粤开证券研究报告指出,低空经济发展为碳纤维等复合材料带来新的增长驱动力。无人机、eVTOL结构中使用占比远超传统飞行器——无人机碳纤维使用量约占结构总质量60%-80%,eVTOL复合材料占比高达75%-80%(其中超90%为碳纤维复材)。我国T800/IM7级别碳纤维生产体系基本建立健全,中复神鹰2017年实现千吨级T800碳纤维规模化生产,光威复材2022年批量供应,头部厂家已经开始批量供货。航空复材认证周期长、技术难度大、议价能力强,相对不受普通复材“量升价降”影响,已进入供应链的企业壁垒极强。
轻量化驱动碳纤维需求爆发
低空航空器受最大载重限制及有效载重提升需求,机体结构轻量化趋势明显。碳纤维因高强度、低密度、耐腐蚀等特性使用最广,玻璃纤维力学性能稍低但成本更低,芳纶蜂窝材料具有高韧性、良好抗疲劳性能和防火性能。
民航、通航飞机为降低油耗、降低维护成本,逐步增加碳纤维使用。波音787、空客A350碳纤维使用量均超50wt%;C919后机身、平垂尾使用碳纤维,雷达罩和襟翼使用玻璃纤维。低空航空器复材使用比例更高——无人机碳纤维使用量约占结构总质量的60%-80%;eVTOL复合材料使用占比高达75%-80%,其中超90%为碳纤维复材。据Stratview研究,约75%-80%的复合材料用于机身结构和推进系统,12%-14%用于内部结构,8-12%用于电池系统、航电系统等。
国内主流eVTOL整机商均采用碳纤维作为主要机体材料。小鹏汇天X2整机重量560kg,机身部分由100多个碳纤维零件制成,重量仅85kg,翼桨叶和起落架也采用碳纤维复材。单台eVTOL对碳纤维需求在100-400kg之间。据中国复合材料工业协会,低空航空器的规模化应用将带动碳纤维等复材需求大幅增长。
T800/IM7级别碳纤维国产化突破
碳纤维按弹性模量和拉伸强度分类,应用于低空航空器主承力结构需达到T800/IM7级别及以上。东丽公司T300是公认的行业标准碳纤维,T800系列为高强中模碳纤维。美国Hexcel公司IM7为其中模量碳纤维代表性产品。应用到通航飞机、eVTOL主承力结构的碳纤维需在特定刚度下具有较高强度。
我国自2012年左右开始,经过10余年研制与工程化验证,已基本建立T800/IM7级别碳纤维生产体系。中复神鹰独创“干喷湿纺”工艺,2017年实现千吨级T800级碳纤维规模化生产和稳定供应,自主研发的12K小丝束碳纤维通过AS9100D航空航天质量管理体系认证,T800级产品已在eVTOL机体进行验证和推广,2024年与峰飞航空签署10亿元长期供货协议。光威复材2019年完成T800批次性能评价,2022年批量供应,碳纤维已应用于无人机、eVTOL结构件。中航高科获得T800H级别碳纤维预浸料批量生产授权,多款产品已获eVTOL整机制造商选用。
芳纶蜂窝突破+认证壁垒构筑护城河
芳纶蜂窝是低空航空器重要的轻量化结构材料。长期以来芳纶纸制造技术被美国杜邦、日本帝人等垄断,制约我国产业发展,曾有eVTOL机型因进口芳纶蜂窝芯材交期延误而推迟原型机试飞半年。超美斯、民士达等企业在国产芳纶蜂窝纸关键技术取得突破,超美斯为芳纶蜂窝纸在C919上的应用提供技术方案,已广泛应用于通用航空机、直升机等低空航空器。
航空复合材料认证壁垒是构筑护城河的核心。碳纤维等复材适航认证门槛高,认证周期超18个月,检测费用超300万元/项。采用“积木式方法”逐层验证(材料→部件→系统→整机),每个层级验证结果直接影响后续层级,若某一环节未达标需重新从底层验证。整机厂商筛选供应商要求严格,如波音认证需提交近10年材料性能数据。低性能碳纤维受产能过剩影响呈现“量升价降”,而航空器用碳纤维由于认证周期长、安全性要求高、技术壁垒深,议价能力强、价值量更高。已进入供应链的企业壁垒极强。
航空复合材料供应商与整机厂商合作情况| 整机厂商 | 复合材料供应商 | 合作或供应状况 |
|---|
| 峰飞航空 | 中复神鹰 | 签署10亿元长期供货协议,T800级碳纤维验证推广 |
| 亿航智能 | 中复神鹰 | 碳纤维材料测试评价与试验 |
| 小鹏汇天 | 铂力特 | 陆地航母卡钳与卡钳支架3D打印制造 |
| 小鹏汇天 | 星源卓镁 | 镁合金产品技术论证 |
| — | 光威复材 | 碳纤维应用于无人机、eVTOL结构件 |
| — | 中航高科 | 多款产品已获eVTOL整机制造商选用 |
| — | 安达维尔 | 与eVTOL厂商技术对接,部分进入商务洽谈 |
| Joby | 东丽(日本) | 复合材料长期供应协议 |
| Archer | Hexcel(美国) | 高性能碳纤维预浸料产品 |