天天看點

讀懂産業丨2024中國航空塗料行業研究報告

作者:柳州市文化廣電旅遊局
讀懂産業丨2024中國航空塗料行業研究報告

前言

2022年12月9日,全球首架國産C919大型客機正式傳遞首家使用者中國東航,至此,國産大飛機正式登上中國民航市場舞台,标志着大陸在高端制造領域,又多了一個響亮的名字。C919大型客機是大陸自行研制、具有自主知識産權的大型噴氣式民用飛機,采用單通道窄體布局,座級158至168座,航程4075至5555公裡,與目前國際航空市場上最為常見的空客320、波音737機型同級别。

由于商業大飛機領域行業壁壘高,此前隻有少數國家能夠獨立承擔大飛機的研制與生産,形成了波音和空客雙寡頭壟斷的格局。目前,全球可搭乘百人以上的民航大飛機市場被空客和波音兩家公司壟斷,而這些大飛機的配套塗料則全部都由國外企業供應,比如PPG、阿克蘇諾貝爾、宣偉、美凱威奇等企業壟斷了全球大飛機塗料市場。

然而,随着中國大飛機C919即将投入商業運作,這也意味着将打破國際大型客機的市場壟斷。與此同時,大陸大飛機C919也用上了國産造大飛機塗料,目前已有中海油常州塗料化工研究院、海洋化工研究院兩家公司自主開發的航空塗料産品入選了中國商用飛機有限責任公司合格産品目錄,并在C919飛機上得到了應用,這意味着打破了PPG、阿克蘇諾貝爾、美凱威奇等外資品牌的市場壟斷,伴随C919起飛的,還有它的相關産業鍊。

Part 1

中國航空制造産業發展現狀

按飛機的用途來劃分,大陸航空飛機可分為民用航空飛機和國家航空飛機。國家航空飛機指軍隊、警察和海關等國家部門使用的飛機,民用飛機主要包括民用飛機和民用直升機,含客機、貨機、客貨兩用機。

1.1 大飛機項目打開廣闊民機市場

中國将成為未來全球航空業市場的主力。中國商飛統計資料顯示,2020 年,中國客機機隊規模數量 3,642 架,占全球總體客機機隊的 20.1%,且預計到 2040 年,中國客機機隊規模全球占比将增至 21.9%達到 9,957 架,超過北美和歐洲成為全球客機機隊規模最大的地區。

1.1.1 國内客機市場需求預測

從國内客機市場需求預測來看,未來20年,以C919飛機為代表的窄體幹線客機仍将是大陸民航主力機型。綜合考慮中國商飛釋出的《中國商飛公司市場預測年報2022-2041》,中航工業釋出的《2022-2041年民用飛機中國市場預測年報》,以及波音公司釋出的《Commercial Market Outlook 2022-2041》三份預測報告估算未來20年中國民用客機需求數量。

根據《中國商飛公司市場預測年報2022-2041》中的傳遞價值,測算渦扇支線客機、單通道噴氣客機、寬體雙通道噴氣客機的平均單價分别為0.5億美元/架、1.2億美元/架以及3.3億美元/架。測算未來20年中國新機傳遞市場總價值約1.3萬億美元,折合人民币約8.9萬億元(按在岸人民币兌美元6.89計算)。

2022-2041年中國民用客機需求數量預測

讀懂産業丨2024中國航空塗料行業研究報告

1.1.2 大飛機傳遞量市場預測

以中國商飛的3款主力機型ARJ21、C919、CR929為對象,預估國産客機未來20年的傳遞量和傳遞價值情況。測算過程中的假設如下:假設C919客機從2022年傳遞,随後在大陸的市占率穩步提升。參考ARJ21目前的傳遞量每年25架。參考C919項目2008年啟動,2022年預計傳遞的節奏,假設CR929從2030年開始傳遞(CR929寬體客機項目2014年啟動)。

參考《中國商飛公司市場預測年報2022-2041》中目錄價格,假設渦扇支線飛機0.5億美元/架,單通道噴氣客機1.2億美元/架,雙通道噴氣客機3.3億美元/架。參考國際航協IATA釋出的預測,假設航空工業客運量、中國客機市場傳遞量在2023年恢複到疫情爆發前94%水準,2024年升至103%。據此預估:未來20年ARJ21/C919/CR929有望分别傳遞703架、1526架、259架,國産客機傳遞量為2488架,價值約2.09萬億人民币,市場規模複合增速約14.85%。從傳遞價值量來看,未來20年國産客機市場可分為快速增長期和穩定發展階段。快速增長期(2022-2033):ARJ21傳遞量保持穩定,C919開始傳遞并逐漸上量,國産客機市場規模快速增長。穩定發展階段(2034及以後):ARJ21持續生産,C919飛機年産接近100架,CR929已開始傳遞,國産客機實作全系列量産,國産民機市場規模爬升到千億以上。

未來20年國産客機市場規模提升

讀懂産業丨2024中國航空塗料行業研究報告
讀懂産業丨2024中國航空塗料行業研究報告

1.2 軍用飛機多軍種剛需配置,未來增長趨勢可觀

軍費是國防科技工業景氣度擴張的基礎,是軍工行業需求的根本來源,其直覺反映了國防政策在經濟與資源上的配置情況,也直接決定了武器裝備建設的進度,更是軍工企業業績的核心驅動因素。

