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【行业动态】2020航空复合材料行业供需现状趋势

发布时间:2020-06-19 12:40

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  自20世纪70年代后,航空工业中复合材料的使用量正在不断地增加。制造飞机结构的传统材料包括铝、钢和钛。复合材料的主要好处是减轻的重量和较简单的装配。性能优势和减轻飞机结构重量是军用飞机复合材料发展的主要推动力。虽然商用飞机正日渐关注燃油经济性,但是复合材料发展的主要推动力是不断减少生产和维护成本。复合材料也用于替换老旧飞机上的金属部件。

  材料工业是国民经济的基础产业,新材料是材料工业发展的先导,是重要的战略性新兴产业。“十三五”时期,是我国材料工业由大变强的关健时期,加快培育和发展新材料产业,对于引领材料工业升级换代,支撑战略性新兴产业发展,保障国家重大工程建设,促进传统产业转型升级,构建国际竞争新优势具有重要的战略意义。新材料产业规模近5年复合增速达25%,自2010年新材料被国家提升到战略重要地位之后,中国新材料产业规模一直保持稳步增长由2010年的6,500亿上升到2017年的3.14万亿元,年均复合增速约25%。在细分领域方面,特种金属功能材料占比约为32%,高端金属结构材料占比约为19%,先进高分子材料占比约为24%,新型无机非金属材料占比约为13%,高性能纤维及复合材料占比约为9%,前沿新材料占比约为3%。

  中国航空材料经历了引进、仿制、改进、改型和自行研制的发展历程。到目前为止,我国已定型生产的航空用金属、有机高分子材料、无机非金属材料以及复合材料的牌号约2000余个;已建成具有一定规模的航空材料研究与生产基地,拥有生产航空产品所需各类材料牌号、品种与规格的生产设备及检测仪器。总体上看,我国目前已定型生产的航空材料(含类别、牌号、品种与规格)及其相应的标准与规范,基本上能满足第二代航空产品大批生产的需求。针对第三代航空产品所需关键材料,如热强钛合金、高强铝合金、超高强度结构钢不锈钢、树脂基复合材料、单晶与粉末高温合金等,从技术上看,已具备试用条件,但要转化为在特定工况下使用的零部件,并体现出第三代航空产品的总体效能(技术与战术性能、使用可靠性与寿命以及经济效益等)尚需做大量的工作。

  我国目前正不断加强对航空领域复合材料的重视,预计未来我国航空飞行器中复合材料的使用量会进一步提高,我们假设中国飞机未来几年复合材料的使用比例达到美国90年代水平,航空用复合材料制造损耗率为75-80%,由此我们估算2018-2023年中国航空复合材料市场规模年复合增速达9.5%,到2023年中国航空复合材料市场规模将达到282.7亿元。

  航空复合材料的发展是研制生产航空产品的物质保障,在国民经济中占有重要地位,是我国从航空复合材料制造大国向航空复合材料制造强国转变的最为关键的一环。航空复合材料的发展与航空技术关系极为密切,具有特殊性。航空产品特殊的工作环境对航空复合材料提出“轻质高强、高温耐蚀”的特殊要求。航空工业有一句口号叫做“为每一克减重而奋斗”,反映了减重对于航空产品的重大经济意义。而且材料减重对飞机减重的贡献也越来越大,所以轻质高强是航空复合材料必须满足的首要性能要求。

  目前我国航空复合材料行业主要厂商是中航高科旗下的中航复合材料有限公司。2010年,中航复合材料有限公司由中航工业和北京国资委共同出资设立。2015年,公司通过资产重组被注入中航高科。中航复材是我国航空复合材料行业的技术先锋,是集复合材料研发、生产、销售和服务于一体的专业化高科技公司,主要客户为航空工业主机厂和零部件生产单位。

  现阶段,各领域对复合材料的应用占比水平较高,促进复合材料的整体规模不断增加,而航空领域作为近年来产品应用的重点方向,其市场规模不断增加。数据显示,2010-2018年,中国航空复合材料市场规模呈逐年上升态势,到2018年,航空复合材料的市场规模达59.34亿元,较2017年同比增加10.92%,2018年市场规模接近60亿元。

  基于当前发展现状,未来航空复合材料行业将呈现以下趋势:首先,航空航天复合材料需求将持续上升,以B-787/A-380/A-350XWB为代表的新机种对碳纤维复合材料的需求将大幅增长。中国未来20年需要新增6810架飞机,飞机数量的增加将带动航空航天复合材料需求的上升,航空复合材料行业将进入新的发展时期。

  按基体材料类型可分为有机材料基、无机非金属材料基和金属基复合材料三大类,按有机材料类型又可分为树脂基、橡胶基和木质基;按树脂种类分又有热固性树脂基和热塑性树脂基;按无机非金属材料类型可以分为玻璃基、陶瓷基、水泥基和碳基;按陶瓷种类分又有氧化铝基、氧化锆基、石英玻璃基等;按金属种类可以分为铝基、铜基、镁基和钛基等。

  按增强体的几何形状可以分为颗粒增强型、纤维增强型和板状复合材料三大类;按颗粒尺寸的大小又可分为弥散增强型和颗粒增强型两类;按增强纤维的长度可以分为连续纤维增强型和非连续增强型两大类;而按非连续纤维的长短又有短纤维增强型和晶须增强型之分;按短纤维在复合材料中的排列方式又有随机排列和定向排列之分;按纤维的种类可以分为玻璃纤维增强、碳纤维增强、芳纶纤维增强、氧化铝纤维增强、氧化锆纤维增强、石英纤维增强、钛酸钾纤维增强和金属丝增强等;而按金属丝的种类又可分为钨丝、铝丝、不锈钢丝等;按层压板增强材料的不同可以分为纸纤维层压板、布纤维层压板、木质纤维层压板、石棉纤维层压板等。

  航空产品特殊的工作环境对航空复合材料提出“轻质高强、高温耐蚀”的特殊要求。航空工业有一句口号叫做“为每一克减重而奋斗”,反映了减重对于航空产品的重大经济意义。而且材料减重对飞机减重的贡献也越来越大,所以轻质高强是航空复合材料必须满足的首要性能要求。“高温耐蚀”的“高温”是指航空复合材料要能耐受较高的工作温度。对于机身材料,气动力加热效应使机身表面温度升高,需要结构材料具有好的高温强度;对于发动机材料,要求涡轮盘和涡轮叶片材料要有好的高温强度和耐高温腐蚀性能。“耐蚀”是指航空复合材料要有优良的抗腐蚀,主要是指抗应力腐蚀、腐蚀疲劳的能力。

  航空器是技术密集、高集成度的复杂产品,只有采用质地优良的航空复合材料才能制造出安全可靠、性能优良的飞机和发动机。航空产品的多样性和小批量生产,导致了航空复合材料研制和生产上的多品种、多规格、小批量、技术质量要求高等特点。

  新型号的先进飞机价格不断攀升,航空技术领先的国家和地区都先后对航空产品提出了“买得起”的要求。而材料在航空产品的成本和价格构成中占有相当份额,所以科学地选材和努力发展低成本材料技术是航空复合材料发展的重要方向。


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