新材料：炭素繊維応用市場の見通しが広い

青空を飛ぶ各飛行機から、長い釣り竿まで、高原のあちこちにそびえる「大風車」から、走るプロ級マウンテンバイクまで…思いがけないシーンの多くに、炭素繊維の「用武の地」がある。

製図｜鐘燕京

国産炭素繊維の現在の航空市場での応用はどのようにして、どのような問題に注意する必要がありますか？風力発電、スポーツレジャーの2大市場での応用にはどのような新しい変化が現れたのだろうか。炭素繊維の将来の市場応用の将来性をどう見るか。

最近開催された中国炭素繊維産業チェーン革新発展フォーラム及び2023年中国化学繊維工業協会炭素繊維分会年次総会の期間中、「中国紡績報」記者は以上の問題を持って深く取材した。

　　航空市場は依然として「安定器」である

戦略的新興材料として、炭素繊維とその複合材料が最も重要な「使命」は、国家の重要な戦略に関わる関連産業チェーンのサプライチェーンの自主的な制御を保障することである。

複合材料の使用量は航空機の先進性を体現する重要な標識である。天然材料から金属材料、そして複合材料まで、飛行機の胴体構造は材料に対する追求は、一貫して「鋼のように堅く、羽のように重い」である。

中国複合材料工業協会の盧宏萍副事務総長は、「航空複合材料技術の進歩に伴い、民間機用複合材料の構造比率は30〜50%に達し、他の航空機における複合材料の比率も大幅に向上した。先進複合材料は航空装備の現代化に対して、非常に重要な支持作用を果たしている」と述べた。

エアバスA 350−900 XWBを例にとると、使用するすべての材料のうち、複合材料の使用量の割合は52%に達した。

航空分野は、世界の炭素繊維とその複合材料企業が重点的に開拓してきたハイエンド応用市場である。

広州賽奥炭素繊維技術株式会社が発表した「2022年世界炭素繊維複合材料市場報告」（以下「報告」と略称する）によると、2022年、国際市場における航空宇宙分野の炭素繊維使用量は21,000トンで、世界の炭素繊維総使用量に占める割合は15.

具体的に見ると、世界の商用航空機における炭素繊維の需要量は7000トンで、世界の航空宇宙分野における炭素繊維の総使用量の33.3%を占めている。無人機の需要量は4000トンで19%を占め、公用機の需要量は2300トンで、11%を占めている。ヘリコプターの需要量は1800トンで、8.6%を占めている。汎用機の需要量は3.3%の700トンだった。

対照的に、2022年、我が国の航空宇宙分野の炭素繊維使用量の炭素繊維総使用量に占める割合は10.5%だった。

今年第3四半期、威海光威複合材料株式会社傘下の威海開拓繊維有限会社の業務プレートの収入は11.05億元で、前年同期比1.69%増加した。そのうち、定型繊維製品は安定的に納入され、重大契約の執行率は29.16%だった。

光威復材はこのほど、投資家の調査に公開回答した際、「同社の炭素繊維製品関連プロジェクトは今年9月に検収を完了し、検収前に小ロット出荷、製品の等方的な拡大応用の普及が行われています。後期には応用が徐々に拡大するにつれて、この製品には徐々に量を入れるプロセスがあります。同社の別の製品は昨年、関連審査を通過し、業務提携関係を形成しており、後期には引き続き関連する需要に応じて段階的に供給します。」

中簡科技株式会社のZT 7シリーズ炭素繊維はすでに安定し、大量に供給されて長年になり、新世代炭素繊維も異なる応用分野で検証と供給を行った。今年第3四半期、同社の営業収入は3億9900万元、純利益は2億4000万元だった。

中簡科技董秘李剣鋒氏は、「今年から炭素繊維価格が低下しているが、現在、ハイエンド炭素繊維市場の供給不足の局面に本質的な変化はなく、会社の製品価格は一定期間安定している」と述べた。

国内のいくつかの炭素繊維製の蛇口は、国産大型航空機の関連キットにも参加している。

光威復材によると、同社の大型航空機に関する関連作業は現在、2つの面に現れている。1つは炭素繊維を提供し、顧客からプリプレグを作成し、復材構造の製造に使用すること、第二に、大型航空機に内装の難燃性プリプレグを提供すること、及びカスタマイズされた炭素繊維及び織物などである。

中復神鷹董秘金亮氏によると、同社傘下の上海航空プリプレグプロジェクトは量産ラインPCD（プロセス制御文書）を通じて承認され、T 800級炭素繊維プリプレグ第2生産ラインの建設も完了した。

江蘇恒神株式会社の張明社長は、「ここ数年、恒神株式と中国商飛の協力は徐々に深まり、恒神T 800級製品は関連部品の中で応用を開始した。長期的に見ると、大航空機の開発過程で典型的な構造の国産材料の需要があり、炭素繊維複合材料の国産化代替を徐々に実現する」と紹介した。