讀懂産業丨2024中國航空塗料行業研究報告

從軍用航空領域現狀來看,大陸軍用航空國産化道路曆經引進、測仿、改進、創新四個過程,經過60餘年發展,已具備戰鬥機、運輸機、武裝直升機/運輸直升機、教練機等多機種系列飛機的研制能力。但與美俄等軍事大國相比,大陸的軍用航空仍有較大發展空間。從大陸空軍的機隊規模來看,近年來大陸軍用飛機數量在不斷增加。截至2022年末,大陸空軍機隊規模達到3284架。從種類分布情況來看,截至2022年,大陸軍用飛機的機隊規模為3284架,其中戰鬥機1570架,武裝直升機913架,教練機397架,運輸機288架,空中加油機4架和特種飛機112架。

未來20年中國軍機需求約2900架,市場規模超萬億。據愛樂達招股說明書統計,未來20年,中國包括戰鬥機和運輸機等在内的軍用飛機采購需求在約2900架,軍用航空器市場規模将達到2290億美元,折合人民币約1.4萬億元。我們認為,新機型需求的放量将進一步提振航空産業景氣度,大陸航空産業有望進入快速發展期。

讀懂産業丨2024中國航空塗料行業研究報告

Part 2

中國航空塗料産業發展現狀

航空塗料主要是指用于飛機上的塗料。根據飛機架構,按使用部位分,一架飛機應用到的塗料涵蓋了飛機蒙皮塗料、飛機艙室塗料、飛機發動機塗料、飛機零部件塗料(雷達天線罩塗料/透明件保護塗料/飛機油箱内壁保護塗料等)、特殊專用塗料(飛機儀表應用到的示溫塗料等)。

2.1 主要航空塗料品種發展概括

2.1.1 飛機蒙皮塗料

綜觀國外,航空塗料水準較先進的國家有美國、荷蘭、德國和俄羅斯等工業發達國家。20 世紀60~70年代,随着飛機性能的進一步提高,原來使用的醇酸、硝基類塗料,因其耐熱性較差,耐氣候、耐老化性能不好和易被污染而逐漸被環氧、丙烯酸、聚氨酯塗料代替。目前,國外的普通蒙皮塗料底漆一般采用環氧/聚酰胺體系或環氧/聚氨酯體系,特殊部位還采用鱗化底漆。而面漆體系則主要為丙烯酸、聚氨酯等,随着技術的進步,耐老化及耐沾污性能較好的氟矽、氟碳塗料也逐漸被應用到飛機蒙皮塗料上。

大陸飛機蒙皮塗料始于20世紀50年代,最初以C01-7長油醇酸塗料為主的醇酸類塗料曾經得到廣泛的應用。20世紀70年代,大陸航空塗料開始發展,中昊北方塗料院(原化工部塗料工業研究所)、北京621所、天津油漆廠均投入大量人力、物力進行研究。丙烯酸清漆、丙稀酸改性聚氨酯磁漆、聚氨酯磁漆和有機矽改性聚氨酯塗料産品相繼研究成功,并廣泛用于軍用新飛機 的表面塗裝。目前,國内仍然還是以采用環氧底漆和聚氨酯(聚酯、丙烯酸和各種改性聚酯)面漆體系的飛機蒙皮塗料為主要品種,其技術性能達到GJB和MIL标準。

國内飛機蒙皮塗料主要有以下幾種類型:①雙組分丙烯酸飛機蒙皮塗料;②雙組分聚醋型聚氨酯塗料;③氟碳型飛機蒙皮塗料;④改性有機矽飛機蒙皮塗料。

目前,國内飛機蒙皮塗料底漆和面漆的整體技術水準和國外同類産品相比還存在一定的差距,比如系列化程度不足、針對性不強、産品的應用範圍較窄且工藝穩定性較差。氟矽、氟碳類的蒙皮塗料雖然也有部分應用,但是其技術成熟度不足,耐沾污等性能仍無法滿足戰機日常維護要求,不能大規模生産和應用,目前隻局限于小批量試用。随着飛機航行速度不斷提高,機身氣動熱随之提高(馬赫數M=2.2時為150℃; M=2.5時為220℃: M=3時為320°C)。是以,能長期經受220℃:以上高溫的普通飛機蒙皮塗料是重要的發展方向。

2.1.2 飛機艙室塗料

飛行器座艙是飛行員工作的主要場所,座艙内保護塗料在滿足較為苛刻的使用環境要求的同時,讓飛行員在視覺和觸覺方面能夠感受到舒适,也須得到重視。現階段國軍标僅對塗層的光澤、顔色提出了具體要求,國内普遍采用半光丙烯酸/聚氨酯塗料作為飛機座艙内塗料,這類 塗料在經過一定時間的使用後,經常出現磨損和脫落,雖不會對飛行安全造成危害,但是影響 飛行員的感受;國軍标中規定的半光塗料要求也不盡合理,在強烈光線照射下,半光塗層還是會産生較為強烈的反射光;因标準制定較早,對于塗層的質感未做要求,塗層讓人感覺冰涼,沒有親和力。

