●碳纖維復材在民航結(jié)構(gòu)件上占比可高達50% 航空航天領(lǐng)域的產(chǎn)品耗資巨大，即使是很小的減重也能對總成本產(chǎn)生巨大影響，據(jù)波音公司估算，噴氣客機質(zhì)量每減輕 1 kg，飛機在整個使用期限內(nèi)可節(jié)省 2200 美元。美國 NASA 數(shù)據(jù)顯示，航天器每減重 1 千克，將增加 1kg 有效載荷，可以節(jié)約 2 萬美元。因此材料的輕量化在航空航天領(lǐng)域至關(guān)重要。
全球航空航天領(lǐng)域碳纖維近幾年穩(wěn)定增長，2019 年需求 2.35 萬噸，同比增長 12%。Mordorintelligence 預計全球航空碳纖維市場 2019 年-2024 年復合年增長率將超過 11％。中國市場 2018 年需求 0.11 萬噸，同比增長 22.2%，高于全球水平。中國市場在全球市場的占比逐年增長，從 2015 年的 3.1%增長到 2019 年的 4.68%，2022 年有望占全球航空航天領(lǐng)域碳纖維需求的 6.3%。2017 年，經(jīng)過了前幾年的技術(shù)研究和下游產(chǎn)品的研發(fā)準備，隨著新航空航天設(shè)備研制結(jié)束，批產(chǎn)期到來，國內(nèi)航空航天領(lǐng)域碳纖維需求迎來快速增長，根據(jù)賽奧碳纖維預測，隨后兩年都有望保持 20%以上的高速增長。
1970 年代起碳纖維開始在飛機阻流板、升降陀等二次構(gòu)造材料上被使用。積累了實際使用經(jīng)驗后，1980 年代后期開始，尾翼和客艙等一次構(gòu)造材料上也逐漸開始使用碳纖維。美國波音公司和歐洲空中客車公司這兩家大型飛機生產(chǎn)企業(yè)在各機型上不斷增加碳纖維的使用量，飛機零部件使用的碳纖維型號也從早期的 T300 變化成 T700、T800 以及高模高強的 M 系列碳纖維。
2007 年投入運營的空客 A380 以及 2009 年起航的波音 787 單機都使用了超過 30 噸的碳纖維增強復合材料。波音 787 的主翼和艙體全部采用碳纖維增強復合材料制造生產(chǎn)，外板也采用全碳制造，碳纖維增強復合材料占據(jù)了其結(jié)構(gòu)重量的約 50%，可以說是一款劃時代的飛機，該款機型是 2015 年前拉動碳纖維需求增長的主要驅(qū)動力。2016 年開始，空客 A350 成為增加碳纖維需求的重要助力，2017 年空客 A350XWB 交付 78 架，比 2016 年增加 60%。此外，2019 年亮相的波音 777X 對發(fā)動機和復合材料機翼則進行了優(yōu)化設(shè)計，革命性地采用整體翼梁設(shè)計，機翼長度達 32 米，4 根翼梁需要約 640km 碳纖維絲束，降低了 777X 的空機重量。
●商飛及航空裝備有望拉動我國碳纖維需求
商用飛機是未來驅(qū)動我國碳纖維需求增長的重要引擎。我國的民航飛機企業(yè)中國商飛公司研發(fā)的國產(chǎn)客機也應用了碳纖維，C919 是碳纖維材料首次在國產(chǎn)客機大規(guī)模應用的機型，碳纖維復合材料用量約為 12%，主要采用 T300、T800 級別的碳纖維。應用部位包括水平尾翼、垂直尾翼、翼梢小翼、后機身（分為前段和后段）、雷達罩、副翼、擾流板和翼身整流罩等。此后，C919 系列飛機的復合材料比例有望逐漸提高，復合材料產(chǎn)業(yè)鏈將會朝國產(chǎn)化進一步邁進，推動國內(nèi)碳纖維企業(yè)發(fā)展。
據(jù)商飛規(guī)劃，中國商飛公司與俄羅斯聯(lián)合航空制造集團聯(lián)合研制的遠程寬體客機 CR929 的碳纖維復合材料用量預計超過 50%，主要運用 T800 級別的碳纖維。據(jù)復合材料傳媒報道，中航復材受中國商飛委托開展 CR929 用碳纖維復合材料研究工作，光威復材、中簡科技、恒神股份等公司也在推動 T800 級別碳纖維的研發(fā)開發(fā)。
