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《2025年全球航空航天材料市场规模预计将达265亿美元》

  • 来源专题：中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
  • 编译者： 冯瑞华
  • 发布时间：2020-12-09

  • 根据ReportLink最新发布的全球航空航天材料工业市场分析报告，预计到2025年，全球航空航天材料的市场规模将达到265亿美元。

    在轻量化、降低油耗和日益增强的环保概念等因素驱动下，制造飞机的先进和可持续材料的价值不断增长。伴随着航空航天工业逐渐向飞机管理中的“从摇篮到坟墓”方向发展，在未来几年中，可持续材料的商业价值将增加一倍以上。

    目前常用的航空航天材料主要包括金属合金和聚合物基复合材料，这些材料是根据航空航天需求而开发和定制，来实现较高的抗疲劳载荷、高强度和耐热性等。

    此外，随着3D打印制造技术在航空航天领域的盛行，迫切需要开发适合增材制造平台的材料。当前可用的具有与增材制造（additive manufacturing，AM）组件兼容的材料主要包括钛合金粉末（Ti-6Al-4V）、钛合金激光沉积产品（Ti-6Al-4V）、镍基高温合金625等。

    所有航空航天材料均需要经过严格的机械性能和耐用性测试，例如，用于受拉结构的材料要经过拉伸测试，而用于受压结构的材料要通过压缩试验验证。此外，航空航天还格外关注材料的吸湿性能，以确保在发动机应用中安全使用。这些测试内容包括材料的弹性模量、屈服强度、腐蚀和抗氧化等，以确保它们在航空环境中使用时不会退化或丧失功能。

    近年来，碳纳米管（Carbon nanotubes，CNT）和基于CNT的碳纤维基材料在航空航天应用中越来越受到广泛欢迎。它们比目前使用的常规材料具有众多优势，因此，碳基材料代表了航空航天材料和工程的未来。

    CNT纤维具有显着降低飞机重量的潜力，目前正在研究其在发动机应用中替代常规碳纤维环氧树脂基复合材料的可能性。因此，在未来几年内，以碳纳米管纱线为原料，开发高强度复合材料将引起科研人员强烈的研发兴趣。

    与此同时，通过使用碳纳米管对碳纤维复合材料进行改性，可使航空航天复合材料具有导电性，从而带来了迄今为止无法想象的收益。CNT具有增强的电导率和导热率，这两个功能将为航空航天应用开辟新的功能可能性。在飞机除冰系统中，碳纳米管应用已经越来越多。

    高拉伸模量的碳纤维的不断发展将有助于扩大飞机制造业的机会。目前正在开发的其他新型材料包括微纤化纤维素（microfibrillated cellulose，MFC），镁纳米自适应混杂纤维（也称为模糊纤维）、纤维金属层压板（Fiber metal laminates，FML）、增强铝（CentrAl）、陶瓷基复合材料（ceramic matrix composites，CMC）。

    尽管材料的持续创新仍然是增长的主要动力，但飞机机队的持续扩张预示着未来健康的生产机会。美国和欧洲代表着全球大型市场，合计占有67.3％的市场份额。在分析期内，中国是增长最快的市场，在预测期内复合年增长率为9.4％，这得益于中国航空业开启了一个新时代，中国正准备向雄心勃勃的“中国制造2025”目标迈进。

