汽車輕量化領(lǐng)域用碳纖維需求分析
碳纖維(carbon fiber,簡稱CF),是一種含碳量在95%以上的高強(qiáng)度、高模量纖維的新型纖維材料。碳纖維“剛?cè)岵?jì)”,兼具碳材料和纖維的雙重優(yōu)良特性,其質(zhì)量比鋼、鎂、鈦、鋁輕,但強(qiáng)度、模量卻更高,并且具有耐腐蝕、耐高溫、耐摩擦高的特性,被業(yè)界譽(yù)為“黑色黃金”。
碳纖維不僅在國防軍工領(lǐng)域具有重要戰(zhàn)略應(yīng)用,在民用方面亦可發(fā)揮不可忽視的重要應(yīng)用。
力學(xué)性能優(yōu)異,但成本偏高
(注:比強(qiáng)度是材料強(qiáng)度除以其表觀密度,又稱強(qiáng)度-重量比。比強(qiáng)度越高表明達(dá)到相同強(qiáng)度所用的材料質(zhì)量越輕;比模量是模量與密度之比,比模量越大,材料的剛性就愈大。簡單理解,強(qiáng)度越高的纖維絲,越不易被拉斷。模量越高,則材料就更加“堅(jiān)挺”而不易彎折。數(shù)據(jù)來源:《車用碳纖維復(fù)合材料性能及成型工藝》,順策(嘉興)斯多克)
從各項(xiàng)基本力學(xué)性能指標(biāo)來看,即便是通用型的碳纖維復(fù)合材料也遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于高強(qiáng)度鋼、鋁合金、鈦合金、鎂合金。而高強(qiáng)度和高模量的碳纖維復(fù)合材料比模量、比強(qiáng)度等指標(biāo)則比通用型更為優(yōu)秀。唯一的障礙在于目前高端碳纖維復(fù)合材料技術(shù)含量高、生產(chǎn)工藝極其復(fù)雜,導(dǎo)致成本也高于上述其他類型材料。
隨產(chǎn)業(yè)鏈延伸,附加值成倍增加
碳纖維作為增強(qiáng)型纖維材料通常并不單獨(dú)使用,而是制成終端碳纖維復(fù)合材料加以應(yīng)用。完整的碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈包含從原絲制備到終端應(yīng)用的完整制造過程。從生產(chǎn)角度,可以簡單概括為原絲生產(chǎn)、氧化碳化、中間材料、復(fù)合材料、終端應(yīng)用等環(huán)節(jié)。
來源:恒神股份公開轉(zhuǎn)讓說明書,順策(嘉興)斯多克
在整個(gè)碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈中,每一個(gè)深加工的環(huán)節(jié)技術(shù)壁壘都很高且生產(chǎn)工藝極其復(fù)雜,因而附加值都很高,越到下游,產(chǎn)品附加值越高。
引領(lǐng)輕量化潮流,我國未來需求潛力巨大
汽車工業(yè)領(lǐng)域:若成本下探,將開啟萬億新藍(lán)海。
在能源效率短期內(nèi)很難再有實(shí)質(zhì)提升前提下,整車輕量化成了汽車節(jié)能環(huán)保的現(xiàn)實(shí)首選路徑。碳纖維具有比模量和比強(qiáng)度高、減重潛力大、安全性好等突出優(yōu)點(diǎn),并且比鋼、鎂鋁合金等具有更好的力學(xué)性能,不考慮成本前提下,是汽車輕量化最佳選擇。
利用碳纖維復(fù)合材料對(duì)汽車進(jìn)行輕量化改進(jìn)在國外已開始逐步推廣應(yīng)用,以寶馬、奧迪、奔馳、通用、福特、日產(chǎn)、豐田、大眾等為代表的知名廠商已開始深入介入碳纖維產(chǎn)業(yè),逐漸將碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用到旗下不同車型。
國內(nèi)汽車工業(yè)碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用尚處于起步階段。以奇瑞、觀致、北汽集團(tuán)為代表的國內(nèi)汽車廠商以開始在其推出的新能源電動(dòng)汽車上使用碳纖維復(fù)合材料。今年上半年,北汽集團(tuán)與康得復(fù)材簽訂了中國首個(gè)碳纖維汽車部件量產(chǎn)訂單,成為中國碳纖維用于汽車輕量化實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的開端。
雖然前景很好,潛在需求巨大,但要將碳纖維復(fù)合材料大規(guī)模普及應(yīng)用到汽車領(lǐng)域,勢必對(duì)碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈所有環(huán)節(jié)制備技術(shù)以及制造工藝提出了更為嚴(yán)格的要求,低成本是其能成功商業(yè)化應(yīng)用的必然出路。目前汽車用碳纖維復(fù)合材料成本高達(dá)400元/kg,僅僅適用于跑車、豪華車等相對(duì)小眾市場,整體滲透率較低,而要普及到一般車型等大眾市場,則需要其成本降到60~100元/kg,才具有現(xiàn)實(shí)可行性。
根據(jù)國家汽車減重要求推算,到2025年國內(nèi)汽車及電動(dòng)車預(yù)計(jì)將分別達(dá)到3000萬輛和600萬輛,按照分別減重25%和50%的標(biāo)準(zhǔn),對(duì)碳纖維的需求至少將達(dá)到10萬噸。若未來技術(shù)及工藝取得進(jìn)一步突破,按照碳纖維、碳纖維復(fù)合材料10萬元/噸、20萬元/噸價(jià)格(目前僅成本分別為12萬元/噸,32萬元/噸),到2025年,市場空間可達(dá)百億級(jí)!
(注:假設(shè)每輛汽車采用100Kg的碳纖維來代替鋁合金(150Kg),每輛汽車每年行駛里程2萬公里,按7元/kg(97#汽油)價(jià)格計(jì)算,如果碳纖維的價(jià)格能下降至60元/kg(行業(yè)龍頭Toray的T700級(jí)別碳纖維價(jià)格約150元/Kg),其經(jīng)濟(jì)性將與鋁合金(40元/kg)不相上下。)
國內(nèi)汽車碳纖維復(fù)合材料尚處于試水階段,而國外已開始大力推廣,需求逐漸增加。若未來成本進(jìn)一步下降,碳纖維勢必逐步提高汽車市場滲透率,并逐漸普及,巨大汽車市場需求將迎來爆發(fā)。
若:
(1)未來碳纖維、碳纖維復(fù)合材料繼續(xù)下降至4萬元/噸、8萬元/噸;
(2)平均每輛車碳纖維復(fù)合材料使用占比10%;
(3)2016年我國汽車產(chǎn)銷量均達(dá)2800萬輛,未來十年汽車產(chǎn)量按照5%的年均復(fù)合增速(2005-2016年均復(fù)合增速為14.09%),且從2021年開始碳纖維復(fù)合材料逐步滲透,則到2025年,碳纖維及碳纖維復(fù)合材料市場規(guī)模將超過萬億元!