碳纤维:eVTOL轻量化关键材料,低空经济新宠儿
碳纤维:eVTOL轻量化关键材料,低空经济新宠儿
随着低空经济的蓬勃发展,电动垂直起降航空器(eVTOL)作为未来城市交通的重要组成部分,正迎来前所未有的发展机遇。据Stratview Research预测,到2030年,eVTOL行业对碳纤维的需求将从2024年的500吨激增至11750吨,增长幅度高达22.5倍。这一惊人的增长背后,是碳纤维在eVTOL领域不可或缺的关键作用。
碳纤维:eVTOL轻量化的关键材料
碳纤维是一种含碳量在90%以上的纤维结构材料,具有密度低、比强度大、比模量大等诸多特性。在同等重量下,碳纤维的拉伸强度可达钢、铝合金、钛合金的9倍以上,弹性模量则可达4倍以上。这些优异的性能使其成为航空航天飞行器轻量化的理想选择。
在eVTOL中,碳纤维复合材料的应用范围极其广泛。据统计,复合材料占eVTOL机身结构使用材料的70%以上,其中90%以上使用碳纤维增强。具体来说,碳纤维复合材料在eVTOL中的应用主要包括:
- 结构部件和推进系统:占比75%-80%,包括机翼、机身框架、尾翼等关键部位
- 内部结构:占比12%-14%,如横梁、座椅结构等
- 电池系统和航空电子设备:占比8%-12%
以国内主流eVTOL厂商为例,小鹏汇天的旅航者X2机型中,碳纤维部分重量仅为85公斤,占空机重量的23.6%。这一比例在亿航智能和峰飞航空的机型中也大致相当。
碳纤维产业链:从原材料到终端应用
完整的碳纤维产业链包含从一次能源到终端应用的完整制造过程。上游主要以石油化工行业为主,通过原油炼制、裂解、氨氧化等工序获得丙烯腈。碳纤维企业通过对以丙烯腈为主的原材料进行聚合反应生成聚丙烯腈,再以其纺丝获得聚丙烯腈原丝,对原丝进行预氧化、碳化等工艺制得碳纤维。
碳纤维经与树脂、陶瓷等材料结合,形成碳纤维复合材料,最后由各种成型工艺得到下游应用需要的最终产品。目前,碳纤维复合材料已被广泛应用于航空航天、体育休闲、汽车、风电等领域。
从市场供需来看,2018年至2022年中国碳纤维总需求由31016吨增长至74429吨,期间年均复合增长率达24.46%。值得注意的是,2022年国产碳纤维产量首次超过进口,达到45000吨,同比增长53.85%,这标志着我国碳纤维产业迈入新的发展阶段。
政策支持与市场前景
政策层面,2024年1月正式实施的《无人驾驶航空器飞行管理暂行条例》为低空经济发展打开了政策空间。国家还出台多项政策鼓励高性能碳纤维材料的发展,支持其在航空航天领域的应用。
市场前景方面,Stratview Research预测,到2030年,eVTOL行业对碳纤维的需求将从2024年的约110万磅(约500吨)激增至2590万磅(约11750吨),年化增长率高达69%。而据赛奥碳纤维预测,航空航天碳纤维需求量将从2023年的22000吨增长到2030年的48635吨,年化增长率为12%。
从更长远的角度看,罗兰贝格预测到2050年全球飞行汽车数量将激增至98,000辆,小丝束碳纤维需求量将达到29.4万吨,市场空间将扩大至28.1亿元人民币。这一庞大的市场需求将为碳纤维产业带来持续的增长动力。
技术创新:推动产业发展的关键力量
碳纤维技术的不断进步是推动其在eVTOL领域应用的关键因素。从最初的T300级碳纤维到现在的T1100G级,碳纤维的性能不断提升。目前,国内企业如光威复材、中简科技等已掌握T800级碳纤维技术,部分企业开始研发第三代碳纤维。
在应用层面,碳纤维复合材料不仅提高了eVTOL的性能及搭载能力,还显著改善了续航里程。以小鹏汇天的旅航者X2为例,通过采用碳纤维复合材料,该机型在保证结构强度的同时,大幅减轻了机身重量,从而延长了飞行距离、增加了续航时间。
结语
碳纤维作为低空经济“起飞”的关键材料,其重要性不言而喻。随着技术的不断进步和成本的持续降低,碳纤维在eVTOL领域的应用将更加广泛。可以预见,在不久的将来,碳纤维将助力eVTOL真正实现商业化运营,为城市交通带来革命性的变化。