根據(jù)新材料在線報道，我國首次使用航空復合材料要追溯到 1970 年代中期，殲 12 飛機的進氣道壁板使用吉化的高強一號碳纖維制造。其他機型在不同部位也應用了碳纖維復合材料，占比 0~20%不等。軍用碳纖維的應用涉及國防安全問題，由于日本和美國對我國禁運，所以碳纖維國產(chǎn)化十分迫切。中國對國防軍工碳纖維的研究始于 1962 年。20 世紀 80 年代，通過從國外引進碳纖維技術(shù)和設(shè)備，我國碳纖維行業(yè)才開始發(fā)展。本世紀初，我國開發(fā)出了 CCF300 和 HF10A 型號碳纖維，與東麗 T300 性能相當。根據(jù)公告，光威復材在攻克 T300 級技術(shù)后，在 T800 級高強中模碳纖維生產(chǎn)技術(shù)的攻克也取得突破性進展，其 T800 產(chǎn)品已被選用驗證。
根據(jù)飛行國際的數(shù)據(jù)，我國約 60%的軍用飛機面臨退役，將換成新一代空戰(zhàn)力量，這將在很大程度上拉動高端碳纖維復合材料的需求。在常規(guī)武器裝備領(lǐng)域，我國武器的更新?lián)Q代也迫切需要采用輕質(zhì)高強、耐腐蝕的碳纖維復合材料來替代以往的金屬材料，可見碳纖維市場需求將不斷增長。
●國產(chǎn)航天級碳纖維突破技術(shù)封鎖
航天方面，向宇宙發(fā)射搭載了衛(wèi)星等設(shè)施的火箭和太空梭需要消耗大量的財力和能量。因此，減輕材料的重量至關(guān)重要。碳纖維對于人造衛(wèi)星和火箭等的大型化上做出了重要貢獻，如國產(chǎn)人造衛(wèi)星的結(jié)構(gòu)體、太陽能電池板和天線中使用了碳纖維復合材料。高真空環(huán)境中，在強烈宇宙射線和紫外線的暴曬下，碳纖維材料的熱膨脹系數(shù)僅為金屬材料的 1/10 左右，具備對抗溫度變化的穩(wěn)定性。碳纖維還具備優(yōu)異的比強度、比拉伸模量和各向異性，是最適合宇宙用途的材料。今后隨著通訊衛(wèi)星等設(shè)備發(fā)射數(shù)量的增加，碳纖維的市場將不斷擴大。
我國航天級碳纖維制造技術(shù)在不斷突破美日的技術(shù)封鎖，根據(jù)公告，現(xiàn)在國內(nèi)光威復材、中簡科技、中復神鷹已經(jīng)有能力生產(chǎn) MJ 級別的高強高模碳纖維。
汽車船舶領(lǐng)域：優(yōu)化制造成本將有望打開市場
碳纖維在汽車、船舶等交通工具的制作上都有不小的貢獻。賽車首先使用了碳纖維增強復合材料，不僅實現(xiàn)了輕量化，高強度和高剛性的車架還具備高沖擊力吸收的能力，為駕駛員的安全提供了必要保障。碳纖維增強復合材料的優(yōu)越性能被賽車證實后，在高級車上也開始普及，在構(gòu)造部件和外部部件都有所應用。碳纖維同樣活躍于小船，游艇，大型船艇等船舶上，其輕量化的特性能提高船舶的航行速度，還能節(jié)省燃料。碳纖維增強復合材料和以往使用的玻璃纖維復合材料有近似的中間基材形態(tài)和成型法，能較容易地進行材料替換。
2019 年汽車領(lǐng)域碳纖維需求 11800 噸，增速為 9.26%。預計未來兩年仍有望保持 10%左右的增速。
●節(jié)能減排政策推動汽車輕量化
汽車產(chǎn)業(yè)是國民經(jīng)濟和社會發(fā)展的重要因素，是國民經(jīng)濟的重要支柱產(chǎn)業(yè)。隨著我國經(jīng)濟快速發(fā)展，城鎮(zhèn)化進程持續(xù)推進，汽車需求量在長時間內(nèi)仍將保持增長勢頭。但汽車大量增加會帶來能源緊張和環(huán)境污染問題。為了緩解能源緊張和環(huán)境污染帶來的壓力，實現(xiàn)汽車產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，亟需發(fā)展節(jié)能汽車與新能源汽車。