現階段,大陸仿麑皮塗料、彈性塗料發展已經較為充分,産品性能完全能夠達到座艙内保護塗料的技術名額要求;因這類塗料表面存在尺寸不一的輕微凹凸,在同樣的光澤條件下不會産生強烈的反射光線,有利于飛行安全;這類塗料的觸感極為舒适,飛行員有如置身進階轎車内,感覺非常溫暖。

2.1.3 飛機發動機塗料

現代航空發動機金屬材料多采用鎂合金、鋁合金、钛合金等,國外針對鎂合金、鋁合金的耐高溫、防腐蝕塗料研究較為充分,如美國TELEFLEX公司牌号為SERMETEL的産品系列,耐溫及防護性能十分優異,是羅-羅、波音、空客等國外企業指定唯一的發動機金屬材料防護塗料;钛合金除了在其表面進行标注外通常不采用塗料進行防護。

中昊北方塗料工業研究設計院有限公司(以下簡稱中昊北方塗料院)針對TELEFLEX公司 牌号為SERMETEL的産品進行了針對性研究,研制的TW-7塗料滿足了大陸型号任務的需要,成功應用于多種型号發動機的金屬防護,替代進口産品。

傳統的航空用鋁合金與處理工藝中所用的六價鉻鹽對人體不安全,對施工工藝相關的毒害材料的控制、處理及管理帶來嚴重危害和不必要的麻煩。從1982年期世界環境保護組織就提出限制使用鉻酸鹽和其他鉻酸鹽化合物。研制無鉻、有效、價格低、環境友好的鉻酸鹽及緩蝕劑替代品和環境友好的轉變層處理工藝是航空塗料界所迫切需要解決的問題,也是我們面臨的新課題。

2.1.4 飛機零部件塗料

2.1.4.1 雷達天線罩塗料

所有飛行器都需要得到保護,因為飛行器在太氣中高速飛行,氣動加熱非常嚴重: 同時飛行器還可能受到雨水、砂石等侵蝕,為保護天線罩以及内部的儀器儀表,天線外罩表面必須加以保護。

因飛行器不同和應用環境的差異,雷達罩保護塗料可以根據溫度範圍分為幾大類:①使用溫度常溫到250℃的彈性聚氨酯保護塗料;②使用溫度250℃-400℃的耐高溫保護塗料;③使用溫度400℃以上的耐高溫保護塗料。

因彈性聚氨酯保護塗料研發較早,采用了芳香族聚氨酯作為主要成分,塗層耐老化性能較差,采用MOKO固化劑存在潛在緻癌危險。近年來國内研究機關針對上述問題采用脂肪族聚氨酯替代芳香族聚氨酯,提高了塗層的耐老化性能.并旦自主合成了天門冬氨酸二氨作固化劑,消除了緻癌的危險,塗層性能與原産品相當,部分技術名額有了飛躍性的提高。但是由于雷達及天線對保護塗層介電性能要求的進一步提高,降低塗層介電損耗成為該圖層的發展方向。

因為樹脂在250℃以上不可避免地出現碳化等現象,溫度達到400℃時基本接近了樹脂材料的耐溫極限,對天線罩僅能夠提供較短時間的防護,無法實作長時間的保護;含氟材輯在385℃以上出現熱分解,有可能揮發出有毒氣氛;聚酰亞胺類樹脂對水分敏感,嚴重影響産品儲存穩定性和塗層一緻性。是以,雖然250℃-400℃的雷達罩保護塗料可選用的樹脂體系較多,但是真正用于型号任務的産品品種并不多,還主要集中在有機矽樹脂系列的塗料品種。

長期受400℃以上高溫的雷達罩多采用纖維增強熔矽材料,這類材料的緻密性較高。除了了抗水滲透性和柔韌性方面稍有不足外,其他性能不需要塗料進行補充,是以市場需求不迫切,迄今,能夠耐受這一溫度并滿足氣動要求的保護塗料在國内幾乎是空白,雖然采用有機矽樹脂體系能夠耐受這種高溫,但是耐氣蝕能力有限。近年來國外有磷酸鹽樹脂體系的保護塗料出現,其耐溫性能可達到1100℃以上。

2.1.4.2 透明件保護塗料

現代軍事工業中,透明塑膠在飛機座艙、艦艇舷窗、飛行員頭盔等領域得到了廣泛的應用,目前飛機座艙蓋材料普遍使用聚甲基丙烯酸甲酯玻璃(主要采用航空定向有機玻瑝PMMA),從性能需求和發展趨勢來看,最終将被性能更好的聚碳酸醋(pc)塑科完全替代。但該類材料均存在材料表面硬度不足、容易留下劃痕等問題,是以需要對其進行保護,并滿足透明件的良好透光率及霧度等要求。

國外于20世紀60年代就開始了有機玻璃表面保護塗層的研究,主要有丙烯酸塗料、聚氨酯樹脂塗料、聚矽氧烷塗料等。近年來,又發展了納米改性塗料、有機-無機雜化塗料等。經過近幾年發展,國外公司已經推出了用于pc表面保護的成熟産品,并得到工業應用。

