汽車用碳纖維復(fù)合材料簡述
車用復(fù)合材料的發(fā)展結(jié)合了化工、機(jī)械制造和汽車復(fù)合材料設(shè)計(jì)等多學(xué)科的技術(shù)，集中應(yīng)用在汽車底盤、車身覆蓋件和次結(jié)構(gòu)部件三個(gè)領(lǐng)域。其中碳纖維復(fù)合材料車身是最具顛覆性的輕量化路徑。
碳纖維復(fù)合材料受到汽車行業(yè)輕量化的青睞，主要是源于其物理特性：碳纖維復(fù)合材料密度小，比鋁輕30%，比鋼輕50%，抗拉強(qiáng)度卻是鋼的7-9倍。碳纖維替代鋼鐵結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)減重40%-60%。同時(shí)，碳纖維復(fù)合材料還易于集成化，可減少零部件數(shù)量。吸收沖擊性能是金屬的5倍，可提高碰撞安全性和減振性能。其特殊的模壓和粘結(jié)工藝則可代替沖壓和焊接工序。因此近幾年，碳纖維復(fù)合材料再去汽車領(lǐng)域大展拳腳，應(yīng)用十分廣泛。目前，汽車車身重量的3/4是鋼材，輕量化空間很大。研究表明，碳纖維復(fù)合材料車身僅重172kg，而鋼制車身重367.9kg，碳纖維復(fù)合材料輕量化效果達(dá)53%以上。
資料來源：《汽車輕量化對(duì)化工材料的需求》，國海證券研究所
寶馬公司在汽車行業(yè)內(nèi)是應(yīng)用碳纖維復(fù)合材料的先行者。2014 年量產(chǎn)上市的 I3 和 I8 系列純電動(dòng)車成功地應(yīng)用了碳纖維復(fù)合材料、高強(qiáng)鋼和鋁合金完美組合的車身結(jié)構(gòu)，而其中主要由碳纖維復(fù)合材料制成的車廂主體 life 模塊則被稱為“Carbon Core 高強(qiáng)度碳纖維內(nèi)核”。此外，寶馬還在車身、底盤、車頂、車門、A 柱、B 柱、C 柱、引擎蓋、尾翼、儀表盤、傳動(dòng)軸、座椅等多個(gè)外部、車身和內(nèi)外飾系統(tǒng)中開發(fā)碳纖維復(fù)合材料部件。
寶馬采用了大量的碳纖維復(fù)合材料，使得其碳纖維生產(chǎn)商 SGL-ACF（西格里）的產(chǎn)能短時(shí)間內(nèi)從 3000 噸躍升至 9000 噸。此外，近年來碳纖維市場一個(gè)明顯的趨勢就是碳纖維生產(chǎn)企業(yè)積極向下游靠攏，紛紛和需求方開展合作以發(fā)掘新的應(yīng)用市場。而從原絲到碳纖維到復(fù)合材料零件，每一級(jí)都有較大的增值，因此向下游發(fā)展也能獲得更多的收益。如 SGL與寶馬成立合資公司生產(chǎn)碳纖維復(fù)合材料，通用與帝人成立合資企業(yè), 福特, 奧迪, 大眾, 蘭博基尼等也紛紛與碳纖維生產(chǎn)企業(yè)開始合作。在國內(nèi), 光威復(fù)材、康得新等多家企業(yè)也爭相布局碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈, 推動(dòng)碳纖維產(chǎn)業(yè)化和行業(yè)應(yīng)用。
碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用及相關(guān)企業(yè)
資料來源：廣證恒生
碳纖維復(fù)合材料領(lǐng)域投資概況
(1)競爭格局
碳纖維復(fù)合材料由于具有質(zhì)輕、高強(qiáng)度的屬性，碳纖維在航空航天領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。碳纖維相對(duì)于鋼或鋁，減重效果可以達(dá)到 20%至 40%，在航空航天領(lǐng)域，主要應(yīng)用于飛機(jī)的結(jié)構(gòu)材料（占飛機(jī)重量的 30%左右），因此綜合來看碳纖維的使用能使飛機(jī)重量減輕 6%至 12%，從而顯著地降低飛機(jī)的燃油成本。在航空航天領(lǐng)域，碳纖維最早用于人造衛(wèi)星的天線和衛(wèi)星支架的制造，同時(shí)因其耐熱耐疲勞的特性，碳纖維在固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體和噴管上也得到了廣泛應(yīng)用。據(jù)中國產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)統(tǒng)計(jì)，2016 年有 1.76 萬噸碳纖維應(yīng)用在航空航天領(lǐng)域，其中商用飛機(jī)占 70.5%、公務(wù)機(jī)占 11.4%、軍用飛機(jī)占比 10.5%。目前來看，民用客機(jī)是拉動(dòng)碳纖維需求增長的主要力量。而其他消費(fèi)級(jí)應(yīng)用市場（如體育市場、汽車市場）對(duì)成本相對(duì)敏感，目前滲透率較低。隨著碳纖維復(fù)合材料國產(chǎn)化進(jìn)程的推進(jìn)，其價(jià)格持續(xù)下降（目前110元/kg，大規(guī)模應(yīng)用的價(jià)格在50-80元/kg），市場空間很大。
(2)行業(yè)壁壘
主要是技術(shù)壁壘，目前，主要應(yīng)用的軍事航空領(lǐng)域?qū)Τ杀静惶舾?，單?duì)新材料性能及一致性要求極高。此外，高品質(zhì)原絲制備、高強(qiáng)度碳纖維成形技術(shù)工藝也有一定的技術(shù)壁壘。
(3)投資風(fēng)險(xiǎn)
碳纖維的成本降幅不及預(yù)期