增长率保持10%
自2010 年起,Carbon Composites e.V.(CCeV)和增强塑料联盟(AVK)每年都会制作一份复合材料市场报告,现在已经是第五版。报告的作者们相信,这份报告现在也逐步赢得了非德语国家的认可。CceV 现在有251 个会员(2014年8 月),集中了德国、奥地利和瑞士碳纤维(CF)及碳纤维复合材料(CC)行业内相当数量的企业、研究机构和组织。
例如,在碳纤维市场,包括西格里(SGL)集团、东丽、TohoTenax、Cytec和Hexcel 在内的CceV 的成员大约占了2013 年全球总产量的53%,总产能达55,200吨/ 年。这些数字突显出CCeV成员的国际影响力。CCeV 补充说,报告中的信息提炼自多个来源,包括会员所提供的数据。这些信息均参照Lucintel和Acmite 的报告做过补充和核对。


本文将作5大部分介绍:
一、市场分析
二、碳纤维制造商分析
三、碳纤维消费分析
四、趋势与展望
五、结论性意见



一、市场分析


1、全球碳纤维市场

CceV 说,2014 年的市场报告遵循最近几年的惯例,继续关注全球碳纤维市场的发展(见图1)。2013 年,全球碳纤维的实际需求为46,500 吨——比2012 年的市场报告中的预估稍低;消费量比2012 年高6.9%, 相比2008 年总共增长了47.6%——这相当于年均8.1%的增长率。


图1. 全球碳纤维需求量(2008-2020* 预测,千吨)


如果将金融危机之后的2009 年作为基准年(26,500 吨)年,增长率还要更高,为15.1%。据Acmite 透露,2013年全球碳纤维市场的总收入为17.7 亿美吨增长到2013 年的46,500吨,年均增长率水平从起初的20% 减缓到当前的7%。这相当于大约17 亿美元的收入。

由于新数据的出现,新版报告稍微下调了2013 年报告中对于未来几年需求量的预测数值。然而,2014 年报告仍然预期,直到2020 年,碳纤维的需求仍然会保持10% 左右的高年增长率。


图2. 不同制造商的碳纤维产能(以千吨计,2013)


2、全球碳纤维复合材料市场

几乎所有的碳纤维都是与粘合基材一起使用来生产碳纤维复合材料的。因此,碳纤维与碳纤维复合材料市场的增长趋势是非常相似的。本部分中较高的吨位数是因为加入了基材组份的重量。图6 显示了全球碳纤维增强塑料(CRP)需求量(以吨计)的发展情况。



图3. 全球碳纤维增强塑料需求量(2008-2020* 预测,千吨)


2013 年,CRP 的需求量约为72,000 吨,比前一年增长了9.1%。到2020 年前,CRP 的消费量预计将继续以10.6% 的速率增长,与碳纤维的增长情况相符。回复“碳纤维”可以查看更多内容


3、基材分析

碳纤维增强复合材料是采用不同的基体制成的。CCeV 说,尽管碳纤维、陶瓷和金属基体材料都被用于特殊应用,但下一部分的重点主要是碳纤维增强塑料(CRP)。2013 年, 碳纤维复合材料产生的总收入大约为147 亿美元,其中CRP 占94 亿美元。因此,聚合物基复合材料收入比例为64%。

在CRP 中用作聚合物基材的塑料可以进一步分为热塑性和热固性塑料。热固性塑料仍然是碳纤维最常用的聚合物基材。这从两种聚合物在CRP 领域的总销售额上也可以看出来。


图4. 不同基材的碳纤维复合材料销售收入(2013,十亿美元)


CCeV 补充说,有许多因素促进了热固性塑料市场地位的成熟,例如:

• 良好的机械性能;

• 耐温性;

• 低吸湿性;

• 降低用户的材料成本(材料制造商增加的成本较少);

• 基材系统、材料制造商、制造工艺选择范围大。另一方面,热塑性塑料具有性能优势,因此未来的应用会更加广泛:

• 加工时间短(无需化学反应,与热固性塑料不同);

• 抗冲击、不易损坏;

• 良好的成形性和可焊性;

• 容易储存;

• 容易回收。

迄今为止,弹性体基材的应用还不广泛,但这一状况将来可能会有所改变。例如,在机械工程领域用于生产弹性的无铰轴连接件。


图5. 不同制造工艺的碳纤维复合材料市场份额(2013,百万美元)



二、碳纤维制造商分析


1、动态

报告继续指出,2011 年到2013 年间,所有的领先碳纤维制造商都大大扩充产能,以满足不断增长的全球需求。此外,全球范围内新产能也陆续上马——特别是在俄罗斯、韩国和印度。据报道,2013 年的聚丙烯腈(PAN)基碳纤维产能过剩41%。因此,从2013 年到2014年上半年,市场领导者几乎都没有增加新产能。这可能是由于现有能力还没有被完全利用起来。

