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4 全球碳纖維復合材料市場

4.1 根據(jù)基體材料分布

幾乎所有的碳纖維原料都將進一步加工成復合材料來使用。加工的方法就是將纖維嵌入的不同的基體中再發(fā)揮其性能，使之成為一種具有獨特性能的新材料。除了許多其他優(yōu)點外，碳纖維復合材料在輕量化設(shè)計方面具有特別高的潛力。根據(jù)使用環(huán)境的不同，各種金屬基體（金屬基復合材料，MMC），陶瓷材料（陶瓷基復合材料，CMC），或碳（碳纖維增強碳，碳/碳復合材料）都可以作為復合材料的基體材料。

然而，大多數(shù)復合材料都是由聚合物基體（碳纖維增強聚合物，CFRP）和纖維材料組合而成的。圖5描述了一個CFRP所用基體材料的需求量和數(shù)量明細。CFRP最大的市場板塊一般（按成交量統(tǒng)計）根據(jù)所使用的聚合物基體來劃分。下面通過所提供的數(shù)據(jù)，來對成交量進行更詳細的描述。

顯然，根據(jù)交易額（約13億美元；70%）和消耗量（約109.6kt；86.5%），大多數(shù)的碳纖維都應(yīng)用于CFRP中。熱固性樹脂體系在CFRP市場中占據(jù)了主導地位（大約有71.5%，約9.46億美元）。然而在過去的幾年中，熱塑性樹脂所占的比例從2014年（約24%）開始穩(wěn)步增長，2015年達到25%，2016年達到26.3 %。其他聚合物基體材料的市場份額目前仍非常小，雖然在未來，彈性體領(lǐng)域-例如鉸鏈無彈性連接元件或可變型的自適應(yīng)結(jié)構(gòu)組件-可能會引起興趣。非聚合物基體復合材料占據(jù)了整個市場的20%，并由此產(chǎn)生了較高的交易額。這主要是因為這類復合材料主要應(yīng)用在比較單一的場合（如航空航天），而且這些場合都需要花費特別昂貴的費用。

總的看來，2016年全球碳纖維復合材料的需求約126.7kt，對應(yīng)的總交易額約19.31億美元。相比前一年（116.5kt；17.9億美元），需求量增加約7.88%，交易額增加約8.76 %。

圖5按需求（上圖）和成交額（下）計算的全球碳復合材料市場分布（09/2017）。

根據(jù)不同基體劃分，在需求量上：聚合物79.5%，10.07萬噸；陶瓷7.5%，0.95萬噸；碳4%，0.51萬噸；金屬1.5%，0.19萬噸；混合和其他7.5%，0.95萬噸。

根據(jù)不同基體劃分，在成交額上：聚合物68.5%，132.3億美元；陶瓷8.5%，16.4億美元；碳13.5%，26.1億美元；金屬4%，7.7億美元；混合和其他5.5%，10.6億美元；其中熱固性占比71.5%，94.6億美元；熱塑性占比26.3%，34.8億美元；混合，人造橡膠和其他占比2.2%，2.9億美元。

4.2 全球碳纖維增強復合材料的發(fā)展

如圖5（原文如此，有錯誤？）所示，CFRP目前代表了碳纖維復合材料市場中最主要的部分。這種材料組合-基于其優(yōu)良的輕量化設(shè)計潛力-將被視為一個未來幾年必不可少的行業(yè)內(nèi)增長引擎。相應(yīng)地，全球2016年 CFRP需求量約10.1萬噸，而今年，10萬噸CFRP需求量的基準已經(jīng)明顯被超越。這相當在前一年（91kt）的基礎(chǔ)上增長了約10.99%。這導致了在年增長率（CAGR）方面，從2010年到現(xiàn)在，每年增長約11.98 %。預計未來幾年，CFRP還會有介于10%-13%之間的，兩位數(shù)的增長。

CFRP在2016年的全球總交易額約13.23億美元，在前一年（11.6億美元）的基礎(chǔ)上增長了約14.05%。

圖6 全球CFRP需求量估計（按噸數(shù)計算，從2010年到2022年）

全球CFRP需求的發(fā)展與CF市場基本相似（見圖1）。這在很大程度上是由于CFRP板塊在CC（碳復合材料）工業(yè)中占主導地位，大部分生產(chǎn)出來的CF也都用于CFRP板塊。我們可以通過對CF市場自2009年以來的增長特征的觀察，來獲取CFRP市場板塊自2009年以來的增長特征，目前這個增長趨勢穩(wěn)定在10%-13%之間的兩位數(shù)的范圍。值得注意的是，在過去的幾年中CFRP的成交額增長率高于CF的成交額增長率。這個差異在2016年（14.05%和8.7%）變的更加明顯，可以把這個差異歸因于市場的自然波動，也可以歸因于是由于CFRP的高度自動化的成型工藝的發(fā)展。碳纖維的價格和利潤率多年來一直保持相對穩(wěn)定。與碳纖維比較起來，碳纖維增強復合材料的集中性沒有那么強，它分散到很多企業(yè)中去加工完成，造成了市場競爭力大，利潤空間小，但是對于促進市場的快速發(fā)展非常有利。