大陸高規格光學級别有機玻璃(PMMA)工業起步較晚,針對保護塗料的研究不充分,型号飛機透明件表面防護塗層主要采用中昊北方塗料工業研究設計院有限公司研制的TU系列丙烯酸/聚氨酯防護塗料,TU系列飛機座艙透明件保護塗層均為聚氨酯/丙烯酸樹脂體系,具有良好的附着力和韌性,但與國外産品相比該産品品種單一,可選性不強。

國内在PC表面防護塗層的研制上,成熟的産品幾乎空白。針對不同需求的透明件應該采用不同的保護塗料,而國内現有産品單一,還不能全面實作防霧、增硬等要求;在日本較為成熟的溶 膠-凝膠原位聚合法在國内還僅限于實驗室研究階段,因聚合溫度的限制不能用于透明件防護。

2.1.4.3 飛機油箱内壁保護塗料

飛機整體油箱即為結構油箱,油箱的腐蝕即是承力結構件的腐蝕,也就是說,油箱的腐蝕直接威脅着飛機的完好性與可靠性。耐油塗料用于飛機整體油箱内壁以及周邊區域的耐油防腐蝕保護,能在燃油中長期使用,避免燃油中複雜的腐蝕環境對油箱材料的腐蝕。

國外的油箱保護塗料早期主要采用環氧-橡膠、環氧類、氨基甲酸酯和聚氨基甲酸酯塗枓,代表性的産品有波音公司的BMS10-39環氧塗料。此外,阿克蘇諾貝爾的整體油箱保護塗料,由 于性能優異,也占據着國内市場相當大的份額。

國外對于飛機整體油箱保護塗料的檢測标準主要有AMS-C-27725B、MIL-C-27725B以及BMS10-20D等,這些标準均未提及塗層對防冰劑抗耐性的檢測;但國外已建立了成熟、科學的加速測試試驗方法,一些研究機構對耐油塗料受防冰劑影響狀況進行了深入研究,采用不同的實驗 條件,建立了多種加速試驗方法,并确定了—些符合實際環境的加速試驗方法與評判标準。

國内早期的油箱保護塗料基本為聚酰胺固化環氧類塗料,這種塗料能夠基本滿足現行國軍标GJB 1390-1992 (未提及塗層對防冰劑撕性的檢測)的要求,但與國外先進水準相比,國内産品性能仍有差距,尤其是在實際使用中塗層表現出對耐防冰劑的抗耐性不足,不能完全滿足實際使用需求。中昊北方院是大陸最早從事耐油類塗料項目研制的研究院所,也是國内少有的能進行飛機整體油箱耐油保護塗料研究及工業化生産,将産品成功進行應用的機關。

2.1.5 特殊專用塗料

2.1.5.1 示溫塗料

要應用于飛機儀表、蒙皮溫度分布的測量,電氣裝置的發熱監控。多變色不可逆示溫塗料具有大面積場測溫功能、記憶最高溫度不破壞物體表面形狀。不影響氣流狀态、使用友善,測量結果直覺等,廣泛應用于發動機燃燒室、渦輪外環導葉片、加力擴散器等部件的測溫,單變色不可逆試溫貼片現廣泛應用于傳回式衛星穩定裙及裙底結構内表面、飛船側壁和大底等部位的溫度測量,以及電器裝置溫升狀态、機械構件溫度監控等。

英國、俄羅斯、德國、法國、美國、日本及中國等世界各國都重視示溫塗料的開發研制。德國(如Rols- Royceplc公司)的示溫塗料性能水準最突出,成功應用于發動機熱端部件的測溫,其測溫區域為240~1300℃,測溫點有些品種多達10個,間隔為50~70℃。目前示溫塗料朝着多測溫點、寬溫度區間、高溫區及快速反應的方向發展。

中昊北方塗料院自20世紀60年代開始示溫塗料的研究,是國内唯一專業從事示溫塗料研究的院所,産品品種涵蓋了從37℃到1150℃的溫度測量範圍,目前正在研發1150℃以上的示溫塗料品種。

目前該類塗料的研究方向是通過對熱敏顔料的研制,輔助填料的熱性能研究、基料樹脂的料品種。耐溫性及與顔填料的配套性研究,克服高溫多變色不可逆示溫塗料的示溫間隔大、誤差大、變色不靈敏、色差不明顯、應答時間長、高溫上限低等缺點,滿足型号研制中動态大面積場的溫度測量要求;充實專用的試驗和檢測裝置,進行塗料示溫性能、力學性能、環境适應性能以及溫度判别方法的研究。

2.1.5.2 水性塗料

随着環保和低碳經濟要求的日益提高,為了確定施勞工員的身體健康、改善施工環境、滿足環保的要求,航空、航天用塗料的水性化技術日益得到重視。

發達國家已經實作了飛機用底漆、色漆的水性化,如波音、空客等,以德國為例,早在20年前就已将水性料用于軍用車輛、艦艇内表面的塗裝,現在除了裝備表面一層罩光塗料外,其餘部分防腐蝕塗料基本實作了水性化。