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为大批量市场开发成熟的先进制造工艺，以1到2分钟为周期。降低材料和零件成本，使复合材料零件具有与钢铁和铝零件的竞争力。发展颠覆性技术，在生命周期和性能方面获得竞争优势。 碳纤维市场继续以每年10%到15%的速度增长。2018年，全球碳纤维需求量约为85000公吨。去年的增长是由航空航天项目、风电叶片和各种工业应用中碳纤维使用量的增量增长带动的。 在可预见的未来，预计这一产业将保持该增长速度。其中，航空航天和风电叶片的应用各占市场的五分之一左右，而汽车和体育用品占据市场的六分之一左右。剩余的25%到30%的市场包括各种各样的应用：注塑塑料、压力容器、建筑和基础设施加固、工具、海洋、石油和天然气。随着更多应用和程序投入生产，所有细分市场都在增长。 碳纤维生产的行业能力正在收紧。工业铭牌容量（额定产能）可能为14万公吨，但考虑到生产产品的组合和品种以及工艺固有的击倒效应，有效工业净容量仅为10万公吨左右。因此，我们目前看到，无论是长期生产商还是新进入场的参与者，都有几家新工厂和产能扩张正在进行。 中国是新进的参与者，占世界碳纤维需求的20%到25%，而且中国也有追赶的能力和空间：中国生产商拥有世界铭牌产能的12%到15%，但生产的碳纤维不到世界碳纤维的5%。中国公司有充分的资源来实现更多的自我发展目标。预计2019-2020年碳纤维需求将突破10万吨，且预计产能还将增加。 在任何应用中，对碳纤维增强塑料CFRP的接受与否将取决于技术条件和经济效益。在大多数应用中，碳纤维的主要技术优势来自于材料的高强度重量性能，从而降低了重量结构。 所有最终用途的细分市场都显示出巨大的增长潜力。航空航天、风电叶片、体育用品和模塑料都是很好的最终用途，随着越来越多的项目被设计成使用碳纤维复合材料，它们将继续保持增长。压力容器（用于压缩天然气、液化石油气、氢气等）以及建筑和基础设施应用是较新的最终用途，随着其效益和施工方法的进一步开拓，增长潜力巨大。 汽车应用具有最高的市场潜力。由于大规模生产应用的采用和自动化程度的提高，碳纤维的成本和碳纤维增强塑料零部件的制造成本预计都将下降，因此碳纤维在汽车应用中的机会几乎是不可想象的。大批量生产将导致更低的成本和更大的接受度。 美国的经济增长是通过基础设施投资实现的，但资金缺口已经形成，威胁到未来的增长和增长速度。在未来10年里，美国土木工程师学会（ASCE）预计收入和需求之间的资金缺口将达1.4万亿美元，如果不能大幅缩小资金缺口，将导致美国国内生产总值（GDP）损失3.9万亿美元，就业机会减少250万人；由于基础设施薄弱，每家每年将花费3400美元。 纤维增强聚合物复合材料产品和相关系统可以有效地修复或改造美国正在使用的基础设施，而更换成本仅为原成本的一小部分。特别是在高腐蚀地区，与传统建筑材料相比，它们可以带来更经济的替换。 碳纤维生产的行业能力正在收紧。工业铭牌容量（额定产能）可能为14万公吨，但考虑到生产产品的组合和品种以及工艺固有的击倒效应，有效工业净容量仅为10万公吨左右。因此，我们目前看到，无论是长期生产商还是新进入场的参与者，都有几家新工厂和产能扩张正在进行。 中国是新进的参与者，占世界碳纤维需求的20%到25%，而且中国也有追赶的能力和空间：中国生产商拥有世界铭牌产能的12%到15%，但生产的碳纤维不到世界碳纤维的5%。中国公司有充分的资源来实现更多的自我发展目标。预计2019-2020年碳纤维需求将突破10万吨，且预计产能还将增加。 在任何应用中，对碳纤维增强塑料CFRP的接受与否将取决于技术条件和经济效益。在大多数应用中，碳纤维的主要技术优势来自于材料的高强度重量性能，从而降低了重量结构。 所有最终用途的细分市场都显示出巨大的增长潜力。航空航天、风电叶片、体育用品和模塑料都是很好的最终用途，随着越来越多的项目被设计成使用碳纤维复合材料，它们将继续保持增长。压力容器（用于压缩天然气、液化石油气、氢气等）以及建筑和基础设施应用是较新的最终用途，随着其效益和施工方法的进一步开拓，增长潜力巨大。 汽车应用具有最高的市场潜力。由于大规模生产应用的采用和自动化程度的提高，碳纤维的成本和碳纤维增强塑料零部件的制造成本预计都将下降，因此碳纤维在汽车应用中的机会几乎是不可想象的。大批量生产将导致更低的成本和更大的接受度。 美国的经济增长是通过基础设施投资实现的，但资金缺口已经形成，威胁到未来的增长和增长速度。