我國于 2005 年開始實施乘用車單車油耗限值標準，現(xiàn)已經(jīng)歷了三個階段，2016 年進入第四階段。國務院于 2012 年發(fā)布了《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2012—2020 年）》，提出了第四階段國家乘用車產(chǎn)品平均燃料消耗量是 2020 年降至 5.0L/100km 的目標。在工業(yè)與信息化部 2015 年發(fā)布的《中國制造 2025》中又提出 2025 年降至 4L/100km 左右的目標。
為了滿足規(guī)定的油耗指標，汽車制造商可選擇兩條路，一是提高發(fā)動機效能，二是車身減重。我國由于技術(shù)積累等原因，短期內(nèi)難以在提高發(fā)動機效能方面取得進展。傳統(tǒng)發(fā)動機的油耗改進措施有限，很難滿足平均油耗降到 5.0L/100km 的目標。2016 年國產(chǎn)傳統(tǒng)車平均燃料消耗 6.83L/100km，離 5.0L/100km 甚至 4L/100km 的目標仍有一定差距。但是輕量化的道路無疑前景廣闊。實驗證明，一般整車重量每減少 10％，油耗可以降低約 6％－8％；汽車整備質(zhì)量每減少 100 公斤，每百公里油耗可降低 0.3-0.6 升，因此為了滿足平均燃料消耗量 2020年降至 5.0L/100km、2025 年降至 4L/100km 的目標，傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車輕量化是降低油耗的必然選擇。
不僅是中國，全球汽車廠商同樣面臨嚴峻挑戰(zhàn)。美國奧巴馬政府于 2012 年出臺的方針，要求 2025 年前美國汽車每加侖汽油行駛 87.7 公里，即每 100 公里耗油大約 4.32 升。2018 年 8 月 2 日，特朗普公布計劃下調(diào)奧巴馬時代制定的新車燃效標準的提案，2020 年聯(lián)邦政府將不再出臺新的燃效標準，建議未來燃效標準停留在 2020 年每加侖汽油行駛 56.3 公里，約每 100 公里耗油 6.72L 的水平，但此舉遭到包括加州在內(nèi)的美國 19 個州以及華盛頓特區(qū)的反對。歐盟委員會于 2015 年出臺新的減排法規(guī)，規(guī)定到 2021 年歐盟境內(nèi)銷售的新乘用車二氧化碳排放量上限為 95g/km。嚴格的排放法規(guī)使各大汽車廠商紛紛采取行動，將節(jié)能減排納入未來發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分，與此同時，作為節(jié)能減排的重要措施，汽車輕量化受到各大廠商的重視。
●碳纖復合材料有望成為汽車結(jié)構(gòu)件輕量化材料首選
汽車輕量化的主要手段包括選用輕質(zhì)材料、優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計和改進制造工藝等。相比于前者，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計和改進制造工藝帶來的減重效果較小，因此目前實現(xiàn)汽車輕量化主要方向是選用輕質(zhì)材料。
現(xiàn)階段應用最廣的汽車輕量化材料是鋁合金，在輪轂、發(fā)動機、散熱器、 油管等方面有著應用廣泛。鋁的密度僅為鋼鐵的 1/3，導熱性和耐腐蝕性好，且鋁合金強度高、吸能性好。但鋁合金工藝復雜且后續(xù)維修費用高，普通車企還需要攻克焊接等一系列技術(shù)難題才能將此材料應用到汽車生產(chǎn)中。
鎂合金也很適合用于制造汽車零件。鎂是實際應用的金屬中最輕的金屬，其密度約為鋁的2/3。鎂鑄件最早應用于車輪輪輞，現(xiàn)也應用于離合器殼體及踏板、座椅、轉(zhuǎn)向柱部件、轉(zhuǎn)向盤輪芯、變速箱殼體、發(fā)動機懸臵、氣缸蓋及罩蓋等零部件。但鎂合金車身板件的制造加工成本要比鋁制板件高出 3 至 4 倍，因此并沒有被廣泛使用。
