一文了解2021-2025年全球航空航天与国防领域用碳纤维的市场规模及发展趋势

根据纤维终端应用领域，全球碳纤维市场主要分为以下几个部分：航空航天与国防、风力涡轮机、汽车、工业、体育器材和其他。就需求增长而言，汽车领域预计将显示出最高的增长。

由于终端领域涉及行业和内容较多，本文首先介绍2021-2025年航空航天与国防领域用碳纤维市场规模及发展趋势。

1.2021-2025年航空航天与国防领域用碳纤维市场规模概述
长期以来，航空航天和国防工业一直是碳纤维材料的最大市场。未来一段时间该领域用碳纤维市场发展机遇与挑战并存，例如随着美国航天飞机系统退役和国际空间站的建成，美国国家航空航天局（NASA）正在开始建造下一代载人航天飞行器，如太空发射系统和猎户座载人飞船。

据报道，美国NASA正在减少一些无人空间项目以开发新的载人航天计划，但军事发射尤其是民用发射仍然强劲。美国商用飞机行业提供了全球约一半的大型商用飞机市场。尽管世界经济不稳定，但商用飞机市场的长期前景良好。与此同时，正在投入或即将投入使用的新型飞机如波音787，其碳纤维的比例远远高于其前身。

图1显示了以2019年作为基线到2025年全球原生碳纤维市场规模，2020年全球航空航天与国防领域用碳纤维产量约2.04万吨、市场规模14.26亿美元，而到2025年预计将达到2.65万吨、17.72亿美元，2020-2025年两者年复合增长率分别为5.4%、4.4%。

图1 2019-2025年航空航天及国防用碳纤维市场规模

2.航天领域用碳纤维

用于航天器的结构材料有严格的规范。这些材料通常必须在包括真空等在内各种复杂大气条件中保持稳定。其他要求包括高强度、低重量和宽温度范围内的热膨胀系数。为了满足这些规格，碳纤维制造必须保证高精度，而且与质量控制相关的检验和报废成本导致其成本较高。当然，在一些情况下比如用于太空计划的材料，材料新颖性和功能性是主要驱动因素，而不是成本。

无人航天器：卫星和其他无人航天器是高模量碳纤维的最大市场。由于卫星上安装了精确定向的通信仪器，它们需要较低的热膨胀系数，因此，当卫星表面因阳光直射而变暖或在没有阳光的情况下冷却时，这些仪器的相对位置几乎没有变化。高模碳纤维的高导热性有助于缓解这些热梯度。

运载火箭：目前大多数空间推进器的设计重点是成本控制和商业市场的竞争力。随着通信市场的扩大，对卫星和运载火箭的需求增加。发射大量相对较小的通信卫星的要求最好由较小的无人火箭来满足。助推器的大部分重量都在储箱中，储箱通常由纤维缠绕的PAN基碳纤维制成。运载火箭的发动机大多采用不需要冷却的碳-碳复合材料或陶瓷复合材料，从而降低火箭发动机的复杂性和成本。

3.国防与航空领域用碳纤维
国防与航空先进结构用碳纤维可分为两个部分：军用和商用。所有制造商用飞机的公司也制造军用飞机，并与NASA签订合同，为运载火箭、轨道飞行器或卫星提供硬件。

军用飞机：先进的碳纤维结构材料与军用飞机制造的传统材料相比有几个优点。除了高强度重量比和耐腐蚀/疲劳外，这些材料还可以设计为降低雷达反射。不少美国军用飞机利用了碳纤维复合材料的“隐形”特性，如F-35战斗机仍在生产中；B-2的生产已经结束，F-117不再在美国空军服役。F-35战斗机将是第一架大规模生产的飞机，将结构纳米复合材料集成到无承重机身部件中，其复合材料用量也明显高于以往任何一架军用飞机。

导弹：和军用飞机一样，导弹制造商的未来趋势取决于发展中国家的需求。碳纤维增强复合材料用于推进和发射筒系统的高温隔热材料。此外，导弹燃料箱通常由碳纤维缠绕而成。

商业航空：主要生产大型商业客机、货机和小型通用航空飞机。碳纤维的最大使用量出现在该行业的商用飞机领域。与军用飞机相比，商用飞机必须具有经济性。复合材料在航空发动机中的应用历史不长，因此，设计师不愿意扔掉过去使用过的具有良好特性的材料。而且由于航空工业强调安全性，设计师和工程师不愿意采用新的未经验证的技术和材料。研究表明，增加复合材料用量将减少飞机的总重量，并提高运行燃油效率。波音和空客正在制造的新型飞机的复合材料比例高于之前的任何型号。
碳纤维在商业飞机中典型应用：商用飞机制造中使用的先进结构材料主要是碳纤维增强热固性环氧树脂预浸料。波音737和747是在碳纤维复合材料广泛用作结构材料之前设计的，复合材料占比较小，估计占飞机空重的3%。777由重量约9%的碳纤维复合材料组成，用于机翼的固定前缘、后缘面板、襟翼和襟翼、扰流板和外侧副翼，还用于地板梁、机翼至机身整流罩和起落架门。使用复合材料制作尾翼，可减少总重量约1500磅。787是所有商用客机中碳纤维增强复合材料成分最高的机型，重量约为50%。除了机翼箱，使用碳纤维的其他787主要组件包括飞机的超柔性机翼、垂直尾翼和稳定器以及机身。总部位于日本的东丽公司在美国也有制造工厂，该公司获得了一份价值60亿美元的合同，为波音787生产碳纤维。