汎用航空機市場では、企業も活躍している。

光威復材はTP 500大型無人輸送機プラットフォーム、AR 500無人ヘリコプタープラットフォームなどの型番製品を顧客に納入した。TP 500を例に、光威復材はこのプロジェクトのために炭素繊維とプリプレグのセットを提供し、前後の胴体と尾翼などの複合材料構造物の開発と生産を担当し、大部品の形で全体的に顧客に渡して総組立調整を行った。

中国民間航空瀋陽航空機適航検定センターの劉秀芝研究員は、「通航機のほとんどの機体構造は複合材料で製造されており、複合材料とその関連業界は汎用航空産業チェーンで重要な地位を占めている」と述べた。

国産炭素繊維及びその複合材料が我が国の通航産業の発展傾向によりよく適応でき、通航航空機における大規模な応用をより安全に実現できるかについて、劉秀芝氏は、「設計は先導であり、材料は基礎であり、製造は肝心であり、検査は保障である。複合材料の適航検証に対して、重点的に材料の安定性、製造の再現性と品質の一致性などいくつかの肝心な問題に注目し、この指導思想は適航検証の全過程を貫いている。国産炭素繊維とその複合材料が通航産業チェーンに入るには、『使えるかどうか、良いかどうか』を解決しなければならない使いにくい、使えない』という問題は、欠かせない。材料サプライヤーにとって、開発された複合材料がどのような技術状態に到達しなければならないのか、少なくともどのような仕事を完成しなければならないのかを考えなければならない。

未来の航空市場は依然として潜在力に満ちていることは間違いない。

「2017年、世界の航空宇宙複合材料の市場規模は176億2400万ドルで、2026年までに467億9000万ドルに成長する見込みで、複合材料市場に占める割合は40%を超え、11.46%の年間複合成長率を示す」と盧宏萍氏は述べ、中国の航空宇宙複合材料市場の成長率は将来的に世界平均を上回ると述べた。2026年までに、中国の航空宇宙複合材料市場規模は987億4300万元に達し、国内複合材料市場全体の規模に占める割合は30%を超え、2017年から2026年までの年間複合成長率は14.29%に達する見通しだ。

風力発電市場の駆動力が減速

山西から内モンゴル、河北から山東……ここ数年、広大な土地では、風に乗って回転する風力発電の羽根があちこちで見られるようになった。

記者は取材の中で、風力発電装置の発電効率と出力に直接影響を与えていることを明らかにした。長い羽根は、より多くの風力エネルギーを捕捉し、発電装置の効率を高めることができる。

ファンユニットは現在、大型化の方向に向かっている。風力発電羽根が長くなるにつれて、材料の強度と剛性に対してより厳しい要求が出されている。「軽量で高強度」の突出した特徴を持つ炭素繊維とその複合材料は、風力発電羽根を製造するための最良の選択肢となっている。

盧宏萍氏によると、炭素繊維材料を採用することで、風力発電羽根のスクランブル度をより小さくし、翼部分をより薄くし、風力エネルギー利用率を高めることができ、さらに羽根の疲労抵抗性能を高め、輸送と揚重コストを削減することができる。炭素繊維材料を採用し、低風速羽根も製造することができる。

この「緑の波」の下で、吉林省炭谷、中復神鷹、恒神株式などの企業が開発・生産した炭素繊維が風力発電羽根に徐々に応用されている。風力発電炭素梁業務を含むエネルギー新材料は、光威復材の重要な業務プレートにもなっているが、このプレートに使用されている炭素繊維は対外調達から調達されている。

金亮氏は、「中復神鷹は国内外の主要な風力発電主機工場、炭素繊維ビラ押出板生産企業と協力しており、すでに大量供給が形成されている。同社はまた、顧客と協力して、SYT 45 S-48 K製品が炭素繊維ビラ押出板の評価に使用されているなど、風力発電分野の他の応用の認証評価を行っている」と述べた。

「報告」によると、2022年、国際市場における風力発電羽根の炭素繊維使用量は34,700トンで、1位を占めた。我が国の市場における風力発電羽根分野の炭素繊維使用量は17500トンで、2位を占めている。

広州セオの林剛社長によると、風力発電羽根は数年前まで世界の炭素繊維販売量が急速に増加している「メインエンジン」だったが、この2年間、世界の2大風力発電大手ウィスタスとGEの炭素繊維板材の使用量はほとんど増加せず、年間の炭素繊維の使用量は3万トン前後を維持している。他のいくつかの国内風力発電企業の炭素繊維使用量もほとんど伸びていない。これにより、風力発電応用市場の炭素繊維販売量に対する駆動が減速した。

財報のデータによると、今年第3四半期、光威復材エネルギー新材料プレートの収入は3億4000万元で、前年同期比36.44%減少した。しかし、同社の風力発電事業の新規顧客の販売規模は徐々に形成され、報告期間内に収入は6000.35万元を実現した。「風力発電用炭素梁事業では、今年は古い顧客からの注文が減少し、新規開発顧客の貢献は着実に向上するには時間がかかる」と光威復材氏は述べた。