大陸水性化技術已經經曆20餘年的發展,水性環氧、水性聚氨酯塗料技木基本成熟,但是性能與溶劑型塗料比較還存在較大差異,難以滿足高性能的使用要求,關鍵技術和關鍵原材料普遍掌握在國外企業的手裡,因技術壟斷等原因,國内企業很難獲得高質最的水性化塗料。

2.1.5.3化學銑切保護塗料及工序保護塗料

化學銑切加工(簡稱化銑)是依靠化學溶液對金屬工件表面溶解的一種加工技水,即利用化學溶解的方法加工工件。化銑保護塗科又稱為可剝性凃科,是化銑過程中的一種臨時性保護塗層,在加工過程中起到暫時的保護作用,化銑工序完成後再去除該保護層。

美國 Turco和 Purex公司是從事研究和生産化銑保護及其配套産品的公司,MaS31k537和AC-850化銑保護塗料就是其代表件産品。由于國内第一代保護塗料氯丁膠存在“漏蝕”、溶劑毒性大、貯存穩定性差等缺點,目前已經被淘次:第二代保護塗料丁苯膠雖然降低了溶劑的毒性,但工藝複雜,且“漏蝕”問題依然存在,在航空企業中也逐漸淘汰。目前國内的航空企業所使用的化銑保護塗料主要為AC-850等進口産品,價格昂貴且供貨周期長。中昊北方塗料院研制的第三代保護塗料(SBS熱塑性彈性體化銑保護塗料)性能已經達到了美國AC-850的技術水準,并在多個企業得到了應用。

2.2 應用情況

2.2.1 國外應用情況

2.2.1.1 國外民機應用情況

目前,國際上使用的大部分民用客機均由美國波音(Boeing)公司和法國空客(Airbus)公司制造,其飛機所用的“三防”塗料産品主要由國外幾大著名塗料公司所壟斷,如PPG、阿克蘇諾貝爾、Deft、德索托等公司。

其中,最具代表性的為 阿克蘇諾貝爾和PPG。這幾家公司生産的飛機蒙皮塗料産品種類多樣,性能穩定。國際上航空塗科有大量産品已經實作商品化,多年以來被各大飛機制造商、航空公司廣泛選用。綜合考察各大航空塗料生産商的相關産品,可以清晰發現其性能主要展現在塗層體系高性能化、塗層體系薄膜化和量化、塗料綠色環境友好化等方面。

在航空塗料高性能化方面,國際上知名航空塗料生産廠家在20世紀80年代就開展了研發及應用工作,主要分析并考察飛機在飛行過程中塗層系統的抗腐蝕性能、使用壽命等,用于飛機飛行環境的複雜多樣性,提高飛機蒙皮塗層在極端條件下塗層的各項性能,如耐懸性、耐油品性、耐擦拭性、重塗性、耐沖擊性等:90年代就推出了相關産品并獲得應月,塗膜的耐高低溫、耐沖擊性能、柔初性能優異,與金屬基材具有優異的附着力和抗振動性能,可以保證在劇烈的飛行過程中,蒙皮塗層與基材不會因應力變化而産生開裂為降低飛機的整體品質,增加航行距離,航空塗料體系薄膜化、輕量化交得越來越重要,在滿足現役航空塗層體系防護性能不變的前提條件下,要求塗層厚度下降20%~30%。

PPG公司新開發的底色漆清漆系統,與傳統的塗層系統相比能大層度降低塗層的品質而不損失塗層的防護性能。在國際燃油價格日益上漲的今天,該技術的推廣和成功應用将大大降低飛機的燃油使用費,為航空公司創造可觀的經濟效益。

塗料綠色環境友好化方面,歐美等發達國家因其政策法規限定,成功開發出多個高固含量、無銘化、水性化、無溶劑品種,大部分塗膜性能與傳統溶劑型塗料水準相當。其中高固體分塗料發展速度最快,其中PPG和阿克蘇諾貝爾的航空塗料産品均以高固體分塗科為主,施工狀态下塗料的體積固體分高達70%,VOC排放量小于420g/L,滿足歐盟及美國的環保法規要求。

在底漆無鉻化方面,PPG公司成功開發了多個品種。在水性塗料方面,PPG和阿克蘇諾貝爾近年來也相繼開發了Eco Prime系列和Aerowava系列水性航空塗料,産品涵蓋了飛機蒙皮底面漆及零部件防護凃料等,在波音和空客飛機上獲得了成功應用。Bayer公司和Deft公司聯合開發了采用UV固化方式的無溶劑的飛機蒙皮塗料,該塗料具有固化速度快、低VOC含量等特點,性能上與傳統的聚氨酯飛機蒙皮塗料相當。這些綠色塗料已成功應用于多型号飛機,如波音737、747、757、767和空客380等,在滿足實際飛行環境的使用要求的同時,立足于低碳化、環保化,符合政策法規的要求。

2.2.1.2 國外軍機應用情況

由于涉及軍用特種塗料,國外對這部分塗料的具體牌号、性能等方面采取了嚴格的保密措施,我們無法判斷軍用塗料的實際應用情況。但是從一些文獻資料中,還是能夠側面了解到一些。PPG和阿克蘇諾貝爾公司均有相應的軍用塗料産品,具體性能不詳。

