低空经济轻量化的核心材料,碳纤维复合材料约占

民生证券研报指出,碳纤维复合材料可起质轻、高强等作用,已成为无人机主力结构件材料,占无人机结构总质量60-80%。国内“翼龙无人机、小鹏旅航者X2、万丰奥DA5ORG、峰飞eVTOL智能飞行器V400等都已布局碳纤维复合材料。

事件:
近期低空经济政策利好频发,例如3月5日国务院两会政府工作报告提及”加快低空经济等新增长引擎,3月18日民航局召开通用航空工作领导小组会议、推进低空经济高质量发展相关工作等。
1、碳纤维复合材料可起质轻、高强等作用,已成为无人机主力结构件材料
在空间不变情况下,无人机结构件材料成为提高载荷的关键,碳纤维复合材料目前已成为无人机主力材料,可起到减轻机身重量、增加有效荷载、提高飞行安全性等作用:
1）质轻且强度高,小型化、轻量化对无人机的性能和效率影响大,碳纤维复合材料比重仅为钢材重量的1/4,可降低无人机整体重量和结构占用空间,同时具有优异强度和刚度;
2）耐腐蚀性,化学稳定性高、不易受侵蚀,在各种腐蚀环境下仍能保持稳定性和安全性,提高无人机使用寿命,降低维护和更换成本;
3）耐高温性,在高温环境下可保持较好的力学性能、物理变化较小,不会产生婦变和疲劳现象,使飞机外部结构完整性和稳定性得到保障,提高飞机寿命;
4）抗电磁干扰,电磁干扰防护能力优于传统金属材料,可有效提高无人机电磁兼容性、稳定性和可靠性。

2、碳纤维复材占无人机结构总质量60-80%,国内低空经济头部厂商均已布局目前碳纤维复合材料约占无人机结构总质量的60-80%:
1）美国“全球鹰”无人侦察机,机翼、翼梁、翼盒等大量采用碳纤维复合材料,占结构总量65%以上;
2）欧洲空中客车公司研发Zephyr无人机,采用碳纤维复合材料机身,飞机重量仅75kg,轻巧结构使Zephyr在21340m的高空可携带重23kg有效载荷;
3）我国第一架全碳纤维复合材料结构机体无人试验机雷鸟”(LN60F),机身高2.2m、机身长4.7m、翼展10.5m,起飞质量257kg,续航时间为4h;
4）中国“翼龙无人机机身全部采用碳纤维复合材料,除用于侦查和打击犯罪,同时广泛应用于民用和科研领域;
5）小鹏旅航者X2旋翼案叶使用碳纤维环氧树脂基复合材料,提升旋翼案叶刚度和轻量化,同时缩短电机驱动的响应时间,提高飞行品质和气动弹性稳定性。起落架采用玻碳混(玻纤+碳纤维)编板簧式设计;
6）万丰奥DA50RG机身设计采用碳纤维复合技术,全面提升飞机安全性能;
7）峰飞eVTOL智能飞行器V400整机机身使用碳纤维复合材料一体成型技术,实现重量轻、强度大、刚性好。

3、碳纤维扩产降价降本大周期已开启,低空经济远期有望成为又一增长极
近2年国内碳纤维扩产幅度较大,扩产后降价降本大周期开启,碳纤维作为复合材料,在轻量化、材料强度、模量等方面较传统金属合金及其他复合材料具备明显优势,前期市场空间相对受限,主因系碳纤维单价高,我们看好降价/降本大周期下碳纤维拓宽应用领域。简单测算预计单个人形机器人碳纤维复合材料用量约392kg(小鹏旅航者X2空机重560kg,碳纤维复材占总质量70%,其他重量包括电池、电机等),纯碳纤维用量约290kg(假设复合材料中碳纤维重量占74%)。
根据罗兰贝格预测,到2030年全球投入商业运营的eVTOL数量将达5000架,2050年达16万架。据此测算,2030年全球无人机行业拉动碳纤维增量约1450吨、2050年拉动碳纤维增量约4.64万吨。2022年全球碳纤维需求为13.5万吨,有望成为碳纤维下一个重要增长极。

4、同步关注其他新材料(芳约/PEEK/胶粘剂/玻纤等)于无人机应用
碳纤维复合材料中,除碳纤维外:
1）Nomex蜂窝材料(芳绘纸)被广泛应用于无人机的机体外壳、机翼蒙皮与前缘,如法国奥科尔多用途无人机財2样机采用玻纤/碳纤维/芳纺纤维复合材料设计;
2）PEEK由于其轻质、高强、尺寸稳定、耐腐蚀、耐高温等特性,已开始应用于无人机案叶;
3）胶粘剂可用于无人机散热(导热凝胶应用于图传主板与散热板之间)、粘接电机磁钢(环氧系列结构胶)、电调内部主板灌封、电机控制线路板(三防胶)、视窗屏幕粘接(热熔胶)等;
4）玻纤同样大量应用于无人机领域。
碳纤维领域关注中复神鹰、吉林化纤、吉林碳谷、中航复材、光威复材,芳纶领域关注泰和新材、民士达,PEEK领域关注中研新材、新瀬新材,胶粘剂关注德邦科技、硅宝科技、回天新材,玻纤领域关注中国巨石、中材科技、长海股份。