总的来说,碳纤维市场集中于十大领先的纤维制造商,2013 年,他们控制了全球91% 的产能。

2014 年3 月,东丽完成对Zoltek 的收购,从而大大扩展了其市场领先地位。西格里集团也宣布将扩大产能。西格里与宝马在一个联合项目中投资了一亿美元,其位于美国摩西湖(Moses Lake)的工厂产能从3,000 吨增加到了6,000 吨。

据CCeV 说, 因为这些生产线在这份市场报告定稿时还未投产,因此报告中没有这些制造商的概述。2014年,PAN 基碳纤维的理论总产能大约为101,200 吨。日本、美国和中国也采用沥青作为前驱体生产碳纤维。采用该工艺的碳纤维总产能大约为3,400 吨/ 年。回复“东丽”或“碳纤维”可以查看更多内容


2、分布情况

2014 年,碳纤维的综合理论产能为104,600 吨。下图是按照国家/ 地区划分的年产能。最重要的地区仍然是北美(30%)、欧洲(24%)和日本(20%)。“世界其他地区”的产能主要来自中国、韩国、俄罗斯和印度。尤其是在中国注册的公司的产能没有可靠的数据。与官方数据相反,中国所有制造商的总产能可能低于10,000 吨。CCeV 说,因为缺乏必要的前驱体材料和碳纤维生产技术,他们预计这些公司仅会保持适度增长。


图6. 不同国家/ 地区的碳纤维年产能,以千吨计


3、需求供应分析

过去的一年,碳纤维的应用领域发生了许多变化。航空和国防应用增长显著,现在是碳纤维最大的消费领域——13,900 吨或30%(总量46,500吨)。紧随其后的是运动/ 休闲制品和风机行业,两大行业各占总需求量的14%。汽车行业正变得越来越重要,碳纤维消费量达到了2013 年消费量的两倍多,为5,000 吨左右。这可能是由于宝马正在提升i 系车型的产量。其他应用包括成型和配混、工厂建设、压力容器、土木工程和船舶。



图7. 不同应用领域的全球碳纤维需求量(2013, 千吨)


在分析不同应用领域的碳纤维销售额(见图5)时,CCeV 解释说,有一点我们要记住,不同行业用碳纤维的标准生产工艺和质量要求是不同。例如,航空和国防应用消耗30% 的碳纤维产量,但销售额占全球碳纤维销售额的50%。航空航天和国防用碳纤维不仅质量标准高,而且许可费用和材料检验成本也高。


图8. 不同应用领域的全球碳纤维销售收入(2013,百万美元)


其他所有应用领域中的碳纤维消费量比例是比较低的。但顺序与图4 是一样的。碳纤维的消费量和销售额与2012年相比都有显著增长,特别是在航空和国防、土木工程和汽车行业。就百分比而言,这些收益导致风机行业的比例降低了。


三、碳纤维消费分析


1、航空和国防领域

在航空和国防领域,美国和欧洲是最重要的两大经济体,波音和空客等飞机制造商推动着碳纤维复合材料的需求增长。商用飞机和大型民用和货运喷气飞机,占总销售收入的60%,达25 亿美元。军用战斗机和运输机产生的销售收入达7 亿美元,是第二大的子市场。



图9. 航空和国防子市场的碳纤维复合材料销售收入(2013,百万美元)接下来是商业飞机、直升机以及用于太空和运动航空市场的其他产品。


2、风机

风力涡轮机市场是第二大的碳纤维消费市场。全球风电产能自2005 年以来不断扩大,在2013 年达到318 GW。每台风机的输出功率是转子直径的二次函数,因此制造商都致力于开发更轻更长的转子叶片。1985 年,转子的平均直径仅为15 米, 输出功率不足1 MW。到2013 年,风力涡轮机的平均转子直径达到100 米,平均输出功率达2.5 MW。这些几兆瓦的风力涡轮机对碳纤维的需求不断增加,因为碳纤维是唯一适合制造40 到50 米直径转子的材料。


图10. 全球风电装机容量(GW)


2013 年,风能市场大约消耗了6,700吨碳纤维,碳纤维复合材料的销售额为18 亿美元。然而,该市场对碳纤维的需求低于2012 年(10,000 吨)。这主要是由于资金和技术双重困难导致的持续低自动化水平以及海上风场的推迟建设造成的。例如,2013 年全世界新装机容量只有35 GW。

