一、碳纤、玻纤复合材料为主
复合材料已在航空航天飞行器上获得多种应用,例如飞机机身、机翼、内装件、火箭和导弹发动机壳体、导弹弹药箱、喷管、发射筒、雷达罩和压力容器等。具体来说,复合材料在航空航天领域应用的细分产品主要有两大类,一类是碳纤复合材料,另一类是玻纤复合材料。
碳纤复合材料最大的优点是轻质、高强,航空航天高端应用是其主要发展方向,用碳纤复合材料制造飞机的结构件,同铝合金相比,减重效果可达20-40%,体现出巨大的节能效益。
不过,我国碳纤维生产技术和装备水平整体落后于国外,无法满足国家重大装备等高端领域的需求,因此主要集中于体育休闲等低附加值领域,航空航天占比偏低。2017年,航空航天领域碳纤维需求量占比仅为3.83%,远远低于风电叶片、体育休闲等其他领域。
但是随着我国技术水平的不断提升以及碳纤维复合材料在航空航天上应用比例的增加、装备列装数量增加以及装备换代更新的需要,后期航空航天对碳纤维复合材料的需求将逐年增加。2018年,我国航空航天领域碳纤维复合材料的需求量预计超过1100吨。
玻纤复合材料具有耐腐蚀、耐高温、耐辐射、阻燃、抗老化的性能,应用在航空航天领域可有效的减轻了飞机质量,提高了商用载荷,节约了能源,达到了质轻美观的效果。正因此,玻纤复合材料已成为航空航天领域不可或缺的一种材料。
相对于碳纤复合材料,玻纤复合材料在我国航空航天领域较广,占航空复合材料市场的比重要高,2017年的比例约为14.2%。这一比例预计还将持续增长,到2023年,玻纤复合材料占航空复合材料市场的比重将提升至18.5%。
除了上述两大类,芳纶纤维复合材料、光谱屏蔽材料、超高分子量聚乙烯纤维复合材料、玄武岩纤维复合材料、生物质复合材料等在航空航天领域也有一定应用。例如,芳纶纤维复合材料在航空航天领域应用时经常与碳纤维复合材料配合使用,除了在飞机翼盒、壁板和蒙皮,波音系列飞机结构的轻量零部件,以及固体火箭发动机壳体中应用外,在航天器的太阳翼基板、天线和隔热结构中也有应用。
再如,在航空航天工程中,超高分子量聚乙烯纤维复合材料由于轻质高强和防撞击性能好,适用于各种飞机的翼尖结构、内饰,飞船结构和浮标飞机等;超高分子量聚乙烯纤维复合材料也可以用作航天飞机着陆的减速降落伞和飞机上悬吊重物的绳索,取代了传统的钢缆绳和合成纤维绳索,其发展速度异常迅速。
二、未来发展空间巨大
中国航空产业经历了从修理、引进、仿制到改进、改型和自行设计研制的发展历程,用以制造航空产品的材料也经历了引进、仿制、改进、改型和自行研制的发展历程。虽然我国在复合材料生产研发上已取得不小进步,但相较于国外先进水平还有一定的差距,现有的复合材料无论从工艺、设备还是制备方法上都不及国外同类产品。特别军用战斗机,其复合材料用量远远低于国外先进战斗机复合材料的使用总量。未来随着国内复合材料进一步发展,应用于航空领域的复合材料有望增加,航空复合材料行业发展空间依旧巨大。
与此同时,政策正大力推动航空航天用的复合材料发展。工信部发布的《民用航空工业中长期发展规划(2013-2020年)》便指出,要强航空材料研制,完善国产航空材料体系,重点发展碳纤维复合材料、高性能铝锂合金以及高强高韧钢等关键材料。
总体来说,随着科技的发展和我国军事及民用领域对航空航天事业发展的重视,未来除军事领域的相应需求外,航空在快递等相关业务上的需求也在不断增加,因此,对航空材料的市场需求规模不断增加。在强大需求的影响下及原材料产品的供应下,可以预计,随着下游行业的快速发展,中国航空材料需求将呈现持续增长的趋势,航空复合材料行业前景也将更加明朗。
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