高端碳纤维紧缺引发储氢瓶供应危机

互推小编 2023-05-01

今日话题——高端碳纤维

高端碳纤维紧缺引发储氢瓶供应危机、下半年或面临“无米下锅”窘境

据高工氢电报道，由高端碳纤维紧缺引发的车载储氢瓶供应危机正开始由上游向下游扩散。业内人士表示，上半年公司已经接到不少储氢瓶的订单，但是碳纤维材料供应非常紧张，提前预定还不一定有货。据悉，自年初以来，国内最大碳纤维供应商日本东丽减少了国内市场高端碳纤维的供应量，很多国内储氢瓶企业都面临碳纤维断供的窘迫局面。国内一家储氢瓶企业高层表示，如果日本东丽碳纤维供应一直没有放开，再加上国内高端碳纤维市场供应的不平衡，下半年国内很多系统厂商或拿不到储氢瓶，将面临“无米下锅”的窘境。

研究机构认为，受中国市场庞大的重卡基数推动，十年内中国市场的车载储氢瓶市场份额预期提升至39%，成为全球最大的车载储氢瓶市场。华泰证券预测，2020-2050年中国储氢瓶市场规模合计有望达到3234亿元。

前国内真正能批量供应用于车载储氢瓶领域的碳纤维企业很少，导致储氢瓶尤其Ⅳ型储氢瓶对于国内氢能产业依然是一个“卡脖子”问题。随着国内氢燃料电池产业的快速发展，国内储氢瓶的上游原材料——高端碳纤维相关公司望享受行业快速爆发及国产替代双重红利。

1、什么叫碳纤维？

碳纤维是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成，经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料，轴向强度和模量高，密度低、比性能高，无蠕变，非氧化环境下耐超高温，耐疲劳性好。

碳纤维具备优异的力学性能，同时具有轻质、高强度、高弹性模量、耐高低温、耐腐蚀、耐疲劳等优异特性，其外形有显著的各向异性、柔软、可加工成各种织物，沿纤维轴方向表现出很高的强度，广泛应用于航空航天、国防、交通、能源、体育休闲等领域。

2、碳纤维按用途可分为宇航级和工业级两类

碳纤维按用途可分为宇航级和工业级两类，亦称为小丝束和大丝束。通常把48K（一丝束中包含48000根碳丝）及以上碳纤维称为大丝束碳纤维，包括60K、120K、360K和480K等。宇航级碳纤维初期以1K、3K、6K为主，逐渐发展为12K和24K，主要应用于国防工业和高技术及体育休闲用品（如：飞机、导弹、火箭、卫星和钓鱼杆、高尔夫球杆、网球拍等）。工业级碳纤维应用于不同民用工业，包括：纺织、医药卫生、机电、土木建筑、交通运输和能源等。

与大丝束相比，由于缺少碳丝规模的集束量级，小丝束碳纤维往往需要更高的制造工艺（同样的3根筷子的结构强度小于12根筷子），进而导致成本较高，但由于其重量更轻（3根筷子重量小于12根筷子），所以广泛应用于航空航天领域。目前，各国对高性能的小丝束碳纤维（宇航级）均采取严格的出口管制措施。

3、航空航天是主要用途

碳纤维复合材料主要应用于航空航天、汽车、风力发电等制造业板块，根据《2019年全球碳纤维复合材料市场报告》统计，2019年全球树脂基复合材料总用量为15.97万吨，其中风电叶片、航空航天、体育休闲、汽车各占22.67%、24.55%、14.46%、11.40%；金额端总额为173.9亿美元，其中航空航天金额占比62.39%。且平价单价达到300美元/kg 明显高于其它领域。

4、飞机应用碳纤维能够起到很好的经济效益

用碳纤维复合材料代替钢或铝，减重效率可达20%到40%，根据《大国之翼》对C919副总设计师章骏的采访，在蒙皮部位使用铝锂合金能够减重2%，型材部分使用铝锂合金能够减重5%，而碳纤维复合材料的减重潜力则在15%-20%区间。而根据《碳纤维及石墨纤维》介绍，战斗机或干线飞机自重每减少1kg，相当于增加450美元的经济效益。

5、军用领域

在军用航空领域，高性能碳纤维复合材料主要应用于导弹弹头、弹体箭体、发动机壳体的结构部件和卫星主体结构承力上，其中碳/碳和碳/酚醛复合制品是弹头端头和发动机喷管的重要防热材料；在卫星构件上，高模量碳纤维主要应用于卫星承力筒、桁架、夹层面板及电池板支架。在战斗机和直升机上，碳纤维复合材料应用于战机主结构、次结构件和战机特殊部位的特种功能部件，当前战斗机上碳纤维复合材料的用量已达到25%以上，军用直升机用量则高达50%以上。

此外，近年来无人机包括无人作战机发展迅速，由于低成本、轻结构、高机动、大过载、高隐身、长航程的技术特点，决定了其对减重的迫切需求，复合材料的使用比例基本是所有航空器中最高的，美国全球鹰高空长航时无人侦察机共用复合材料达65%，先进无人机复合材料的用量更是不断提升，X-45C、X-47B、“神经元”、“雷神”上都运用了90%的复合材料。未来随着无人机集群作战、人机协同等先进战术进一步成熟，尖端无人侦察机、无人歼击机的需求进一步释放，也会对碳纤提出新的需求。