这一市场是由三大经济体占据的:中国近年来迅猛扩张,到2013 年,总装机容量已经达到91 GW——几乎占全球风能容量的30%。紧随其后的是美国(62 GW)与德国(34 GW)。



图11. 不同国家的风电装机容量(2013 年12 月,GW)


3、运动/ 休闲

运动/ 休闲市场碳纤维复合材料的销售收入大约为15 亿美元。这一领域以及太空旅行市场是第一个使用和开发碳纤维复合材料的行业。现在,碳纤维复合材料不仅被用于专业和高性能运动产品上,也被用于其他很多运动产品中:高尔夫球杆、网球拍、羽毛球拍、自行车框架等,是这一市场最重要的碳纤维复合材料制品。上述产品总共占到这一市场碳纤维复合材料销售收入的四分之一。还有许多其他应用,例如冬季运动产品(雪撬、滑雪杆、滑雪板)和水上运动产品(桨、帆板桅杆)。


图12. 运动/ 休闲子市场的碳纤维复合材料销售收入(百万美元)


4、汽车

CRP 在汽车行业的许多领域被看作一种关键材料,例如二氧化碳减排、轻量结构和电动交通。CRP 在汽车行业的应用仍处于初期阶段,未来潜力巨大——尽管这取决于CRP 组件价格是否能够得到进一步的显著下降。

在20 世纪80 年代,碳纤维第一次被用于非赛车部件中,例如驱动轴,从而进入小产量的量产车领域。现在,碳纤维复合材料在汽车中被广泛用于结构件和外部车身件——从碳纤维增强的陶瓷刹车片到碰撞元件和一体式车架、乘客隔间以及半挂车。碳纤维复合材料还在铁路行业扮演更重要的角色,例如,从挡风玻璃雨刷等小部件到完整的前端和车厢地板下的结构。回复“汽车”或“碳纤维”可以查看更多内容

碳纤维复合材料在汽车行业的销售收入大约为22 亿美元。这份报告还补充说,汽车市场对碳纤维复合材料来说变得日益重要。轿车是最重要的领域,占总收入的46%。碳纤维复合组件成本居高不下,因此,目前它们应用主要限制在豪华轿车领域。其他领域也是碳纤维复合材料市场的重要组成部分:卡车(18%)、赛车(15%)和客运列车(13%)。


图13. 汽车子市场的碳纤维复合材料销售收入(2013,百万美元)


四、趋势与展望


分析师预测,未来五年,碳纤维市场的年增长率将接近9%,并将逐步上升至10% 左右(见图1)。基于这一预测,到2020 年,全球碳纤维的需求量预计可能达到89,000 吨,销售收入将超过33 亿美元。尽管现有产能已经过剩,大量的纤维制造商却纷纷宣布,他们计划进一步投资扩产:

• 西格里集团和宝马将在他们位于摩西湖的工厂再投资一亿美元(总投资额将达到三亿美元),以将产能从目前的6,000 吨/ 年提升至中期目标9,000吨/ 年。

• 三菱丽阳计划到2016 年中期,将其美国加州萨克拉门的碳纤维工厂产能增加2,000 吨/ 年,到时产能将是目前的两倍。

2013 年,碳纤维复合材料市场的总共价值为147 亿美元,预计增速与碳纤维市场相同。CRP 是碳纤维复合材料市场最重要的组成部分,总销售收入为94亿美元。CCeV 补充说,CRP 市场将继续保持稳定和巨大的增长潜力。航空、风能以及汽车制造行业CRP 用量的增加是推动市场的关键因素。市场研究预测,未来五年,CRP 的年均销售收入将以6-11% 的速率增长,然后增长率将保持在10% 以上。例如,在2020 年,预计CRP 的需求量将达到146,000吨,销售收入将超过160 亿美元。预计到2020年,整个碳纤维复合材料(包括其他基材)市场的总收入将达到250 亿美元。

1、航空和国防

CCeV 预测,航空航天和国防工业在碳纤维复合材料市场的发展中将继续发挥重要作用。A380 的制造商空客和梦幻飞机787 的制造商波音都已经开始生产并交付他们最新的宽体客机。这两种机型都使用了大比例的碳纤维复合材料结构,这是保证碳纤维复合材料需求的长期源泉。


图14. 航空和国防市场碳纤维复合材料销售收入的变化(百万美元)


截至本次市场研究之际,空客已经制造了25-30 架A380,并接到了另外的180架的订单。波音目前也收到了梦想飞机787 的订单,但尚未交付。未来的飞机项目,例如A350XWM 将使用53%的复合材料,波音777X 将采用碳纤维复合材料机翼,由此可见,碳纤维复合材料的需求将持续增长,超出A380和787 的使用年限。行业分析师预计,未来几年的年增长率将维持在8-13%。到2022 年,碳纤维复合材料在客机领域的销售收入将达到60 亿美元。