Indestructible Paint INC公司是一家生産飛機專用塗料的廠家,其有很多品種用于不同型号的飛機上,但大多數塗料無法通過正常管道購買。

2.2.2 國内航空行業競争格局及市場佔有率

2.2.2.1 産業格局:PGG最早進入中國市場

根據中國航空塗料行業競争者入場進度來看,較早參與中國航空塗料行業的企業主要有PPG、三峽油漆等企業,美國宣偉和河南航材進入市場時間相對較為靠後,1995-2005年間是競争者進入航空塗料行業較為密集時間段。

讀懂産業丨2024中國航空塗料行業研究報告

*注:橫軸為企業注冊時間和國際企業首次進入中國時間,縱軸和氣泡大小為企業注冊資本規模。

2.2.2.2 市場競争:主要分為國内和國外兩大派系

中國航空塗料行業企業競争格局主要可以分為兩大派系,一種是以PPG、阿克蘇諾貝爾、宣偉等國家航空塗料龍頭在國内形成的競争派系,一種是以昊華科技為代表的中國航空塗料企業形成的競争派系。

中國航空塗料行業企業競争格局

讀懂産業丨2024中國航空塗料行業研究報告

通過分析中國航空塗料行業現有競争者行業布局和經營經營目的,分析國内外企業整體戰略布局。從航空塗料企業發展目标來看,國際企業以商業目的為主,國内企業則偏重實作政治性目标,因而導緻兩種類型企業在确定企業發展路徑的過程中存在一定差異,相關對比情況如下:

中國航空塗料行業競争者發展戰略布局

讀懂産業丨2024中國航空塗料行業研究報告

2.2.2.3 産業分布:國際企業集中于東部沿海,國内企業集中于華中地區

從産業分布來看,國際企業在中國的航空塗料相關生産布局主要集中在天津、江蘇、上海等對外交流程度較高的東部沿海地區。

國内航空塗料生産相關企業則集中在陝西、河南、湖北、四川、重慶等華中地帶。

讀懂産業丨2024中國航空塗料行業研究報告

2.2.2.4 市場集中度:行業整體市場集中度較高

受限于較高的市場準入壁壘,中國航空塗料行業市場供應商較為固定,在商用航空裝備生産領域,以PPG為代表的歐美企業占國内市場佔有率超85%。

在軍用航空裝備生産領域,以昊華科技為代表的“國家隊”企業占據主要市場。雖然随着中國大飛機的投産,國産航空塗料擁有了一定發展空間,但總體市場集中度仍舊處于較高水準。

讀懂産業丨2024中國航空塗料行業研究報告

2.2.3 國内應用情況

2.2.3.1 國内民機應用情況

由于商業大飛機領域行業壁壘高,此前隻有少數國家能夠獨立承擔大飛機的研制與生産,形成了波音和空客雙寡頭壟斷的格局。目前,全球可搭乘百人以上的民航大飛機市場被空客和波音兩家公司壟斷,而這些大飛機的配套塗料則全部都由國外企業供應,比如PPG、阿克蘇諾貝爾、宣偉、美凱威奇等企業壟斷了全球大飛機塗料市場。

但随着中國商飛自主标簽的C919大型客機的問世,情況出現了變化。這出現了中國終于也獲得了進入并競争這個市場的機會。目前已有中海油常州塗料化工研究院、海洋化工研究院兩家公司自主開發的航空塗料産品入選了中國商用飛機有限責任公司合格産品目錄,這意味着打破了PPG、阿克蘇諾貝爾、美凱威奇等企業的外資壟斷。

塗料經産業研究中心注意到,江蘇省科學技術廳于2022年7月18日公示的2022年度江蘇省科學技術獎形式審查結果顯示,中海油常州塗料化工研究院有限公司,中國商用飛機有限責任公司上海飛機設計研究院,常州南京大學高新技術研究院,航空工業第一飛機設計研究院,中海油常州環保塗料有限公司聯合完成的“國産大飛機高性能塗覆材料關鍵技術研發及應用”項目入圍。

該項目技術發明知識産權包括:一種具有較低VOC的航空器用塗料及其制備方法,一種直升機旋翼用聚酯聚氨酯塗料及其制備方法,一種模拟綠色植被高光譜的環保型塗料及其制備方法,一種多彩紅外低發射率的環保型塗料,一種用于快速修複航空飛行器受損蒙皮塗層的塗料組合物,一種航空飛行器用塗料體系,一種非鐵金屬用通用底漆及其制備方法,一種航空飛行器外蒙皮用塗料體系及其制備方法,一種航空飛行器外蒙皮用罩光塗料及其制備方法,一種N-丁基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶胺的簡便合成方法。