目前，如圖中2016年呈現(xiàn)的情況，當年的前十大CFRP企業(yè)占據(jù)市場份額的41.32%，41.73kt（消耗碳纖維總產(chǎn)能的87.5%）。前5大CFRP企業(yè)占據(jù)市場份額36.3%，36.66kt（消耗碳纖維產(chǎn)能的69.3%）。然而必須要注意的一點是，CF的市場數(shù)據(jù)是基于Fenix理論上的CF工廠的生產(chǎn)能力得到的，而CFRP的市場數(shù)據(jù)是在需求量的基礎(chǔ)上確定，其產(chǎn)能和需求量之間沒有真正的相關(guān)性，所以當CFRP市場與CF市場比較時，由于其市場結(jié)構(gòu)完全不同，市場集中度明顯較低，競爭對手的規(guī)模也較大，直接來比較這些數(shù)據(jù)是沒有什么意義的。

4.3 碳纖維復合材料需求按區(qū)域成交量分布

2017年9月預估全球碳纖維復合材料的需求量為12.67萬噸。圖15和圖16預估這個領(lǐng)域一共將產(chǎn)生19.31億美元的交易額。所有亞洲區(qū)域（包括太平洋區(qū)域和日本在內(nèi)）的數(shù)據(jù)也都包含在內(nèi)。

圖6 全球碳纖維復合材料需求及所占比例（07/2017）

如圖6所示，根據(jù)不同區(qū)域劃分為：北美4.77萬噸，38%；歐洲4.39萬噸，34%；亞太地區(qū)（包括日本）3.03萬噸，24%；其他地區(qū)0.48萬噸，4%。

圖7 全球碳纖維復合材料交易額（07/2017）

如圖7所示，2017年9月預估碳纖維復合材料的總交易額為193.1億美元。根據(jù)不同區(qū)域劃分為：北美62億美元，32%；歐洲60億美元，31%；亞太地區(qū)（包括日本）55億美元，29%；其他地區(qū)15億美元，8%。

可以看出，碳纖維復合材料地區(qū)的全球營業(yè)額在三個地區(qū)之間的分布幾乎相等。這種分布與圖13所示的全球碳纖維需求有很好的對應(yīng)關(guān)系，這是因為幾乎所有生產(chǎn)出來的碳纖維都用于制造碳纖維復合材料。碳纖維復合材料市場需求量的增長與CF市場需求量相比，不僅增長總量相似，而且對其需求的區(qū)域細分也非常類似，參照前一年的需求量，亞洲地區(qū)有了13.06 %的強勢增長（2015：26.9kt），其他地區(qū)也有7.67%（北美；2015：44.3kt）和7.8 %（西歐；2015：40.8kt）的顯著增長。其余國家和地區(qū)的增長率大約為4%（2015：4.6kt）。如圖13和圖14所表明的那樣，這一發(fā)展趨勢主要歸因于整個亞洲碳市場的經(jīng)濟結(jié)構(gòu)。與此同時，2016年，一些大的碳纖維生產(chǎn)商已在各自相關(guān)國家有了比較大的碳纖維生產(chǎn)能力，這些能力顯然超出了它們國家自身的要求?；谶@種現(xiàn)實情況，隨著時間的推移，國內(nèi)對復合材料原材料的需求只會有所增加。除此之外，還有強有力的政府項目支持，如韓國政府（東北亞經(jīng)濟中心）的與之相關(guān)的活動-例如Hyosung宣布的投資計劃等。此外，經(jīng)濟保護措施也可能導致未來的亞洲地區(qū)碳纖維制造企業(yè)，通過戰(zhàn)略協(xié)作伙伴關(guān)系解決國內(nèi)產(chǎn)能過剩問題或形成利益共同體。有鑒于此，預計CFRP這一布局分布在接下來的幾年中將會繼續(xù)深入下去。

4.4碳纖維復合材料需求的分布-按應(yīng)用成交量

2017年全球碳纖維復合材料的年需求量約126.7kt，與之相關(guān)的交易額約為19.31億美元。圖17和圖18描述了碳纖維復合材料應(yīng)用領(lǐng)域的分布情況。