碳纤维复合材料结构在国防领域已经得到了一定的认可。所有的现代国防项目,比如A400M、F-22、F-35、Eurofighter 或Eurocopter Tiger 都越来越多地使用复合材料。然而,国防部门预算的削减以及出口的限制,将抑制这一材料需求的增长。尽管存在这些负面因素,报告仍然预测将有6-12% 的年增长率。到2022 年,碳纤维复合材料在这一领域的销售收入将达到14 亿美元。


2、风机

随着可再生能源的异军突起,以及风场的不断扩建,碳纤维复合材料在风机行业的年均增长率预计超过9.7%。分析师目前预测,到2020 年,碳纤维复合材料的销售收入约为40 亿美元。海上和内陆风力发电场正在采用叶片更长的新型多兆瓦涡轮机。


图15. 风机市场碳纤维复合材料销售收入的变化(百万美元)


例如,输出功率为7兆瓦、转子叶片长度达83.5 米的风力涡轮机从2015 年开始在北海投入运行。Fraunhofer IWES 指出, 叶片更长的20 MW 风机应该要到2020 年才能实现。它们就像最新的高科技飞机,其稳定性和重量的减轻都依赖于高比例的碳纤维材料在叶片支撑结构中的应用。


3、汽车

CCeV 的报告补充说,宝马已领先一步,开始大规模生产新的i系轿车。生产开始于2014 年9 月,日产量已提升至100 台。宝马集团还计划扩大CRP在其他车型中的使用量。要做到这一点,宝马不仅要进一步扩大与西格里集团在碳纤维生产领域的合作,也要提升自身的CRP 生产和加工能力。最近,该公司在位于巴伐利亚瓦克多夫城(Wackersdorf)的一家CRP 工厂投入了2000 万欧元。其他制造商也越来越多地采用CRP,但是更加谨慎,因为碳纤维复合材料组件的成本一直居高不下。


图16. 汽车市场碳纤维复合材料销售收入的变化(百万美元)


2018 年之前,碳纤维复合材料的年销售收入预计将以7% 的速率增长,之后将加速到大约12%。到2022 年,全球碳纤维复合材料的年销售收入预计将达到49 亿美元,等于20,000 吨碳纤维。因此,汽车行业将超过风机市场,跃升为碳纤维复合材料市场应用排行榜的第二名。


4、运动/ 休闲

运动/ 休闲市场一直是碳纤维和碳纤维复合材料的一个重点领域。由于强烈的价格压力,预计未来几年,碳纤维和碳纤维复合材料在这一市场的销售收入仅会略有增长(每年4%)。



图17. 运动/ 休闲市场碳纤维复合材料销售收入的变化(百万美元)


从2018年起,年增长率将在7.5%左右,即低于在飞机、汽车和风力涡轮机市场的增长速度。到2022 年,碳纤维复合材料的在运动/ 休闲市场的销售收入应该在24 亿美元的水平,落后于汽车行业。


五、结论性意见


经历过早期的非常规增长和2009年金融危机及全球经济的复苏,现在,碳纤维市场已经达到大约10% 这样一个健康和稳定的增长率(2010-2013 年的平均值)。同样,过去三年,CRP 市场保持了每年10.5% 的增长。2014 年,碳纤维消费量预计将首次超过50,000 吨,销售收入大约为17.7 亿美元。2014 年,全球碳纤维复合材料市场的年销售收入估计在150 亿美元左右。

未来几年,由于航空和国防、风机以及运动休闲行业的稳定增长,碳纤维将连续保持大约10% 的增长。在汽车和建筑市场也有例外,但是不太确定。在这两个行业,大规模使用碳纤维和碳纤维复合材料在很大程度上取决于他们是否能降低这些材料的价格。这种不确定性反映在对碳纤维和碳纤维复合材料市场整体销售收入的预测上。

最近,Composites Germany 的市场调查结果普遍都比较乐观,这一调查每年在该商业协会成员之中进行两次。Composites Germany 成立于2013年, 由德国复合材料行业的四个主要机构组成——AVK、CCeV、CFK ValleyStade 和VDMA Forum Composite Technology。这个协会的成员对于自身的增长都持有乐观或非常乐观的态度。

即便保守估计,这一市场的未来也是非常具有活力的。然而,这个行业还必须克服很多障碍,例如提高自动化水平、削减成本和开发适合大规模生产的制造工艺。性能价格比将决定哪些材料或材料组合将被用于哪些应用领域。生态因素——如果立法者要求或者不会损害经济利益——可能比纯粹的商业考虑重要的多。



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