風力発電市場全体の応用の見通しはどうですか。

世界風力エネルギー理事会の分析報告書によると、2022年以降、世界的に急速に調整された政策環境は風力発電市場の加速的な発展の基礎を築いた。2023-2027年には、年間平均の風力発電新規設置容量は136 GW（チワワ）に達し、15%の複合成長率を示すと予想されている。

　　「炭素繊維は風力発電炭素梁を生産する原材料であり、その生産能力は国内では現在すでにあるが、バックエンドの応用はまだ量を入れていない。現在、一部の新規風力発電顧客の需要は増加傾向にあるが、需要は主にいくつかの有力な海外顧客から来ており、これは伸びていない。長期的に見れば、風力発電炭素梁という応用市場は依然として積極的な要素を蓄積している特に、国内の風力発電市場が発展すれば、この一帯には大きな空間があるだろう」と述べた。光威復材はこう表している。

スポーツレジャー市場はまだ期待できる

釣り竿、ゴルフクラブ、自転車、各種ラケット、クランククラブ、スキークラブ……林林総のスポーツレジャー用品は炭素繊維応用の主力市場である。

『報告』によると、2022年、国際市場におけるスポーツ・レジャー分野の炭素繊維使用量は24,000トンで2位、我が国の市場における炭素繊維の最大の応用分野はスポーツレジャーであり、使用量は23000トンである。

「世界の炭素繊維スポーツ器材の90%近くが中国で加工されている。現在、アモイ、東莞などの都市はすでに炭素繊維スポーツ用品の産業集積区を形成し、優位な地位を占めている」と盧宏萍氏は述べた。

「報告」によると、2022年、世界市場で釣竿分野の炭素繊維使用量は8500トンで、スポーツレジャー分野の炭素繊維総使用量の35%を占めている。ゴルフクラブ分野の使用量は5300トンで、22%を占めている。自転車分野の使用量は4700トンで、20%を占めている。ラケット分野の使用量は2800トンで、12%を占めている。

神鷹炭素繊維自転車有限会社は毎年約2万台の炭素繊維自転車フレーム、4万本のフロントフォークを生産し、製品は主に欧米市場に輸出している。

神鷹炭素繊維自転車会社の羅明豊社長によると、同社が生産した炭素繊維フレーム、フロントフォークなどの部品は、炭素繊維の含有量が100%で、中復神鷹が自社で生産した炭素繊維を使用しており、SY 49 S、SY 55 S、M 40などの規格を含む。

「昨年に比べ、今年は炭素繊維自転車の販売台数が落ち込んでいる。欧米市場の炭素繊維自転車は現在も在庫消化の過程にあると同時に、欧米経済の回復に力がなく、消費者の購買意欲が不足し、新たな消費需要が低下しているためだ」と羅明豊氏は述べた。

記者は取材の中で、アルミニウム合金自転車よりも炭素繊維マウンテンバイクの優れた利点は、より安定した、より快適な走行体験を提供することができ、より良い操作性、より速い速度、より大きな柔軟性を持ち、耐久性、多機能性を持っていることを明らかにした。

羅明豊氏は炭素繊維自転車の市場見通しについて、「長期的に見れば、市場全体の発展の見通しは良い。欧米市場では高性能炭素繊維自転車製品への需要は依然として強く、各ブランド商も製品をグレードアップし、炭素繊維をアルミニウム合金に交換する。同時に、消費者の認知度もますます高くなっている」と述べた。

注目すべきは、炭素繊維とその複合材料がスニーカーにも応用され始めていることだ。

盧宏萍氏によると、樹脂浸潤硬化後に炭素繊維板材を形成し、軽量で強度が高い顕著な利点があり、ランニングシューズ、ゴルフシューズ、バスケットボールシューズ、サッカーシューズに応用することで、より良い足の支持と安定性を提供することができるとともに、靴全体により良い耐久性を持たせることができる。日本の炭素繊維企業が発売した連続繊維強化熱可塑性炭素板は、靴底やヒールに応用されていることが分かった。「将来的には、さまざまなスポーツ製品に炭素繊維織物強化複合材料と炭素繊維プリプレグがますます使用されるだろう」と盧宏萍氏は言う。

関連予測によると、2031年までに世界のスポーツ複合材料市場規模は40億ドルに達し、年間複合成長率は5%前後になる見通しだ。

「スポーツレジャー分野は1000万社の中小企業からなるグループであり、我が国の炭素繊維企業が大切にする価値がある」と林剛氏は述べた。「わが国は現在、スポーツや健康産業の大爆発の条件を備えている。北京冬季五輪では、冬季五輪のトーチ、舵雪車、スキー板などに炭素繊維が使われ、炭素繊維という先進的な材料をより多く認識させた。スポーツレジャー市場の応用は期待に値する」。