在未来10年里，美国土木工程师学会（ASCE）预计收入和需求之间的资金缺口将达1.4万亿美元，如果不能大幅缩小资金缺口，将导致美国国内生产总值（GDP）损失3.9万亿美元，就业机会减少250万人；由于基础设施薄弱，每家每年将花费3400美元。 纤维增强聚合物复合材料产品和相关系统可以有效地修复或改造美国正在使用的基础设施，而更换成本仅为原成本的一小部分。特别是在高腐蚀地区，与传统建筑材料相比，它们可以带来更经济的替换。 汽车新技术的出现也将影响到该行业未来对复合材料的需求。目前，电动动力总成和自动驾驶汽车对汽车材料的影响目前是争论的焦点。电动车辆具有必须封闭的大型电池，以提供对环境和路面的保护。无人驾驶汽车将改变人们与汽车互动的方式，并为车的内部功能创造新的需求和愿望。对于复合材料而言，这些技术变化的时间和规模，将决定它们是短期还是长期具有吸引力的机会。 复合材料在汽车行业的市场份额仍有很大的提升空间。在短期内，对轻量级结构的需求将推动复合材料的新应用，以帮助满足日益增长的监管障碍。 欧洲的复合材料工业连续第六年增长，与前一年相比增长了2%，估计总产量为114万公吨。同过去几年一样，欧洲生产的玻璃钢数量反映了在各个市场部门观察到的趋势。主要用于汽车工业的热塑性塑料的生产，总体上仍比大多数热固性材料的生产增长更为强劲。 尽管欧洲的玻璃钢产量持续增长，但其产量仍落后于全球平均的市场趋势。特别是在亚洲和美国，近年来的产量一直在以超过2%的速度增长。 一项按国家分类的分析突出了欧洲内部的各种趋势。区域市场之间存在着很大的差异，需要进行单独的分析。例如，德国的玻璃钢加工十分注重运输部门和电子/电子工业。相比之下，土耳其的基础设施市场正在蓬勃发展，而挪威和瑞典的石油和天然气行业则表现强劲。 从积极的方面看，所审查的任何欧洲区域的生产都没有下降。西班牙、葡萄牙、法国和意大利等南欧国家今年的经济增长率均高于平均水平。2012年以来，西班牙、葡萄牙产量明显稳定，近期呈上升趋势。德国仍是欧洲复合材料的领导者，2018年的总产量为22.9万吨。 东欧国家的市场增长率高于平均水平2.5%。在比荷卢三国（比利时、荷兰和卢森堡）、斯堪的纳维亚、奥地利和瑞士，报告的水平保持不变，因此低于平均水平。英国和爱尔兰的产量仅增长了1.3%。 除了用于系列生产的既定材料（如SMC/BMC和热塑性塑料）外，既定的连续工艺（如拉挤）也再次成为人们关注的焦点。 不同的细分市场也为提高玻璃钢产量带来了希望。GFRP在天线结构和建筑覆层中具有较大的应用潜力。复合材料已经在日益增长的航空航天领域的轻质建筑概念中发挥了关键作用。能源部门也在扩张，近年来变得越来越重要。这一趋势将持续多年。 由于GFRP和其他复合材料的通用性和与其他材料结合的非凡适用性，它们在许多应用中具有突出的潜力。然而，对这些材料的认识仍然十分有限，决策者无法广泛考虑这些材料。这种情况必须改变，因为组合通常是一种很好的选择，如果不是更好的话。如果客户能够重新评估这些材料和复合材料是否符合标准/规范，那么未来几年欧洲市场的增长速度将比以往更快。 中国占全球建筑总量的一半以上，这是复合材料的主要推动力。过去10年，快速增长的汽车、铁路、建筑和风能行业对先进材料的巨大需求，彻底改变了中国复合材料行业。在原材料、夹层芯材及辅助材料、制造工艺、模具、设计技术及应用等方面取得了显著进展。 中国的玻璃钢工业直到1995年左右才开始起步，而美国的复合材料工业早在二十世纪70年代初就已全面发展起来。在过去20年的快速发展中，中国已成为世界上最大的玻璃纤维生产国和供应国。今天，中国玻璃纤维复合材料行业的市场规模是美国的两倍。中国利用玻璃钢的主要垂直领域包括电力、交通、建筑、水处理、风能和化工。 玻璃纤维产能已达385万吨，其中中国巨石、泰山玻纤、重庆国际复合材料占60%以上。中国有近5000家复合材料生产企业，玻璃纤维复合材料年出货量462万吨。 中国工业对碳纤维的研究、开发和商业化落后工业化国家约35年，市场仍处于起步阶段。2000年，中国政府和行业开始投资碳纤维的生产。在2017年，只有7家公司能够每年生产1000吨以上的碳纤维来满足中国国内市场的需求。中国碳纤维工业在数量、质量、性能、应用等方面与工业化国家还存在较大差距。目前，中国的CFRP复合材料在体育休闲产品和一般工业（如风能、汽车、交通和建筑）上的消耗量几乎相当。 尽管市场起步较晚，但2017年中国碳纤维产量与进口碳纤维一起达到了5700吨的出货量，能够满足国内23487吨的市场需求。