相比之下，碳纖維密度小、耐腐蝕、比強度和比模量高、易成型、還能節(jié)能抗震，是優(yōu)異的汽車輕量化材料，目前主要應用于車身、底盤、保險杠等零部件。車身和底盤是汽車零部件中重量最大的部分，占了總重的約 60％，最具輕量化潛力。材料的強度和模量是選擇車身底盤材料時最重要的力學指標，碳纖維在這兩方面遠優(yōu)于其它材料，此外，碳纖維在碰撞中的能量吸收能力是鋼或鋁的 4-5 倍，用于車身結(jié)構(gòu)部件時能提供良好的安全保障，因此碳纖維有望成為汽車結(jié)構(gòu)件首選材料。若用碳纖維復合材料結(jié)構(gòu)制造車身，可比鋼體車身減重 60%，提高 30%以上的燃油效率。根據(jù) Tetsuyuki Kyono 的模擬測算，當汽車整車的 17%由碳纖維增強復合材料制造時，整體車重可減少 30%，減重效果顯著。
●寶馬 i3 成首款全碳纖維車架的量產(chǎn)車
寶馬作為汽車制造行業(yè)的風向標，是率先將碳纖維應用到車體制造中的品牌之一。在 2013 年寶馬 i3 全球發(fā)布會上，公司指出碳纖維材料首次大量引入寶馬 i3，并專門采用了新的設(shè)計理念，由 Life 和 rive 兩個模塊拼合來打造 i3。具體來說：Life 模塊是乘員艙結(jié)構(gòu)，采用的是碳纖維增強復合材料，大幅降低了整車重量；Drive 模塊是底盤，采用的是鋁合金材質(zhì)，電池和發(fā)電機臵于 Drive 模塊中。i3 整車重量為 1248kg，約使用了 200-300kg 碳纖維復合材料，占比約為 16%-24%。車身重量比傳統(tǒng)電動車減輕了 250-350kg。
為了解決碳纖維的原材料供應問題，降低碳纖維成本，寶馬曾收購德國西格里（SGL）的部分股權(quán)，并和西格里成立了合資公司 SGL ACF 專門生產(chǎn)碳纖維。除了寶馬外，其他汽車廠商也逐步擴大碳纖維在汽車上的應用。國際上主要大型汽車廠商和碳纖維生產(chǎn)商正在形成合作伙伴關(guān)系，通過合資、入股、聯(lián)合開發(fā)的方式共同開展碳纖維研究。
●成本問題限制碳纖維汽車大范圍推廣
自從 1981 年碳纖維復合材料被運用于邁凱倫 Mclaren MP4-1 車型，亮相 F1 賽車場之后，便進入了汽車制造的應用中。但到目前為止，碳纖維復合材料仍主要應用在高端跑車上，沒有得到大規(guī)模應用，原因主要來自于高昂的成本。
碳纖維的材料加工成本過高。正如上文提到的，目前 90%以上的碳纖維生產(chǎn)采用的是 PAN 基碳纖維。PAN 基碳纖維的生產(chǎn)流程需要精細的制造工藝、原材料預處理，對設(shè)備提出很高的要求，比傳統(tǒng)的金屬加工流程復雜得多。PAN 基碳纖維的生產(chǎn)流程最重要的一環(huán)便是對工藝的把控，有時一條同樣的生產(chǎn)線，采用的設(shè)備、原材料和設(shè)臵的生產(chǎn)參數(shù)完全相同，生產(chǎn)出的碳纖維質(zhì)量卻很可能有很大差異，需要大量的生產(chǎn)經(jīng)驗積累才能把控好制造工藝。此外，PAN 基碳纖維的生產(chǎn)前驅(qū)體（Precursor）是化工產(chǎn)品，價格直接與國際油價掛鉤，前驅(qū)體的成本占據(jù)了碳纖維材料成本的 43％，油價波動極大影響了碳纖維的材料加工成本。因此，碳纖維車身的價格要遠高于傳統(tǒng)的鋼鐵車身，鋼鐵車身加工成本每磅只要 4 美元，而碳纖維車身每磅 16 美元，是鋼鐵車身成本的四倍，尚達不到可大規(guī)模生產(chǎn)的競爭力。
此外，碳纖維車身的修復成本也是阻礙碳纖維汽車大范圍推廣的一大難題。碳纖維車身通常一體成型，如果受到撞擊造成損壞只能將整體結(jié)構(gòu)全部更換，無法像傳統(tǒng)鋼鐵車身那樣修復，用碳纖維布和環(huán)氧樹脂填補的方法無法修復已被破壞的車身整體結(jié)構(gòu)，修補后的車身結(jié)構(gòu)強度無法恢復到原來的指標，車輛的使用風險增加。對此，寶馬采用不加熱的膠粘鉚接工藝對新型材料車身結(jié)構(gòu)進行修復，通過膠粘使車身具有牢固的連接效果，膠粘部分還會再用鉚接進行強化，恢復車身的安全性能。