圖8 全球碳纖維復合材料需求量分布-按應(yīng)用領(lǐng)域劃分（09/2017）

如圖所示（2017年9月預估），碳纖維復合材料的總需求量為12.67萬噸。根據(jù)不同應(yīng)用分布為：航空，航天（包括國防）3.793萬噸，30%；汽車2.788萬噸，22%；風能1.633萬噸，13%；體育休閑1.497萬噸，12%；建筑0.601萬噸，5%；其他2.358萬噸，18%。

圖9 全球碳纖維復合材料成交額分布-按應(yīng)用領(lǐng)域劃分（09/2017）

如圖所示（2017年9月預估），碳纖維復合材料的總金額為193.1億美元。根據(jù)不同應(yīng)用分布為：航空、航天（包括國防）116.6億美元，60%；汽車24.2億美元，13%；風能15.9億美元，8%；體育休閑13.6億美元，7%；建筑4.4億美元，2%；其他18.6億美元，10%。

顯然，與往年一樣，航空航天部門目前仍舊是碳纖維復合材料成交額中最重要的部分。盡管其碳纖維復合材料的需求量（37.93kt；30%）僅比汽車行業(yè)的碳纖維復合材料需求量（27.88kt；22%）略高，但其成交額卻占了全球碳纖維復合材料市場總營業(yè)額的約60%，這是相當高的。這主要是因為其更高的質(zhì)量要求和檢測成本，航空領(lǐng)域的貢獻主要來自A350、A380、B777和B787等項目，其增長率在2015年-2016年之間維持在約8%[6][13][14]。此外，目前在太空旅行運載火箭方面，碳纖維復合材料也很活躍。無論是falcon9（SpaceX）還是Ariane6（ESA/ASL），在設(shè)計時都參考大比例地使用碳纖維復合材料[15]。例如，Ariane6的碳纖維復合材料火箭助推器正在設(shè)計開發(fā)，隨后由MT（奧格斯堡、德國）和AVIO（科萊弗洛，意大利）制備[16]。亞洲國家和地區(qū)也在努力擴大自身的國家航空航天計劃。除了印度的大規(guī)模投入以外，中國也對此領(lǐng)域產(chǎn)生了濃厚興趣，例如中國商飛的C919項目，2017年05月已經(jīng)成功的實現(xiàn)了首飛，這將對空客A320和波音B737帶來競爭。與此同時，太空旅行計劃也正在有力地推動了中國自己的空間站建設(shè)。

汽車行業(yè)無論在需求量還是在成交額上，都占據(jù)了碳纖維復合材料第二大市場的位置，其中領(lǐng)軍企業(yè)將是BMW和SGL的合資公司。在BMW i系列項目中，已經(jīng)成功地證明碳纖維復合材料應(yīng)用于汽車部件上是完全可能的，這也證明了通過使用碳纖維復合材料來實現(xiàn)汽車的輕量化設(shè)計（用于新能源車尤其是電動車）的潛力非常之大。2015年，BMW i3的銷售接近24000臺，BMW i8的銷售接近5500臺，預計到了2018年，BMW i3的銷售將接近33000臺[17]?？梢灶A見，到2021年，BMW的i-portfolio將發(fā)展到新的i-next模型，其模式將非常接近BMW5er系列，并且將消除電動汽車和傳統(tǒng)能源車之間存在的差距。電動的或者混合動力版本的X3和MINI也將投放到市場，雖然在這一階段沒有完全的復合結(jié)構(gòu)車身計劃，但根據(jù)目前的觀點，在i系列個別組件上使用碳纖維復合材料車部件積累的經(jīng)驗，將會被轉(zhuǎn)移到全碳纖維復合材料車身計劃中。這樣的轉(zhuǎn)移已經(jīng)在寶馬7er系列上，通過技術(shù)結(jié)合金屬件和碳纖維件的有機結(jié)合（即所謂的“碳核心技術(shù)”）得以成功實現(xiàn)，2016年，實現(xiàn)了6.4萬臺的銷售量，長期的銷售目標有望達到10萬臺[18]。在未來幾年，Volvo也將迎來令人振奮的發(fā)展，他們的XC90，V90，S90車型將使用復合材料板簧，該板簧將用玻璃纖維增強材料制備。通過Benteler-SGL和Henkel之間的合作，基于高壓RTM工藝的雙組分聚氨酯樹脂體系Loctite MAX2已開始得到應(yīng)用[19]。此外，Hyun-dai和Hyosung合作開發(fā)的Intrado型號車（Crossover / SUV），在未來幾年對碳纖維復合材料也特別感興趣。相關(guān)的概念車模型已經(jīng)在2014展示過，該車采用了大量的碳纖維復合材料組件，其中很多組件是在axontex系統(tǒng)的幫助下，由纖維編織工藝制備的。所用碳纖維主要來自韓國的Hyosung（tansome纖維）[20][21]。根據(jù)已宣布的投資情況，該型車有望較早地進入市場?？傊?015年-2016年之間，汽車行業(yè)有望達到一個12%的交易額增長率和9%的需求量增長率。