塗料經産業研究中心還注意到,中海油常州塗料化工研究院有限公司、中海油常州環保塗料有限公司、航空工業第一飛機設計研究院、航空工業西安飛機工業(集團)有限責任公司此前已聯合完成了“高性能低污染大(中)型飛機配套塗覆材料的研制與産業化”項目。該項目根據航空蒙皮塗料的要求,開展了水性防腐底漆、水性防腐面漆以及高固體分罩光漆的研制,實作水性塗料和高固體分塗料的VOC小于均100 g/L,引領大陸飛機蒙皮塗料向環境友好型方向發展。

大飛機重大科技專項是大陸建設創新型國家,提升自主創新能力和增強國家核心競争力的重大戰略決策。近年來,大陸航空工業得到迅速發展,大中型飛機的研制工作取得了顯著成果,特别是大型軍用運輸機、大型商用客機以及水陸兩栖飛機等多個新型号陸續進行了首飛,部分飛機也已經裝備服役。

飛機配套塗覆材料是飛機必不可少的輔助材料,除了具有裝飾的作用以外,更重要的是對航空器結構材料進行防護,對于維護飛行安全,延長航空器壽命,具有積極的意義。大(中)型飛機具有不同于普通機種的大尺寸、高載重量、長使用壽命等特點,這些特點決定了大(中)型飛機配套塗覆材料在性能上的特殊要求。

目前,國内大(中)型飛機配套塗覆材料大多數為溶劑型産品,部分機型采用了高固體塗料和水性塗料,溶劑的釋放量有所減少。随着大陸環保要求的日益提高,需要進一步降低航空塗料中揮發性有機化合物(VOC)的含量,為此,該項目開展了航空用水性塗料、高固體分塗料的技術研究,通過對樹脂合成、塗料配套設計和塗料組分優化技術等研究,實作水性塗料和高固體分塗料的VOC小于均100g/L,引領大陸飛機蒙皮塗料向環境友好型方向發展。

該項目研究大中型飛機配套塗覆材料包括底漆、面漆和罩光漆3種塗料,主要研究内容有:1)水性環氧底漆的研究:重點開展水性環氧乳化劑的制備、水性環氧乳液的制備、水性環氧固化劑的制備、特種顔填料及助劑的篩選、水性環氧底漆的制備以及性能評估。2)水性聚氨酯面漆的研究:重點開展羟基丙烯酸乳液的合成,水性聚氨酯固化劑的篩選,特種顔填料及助劑的篩選,水性聚氨酯面漆的制備以及性能評估。3)罩光漆的研究:重點開展聚天門冬氨酸樹脂以及配套固化劑篩選,高固體分聚酯多元醇樹脂的制備,溶劑、助劑的篩選,高固塗層的制備以及性能評估。

創新點1:超低VOC的航空塗料配套體系的研究目前國際主流的飛機蒙皮塗料采用的是溶劑型的高固體分環氧底漆加高固體份聚氨酯面漆的配套體系,底漆的VOC不大于340g/L,面漆的VOC不大于420g/L。項目采用的是水性環氧底漆加水性聚氨酯面漆加罩光漆的配套體系,屬于三層配套。通過研究,制備的水性環氧底漆,其VOC是44g/L,水性聚氨酯面漆,其VOC是2g/L,罩光漆,其VOC是10g/L,3種塗料的VOC都小于50g/L。是以,本項目研制了一種新型的飛機蒙皮塗料的配套體系(即水性塗料加高固體分塗料的配套體系),對比現有的塗料配套體系,VOC大幅下降。

創新點2:制備了一種具有嵌段結構、非離子型、可反應的環氧乳化劑,用來制備水性環氧乳液。采用酸酐和聚乙二醇、液體環氧樹脂為原料,合成了一種嵌段、非離子型、可反應的高分子環氧乳化劑(樹脂)。該乳化劑合成的技術路線的優點:合成過程可控性強,可以有效避免反應劇烈放熱的問題;合成過程沒有加入任何催化劑,有利于提高塗膜綜合性能。用上述乳化劑,可以制備出具有較好穩定性的非離子型水性環氧乳液産品。通過試驗,發現乳化劑樹脂濃度約為11%(即乳化劑/環氧樹脂為1/8)時,制備的乳液穩定性優良。

創新點3:合成了一種柔韌性優秀的水性環氧固化劑。通過引入柔性非離子親水鍊段來增加強化劑的柔韌性,改善塗膜耐沖擊差的缺點。水性環氧固化劑合成工藝分為兩步:多元胺與環氧樹脂擴鍊:将多元胺與雙酚A型環氧樹脂加成,形成兩端帶伯胺氫的加成物。引入親水基團——加成物再與聚乙二醇二縮水甘油醚開環擴鍊,引入親水性基團,再采用單環氧化合物封閉分子鍊兩端的伯胺氫,制成水性環氧固化劑。該環氧固化劑合成技術路線的優點:反應過程無需催化劑,分散過程無需酸中和;引入柔性非離子親水鍊段,提升塗膜柔韌性。

創新點4:制備了一種具有核殼結構的羟基乳液,用于制備水性聚氨酯面漆。将水、引發劑、乳化劑、丙烯酸酯混合單體、功能單體等混合後先聚合成種子乳液,然後再加入剩餘的丙烯酸單體、功能單體和引發劑再進行聚合,形成核殼結構的乳液。該羟基乳液合成技術路線的優點:成膜性優,幾乎不使用成膜助劑,可以制備“零VOC”塗料;乳化劑使用量少,塗膜耐水性優;羟基官能團大部分在殼層,與固化劑交聯效率高,塗膜綜合性能優,使用成本低。