格瑞德1993年建立于山東德州，目前是一家圍繞人工環(huán)境，橫跨新能源、新材料、裝備制造、節(jié)能環(huán)保、信息技術(shù)五大戰(zhàn)略新型產(chǎn)業(yè)的企業(yè)集團。格瑞德進行全球化業(yè)務運作，產(chǎn)品和服務遍布全國的每一個省市和全球五大洲的100多個國家和地區(qū)，廣泛應用于基建工程、商業(yè)地產(chǎn)、工業(yè)制造、農(nóng)業(yè)開發(fā)、電子信息、車輛工程、環(huán)保處理、醫(yī)藥凈化、海洋工程、軌道交通等領(lǐng)域。格瑞德從業(yè)人員過萬人，在山東、貴州、四川、新疆、內(nèi)蒙等地建有生產(chǎn)基地，在上海、北京、濟南、蘭州以及美國洛杉磯建有研發(fā)中心。
格瑞德進行全球化業(yè)務運作，產(chǎn)品和服務遍布全國的每一個省市和全球五大洲的100多個國家和地區(qū)，廣泛應用于基建工程、商業(yè)地產(chǎn)、工業(yè)制造、農(nóng)業(yè)開發(fā)、電子信息、車輛工程、環(huán)保處理、醫(yī)藥凈化、海洋工程、軌道交通等領(lǐng)域。格瑞德從業(yè)人員過萬人，在山東、貴州、四川、新疆、內(nèi)蒙等地建有生產(chǎn)基地，在上海、北京、濟南、蘭州以及美國洛杉磯建有研發(fā)中心。
集團在北京、天津、沈陽、西安、武漢、昆明、蘭州等全國各地建立30多個銷售服務公司，依托遍及大江南北的30多個銷售服務公司，格瑞德建立了一套完善的售后服務體系，建立起以市場為導向的多層面、立體化的營銷網(wǎng)絡(luò)和售后服務網(wǎng)絡(luò)，使用戶所購產(chǎn)品擁有最值得信賴的保障。
創(chuàng)新和變革，格瑞德通過500多項專利技術(shù)成果的實現(xiàn)和應用，通過商業(yè)模式的不斷革新和與時俱進，成就了中國機械500強和中國新材料企業(yè)重點單位的行業(yè)地位殊榮。萬里路途，不忘初心，時序更替，夢想前行，我們將繼續(xù)本著“自強不息，厚德載物”的企業(yè)精神創(chuàng)建一流企業(yè)，實現(xiàn)百年基業(yè)。
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格瑞德致力于讓人工環(huán)境更美好，通過打造空調(diào)工程、通風人防、復合材料、環(huán)保工程領(lǐng)域的全過程解決方案來滿足客戶需求，格瑞德構(gòu)建了包括品牌規(guī)劃、系統(tǒng)設(shè)計、技術(shù)開發(fā)、產(chǎn)品制造、整體施工、維護服務、檢測認證、人才交流、產(chǎn)業(yè)集群的全生命周期產(chǎn)業(yè)鏈和產(chǎn)業(yè)生態(tài)。
格瑞德集團致力于揮發(fā)性有機廢氣治理、固體廢棄物安全處理處置、高濃度廢水等凈化處理工程，提供方案論證、工程設(shè)計、施工管理、安全運營、維護保養(yǎng)、清潔生產(chǎn)、環(huán)境建設(shè)等綜合環(huán)保解決方案。
公司不僅要生產(chǎn)一流產(chǎn)品，而且要塑造一流人才。公司將致力于人才的培訓、培養(yǎng)，創(chuàng)造公平、效率，使人才能夠脫穎而出的環(huán)境。 以關(guān)注員工價值為出發(fā)點，企業(yè)發(fā)展與員工價值相統(tǒng)一。
以人為本。人是公司最重要的資源。企業(yè)要做大做強，關(guān)鍵是人。公司不僅為員工提供一個就業(yè)崗位，而且為其提供一個全面發(fā)展、成就事業(yè)的機會。公司不僅要生產(chǎn)一流產(chǎn)品，而且要塑造一流人才。公司將致力于人才的培訓、培養(yǎng)，創(chuàng)造公平、效率，使人才能夠脫穎而出的環(huán)境。 以關(guān)注員工價值為出發(fā)點，企業(yè)發(fā)展與員工價值相統(tǒng)一。
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