參照上年的數(shù)據(jù)，風電行業(yè)也經(jīng)歷了一個強勁的增長約11.5%（成交額）和12.7 %（需求量）。原因是由于目前能源轉(zhuǎn)換的要求進一步增強，以及對大型風力發(fā)電廠的興趣日益增強。特別是在歐洲和亞洲，人們越來越重視實現(xiàn)遏制氣候變化的目標，而可再生能源將在其中發(fā)揮重要的作用。幾乎所有的新一代大型風電葉片都在大量使用碳纖維復合材料，特別是在拉壓弦（專業(yè)詞匯？待定）部分。

根據(jù)所給的數(shù)據(jù)，這個圖標不能將每一個領(lǐng)域都詳細的顯示出來，例如在醫(yī)療技術(shù)領(lǐng)域?qū)τ谔祭w維復合材料的需求就被歸納在“其他”欄中。

圖19顯示了2022年，按應(yīng)用范圍細分，全球碳纖維復合材料需求量的預測。假設(shè)汽車行業(yè)內(nèi)部的需求增長將繼續(xù)保持較高水平，那么它將在2020年底前超過航空航天部門（包括國防）的需求。也就是說，在2020年底，約23.9萬噸、30%的CFRP需求是來自于汽車行業(yè)。緊隨其后的三個應(yīng)用領(lǐng)域，受其基本配置的影響，增長潛力基本一致?！绑w育休閑”和“建筑”領(lǐng)域在這里表現(xiàn)出一定程度的疲軟，因此為獲得更高份額，必須尋找新的應(yīng)用創(chuàng)新點。這里應(yīng)該指出的是，理論上，碳纖維復合材料應(yīng)用潛力大、使用量大的領(lǐng)域是很多的，尤其是在建筑行業(yè)。因此，只要能找到幾個應(yīng)用創(chuàng)新點，圖19所顯示的、略顯保守的預測就可以輕松被超越。

圖10 全球碳纖維復合材料發(fā)展趨勢（按應(yīng)用領(lǐng)域劃分，09/2017）

根據(jù)2016年全年碳復合材料用量的12.67萬噸和對應(yīng)193.1億美元成交額，可以簡單的計算出碳復合材料的單價為152US$/kg。相應(yīng)的，根據(jù)CFRP用量的10.1萬噸和對應(yīng)11.52億美元成交額，可以簡單的計算出CFRP的單價為131US$/kg。即使這些數(shù)字的實際意義很小，但仍然可以由此獲得市場的總體輪廓。因此，最好的跨行業(yè)公斤價格只能在這個平均值附近的頻率分布之內(nèi)。根據(jù)圖中的數(shù)據(jù)，可以確定碳纖維復合材料市場的下列特定應(yīng)用區(qū)域的成本價格：

每個應(yīng)用領(lǐng)域的成本又是不同的，例如：航空航天（包含國防）的平均價格為307USD/kg，風能領(lǐng)域為97USD/kg，體育休閑為91USD/kg，汽車領(lǐng)域最低，為87USD/kg。

正如預期的那樣，航空航天部門的CFRP平均價格最高。另一方面，汽車應(yīng)用的平均價格最低的，但鑒于目前高昂的汽車價格壓力，汽車的CFRP平均價格還是出奇的高，這在一定程度上可以歸因于非常昂貴的奢侈品汽車部件的應(yīng)用。對于風能方面則必須指出，這里所示的平均價格只描述了風電葉片本身中的碳纖維部分，它所占的比重對于整個風電系統(tǒng)來說非常小。運動休閑領(lǐng)域平均價格在作者的預期范圍內(nèi)。它是由大致相等的高價位領(lǐng)域（尤其是高爾夫）應(yīng)用和低成本領(lǐng)域的具體應(yīng)用（曲棍球、棍棒，滑雪板，自行車）共同構(gòu)成的。雖然上述所示的平均價格不完全可靠，但是它對各自行業(yè)的價格給出了一個概念性的指導，與前一年相比，在未來幾年內(nèi)，除了汽車行業(yè)（前一年：86USD/kg）外，其他行業(yè)的CFRP平均價格水平都會略有下降。