未来看上去很光明，中国拥有最大的聚丙烯腈（PAN）纤维的生产量，这将使聚丙烯腈基碳纤维及复合材料行业在未来十年继续扩大。 中国复合材料行业的发展，市场渗透率的显著提高，为海外企业提供了巨大的机遇。以中国风能市场为例：在过去10年里，中国风电行业以平均每年41%的速度增长，到2017年，风电装机容量将达到1.88亿千瓦。该行业的目标是到2020年总装机容量达到2亿千瓦，其中海上装机容量为3000万千瓦。所有主要的风能公司在中国都有业务，包括维斯塔斯、通用电气、西门子Gamesa和LM风电。 中国复合材料行业预计两年后将迎来一个转折点，届时国内碳纤维产量将超过进口数量。多家公司将拥有高性能级碳纤维（T700/T800/T1000）生产线，并计划应对技术挑战，确保国内产品与进口产品竞争。 为促进复合材料的广泛应用，中国复合材料产业正在研究低成本设计制造技术、结构多功能集成技术、环保材料、修复改造技术、循环利用技术。随着复合材料的优势得到更广泛的传播，特别是在下游终端用户中，该行业也将从中受益。此外，自动化生产、现代化管理和规模化生产，加上严格的质量保证和质量控制，以及各种市场的不断扩大，必将使中国复合材料工业在未来十年以每年两位数的速度增长。
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  • 《2025年全球热塑性复合材料市场规模将达318亿美元》
    • 来源专题：中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者：冯瑞华
    • 发布时间：2020-09-11
    • 根据Research And Markets公司8月18日发布的最新2020-2025年全球热塑性复合材料市场分析报告，全球热塑性复合材料市场规模预计将从2020年的222亿美元增长到2025年的318亿美元，复合年增长率为7.5％。 复合材料具有优异的性能如高刚度、高强度、低密度、导热性和导电性、耐疲劳性和耐腐蚀性。由于复合材料具有上述出色性能，因此在一些高性能终端领域的应用中，它们比常规材料（如铝、钢等）更受青睐。 在所有类型热塑性复合材料中，碳纤维热塑性复合材料是市场规模增长最快一类材料。预计2020年至2025年碳纤维热塑性复合材料的复合年增长率最高。由于碳纤维的强度是玻璃纤维和天然纤维的两倍甚至数倍，强度和重量轻30％，并且已在高端应用中提供了重量轻、耐腐蚀、高强度等特性。预计未来碳纤维制造的进步和原油价格的下降将导致碳纤维热塑性复合材料价格的下降。反过来，这将进一步促进碳纤维热塑性复合材料在各种最终用途行业中的增长和渗透。 就热塑性树脂基体类型而言，PEEK是增长最快的热塑性复合材料。PEEK基热塑性复合材料在航空航天与国防、汽车和医疗行业中有着很高的需求。PEEK树脂具有极高的韧性，并具有很高的环境和防火性能。PEEK树脂基热塑性复合材料在高温应用中具有热稳定性，并耐化学性和耐疲劳。碳纤维增强PEEK复合材料可提供高水平的刚性和蠕变强度。但是，由于COVID-19和价格上涨，预计PEEK的需求将在2020年下降，但在全球经济稳定之后将会恢复。 就增强纤维形式而言，长纤维热塑性塑料（LFT）有望实现热塑性复合材料市场的最高复合年增长率。由于成本适中，LFT预计将在预测期内实现最高增长。LFT主要使用与多种热塑性复合材料兼容的玻璃纤维和碳纤维。因此，在热塑性复合材料市场中，来自各种最终用途工业的LFT有很高的需求。由于COVID-19，在风能、消费品和电子产品、建筑、运输以及航空航天和国防工业中，对LFT的需求有所减少，但COVID-19大流行结束后这些行业的复苏将恢复对LFT的需求。 就终端应用领域而言，航空航天和国防是增长最快的热塑性复合材料应用行业。由于飞机内部应用的需求不断增加，在预测期内，航空航天与国防工业的价值复合年增长率最高。热塑性复合材料具有轻便、提高燃油效率、FST性能、耐腐蚀性能以及模制成不同复杂形状的能力。因此，热塑性复合材料的增长在航空航天和国防工业中是最高的。 亚太地区是增长最快的热塑性复合材料市场。预计在预测期内，亚太地区在全球热塑性复合材料市场中的复合年增长率最高。低成本劳动力、热塑性复合材料技术解决方案的发展以及热塑性复合材料在各种最终用途行业中的渗透，为该地区热塑性复合材料行业的增长提供了支持。
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