創新點5:采用聚天門冬氨酸酯樹脂制備罩光漆。選用兩種不同結構的聚天門冬氨酸酯樹脂進行拼合,固化劑選擇Tolonate® HDT-LV2,通過加入一種反應調節劑,可以延長雙組份塗料的适用期。

項目産業化建設依托了中海油常州環保塗料有限公司進行,完成了2000噸/年高性能低污染大中型飛機塗覆材料示範生産線的建設,包括800噸/年水性飛機塗覆材料示範生産線的建設工作和1200噸/年高固體分飛機塗覆材料示範生産線,同時建成了800噸/年水性環氧樹脂合成和500噸/年航空專用樹脂合成的生産線。

項目開展了高性能低污染大中型飛機蒙皮塗料的研制和産業化,形成一套新型的飛機蒙皮的配套體系(即水性底漆、水性面漆以及高固體分罩光漆),可以将飛機蒙皮塗料的VOC可以下降到50g/L以下,遠低于現在使用的溶劑型塗料,引領大陸飛機蒙皮塗料領域向環境友好型方向發展。

項目在航空工業西安飛機工業(集團)有限責任公司完成了航空典型件的示範塗裝,塗料的施工性能良好,塗敷後的典型件表面平整,顔色和光澤外觀均勻,無虛煙、橘皮等缺陷,塗層遮蓋力較好。室溫放置24小時後,用240号砂紙打磨,未出現粘砂紙的現象,打磨區域無明顯的砂紙打磨印記,可打磨性能良好。室溫放置7天後進行濕膠帶結合力試驗,無漆層脫落,應用效果優良。

項目所開發的水性環氧乳化劑、水性環氧乳液、水性環氧固化劑、水性羟基乳液、水性聚氨酯塗料、高固體分樹脂以及高固體分塗料等産品,實作了航空蒙皮塗料核心技術的自主研制與産業化。

依托該項目的研究,搭建一個水性塗料的技術平台,有助于減少有機溶劑的使用和排放,對于推動塗料産品向資源節約型和低污染化方向發展起着重要作用。本項目研制的水性環氧乳液與水性環氧固化劑産品,已經在金屬、地坪、水泥固化等多個領域得到廣泛應用,近2年來銷售額超過150萬元;水性丙烯酸羟基乳液,現已實作工業化規模生産,在木器、金屬保護、地坪、建築物外牆等多個領域得到廣泛應用,尤其在水性矽PU塑膠地坪領域,已成為國内該領域主要的水性樹脂供應商,近2年累計實作銷售超過1700萬元。

大陸航空工業的發展,必将帶來環保型航空塗料的應用,而伴随國家對環保的重視和相關環保政策的出台,該項目研制的羟基乳液、水性環氧乳液、水性環氧固化劑、水性防腐底漆和水性聚氨酯面漆、高固體分塗料等,都将獲得巨大的發展,并取得良好的經濟效益。

2.2.3.2 國内軍機應用情況

大陸軍用飛機塗料産品品種與國外相比差别較大。底漆方面品種也較少,國内目前僅有飛機蒙皮用底漆、複合材料用聚氨酯底漆、氟聚氨酯無光磁漆配套聚氨酯底漆、艦船富鋅防鏽底漆、環氧有機矽耐熱底漆和鋁粉瀝青船等六類底漆産品及相應軍用标準。

GJB 5591—2006《軍用飛機氟聚氨酯塗料通用規範》中配套使用TB 06-9鋅黃丙烯酸聚氨酯底漆,該材料于“九五”期間等效采用美軍标MIL-P-23377D-85《耐化學品和溶劑的環氧聚酰胺底漆标準》開展研制的,并在“十一五”期間推廣應用到重要航空武器裝備上,使大陸戰鬥機外表面防護塗層材料達到當時國際先進水準。但此後,美國研制适用于軍用飛機和武器裝備,尤其是艦載飛機的新型高效防腐底漆,形成了MIL-PRF-23377K-2012新标準。

大陸高效抗腐蝕塗層材料研究相對滞後,新研型号仍沿用TB 06-9鋅黃丙烯酸聚氨酯底漆。GJB 5591與MIL-PRF-23377K的技術名額差異明顯。MIL-PRF-23377K底漆具有優異的抗腐蝕性能,經1000h絲狀腐蝕後,劃痕處絲狀腐蝕長度不超過3.2mm;破環性試樣耐鹽霧2000h後,劃痕處不出現腐蝕問題。TB 06-9鋅黃丙烯酸聚氨酯底漆防腐蝕性能名額已經低于MIL-PRF-23377K相應名額要求,耐鹽霧性能上有所欠缺,而耐絲狀腐蝕性能尚未考慮。在高溫高濕和高鹽霧等惡劣的環境中,絲狀腐蝕極易發生,且相當嚴重。

未來大陸國防支出将保持持續快速增長,為武器裝備配套的軍用塗料将有持續的高增長需求。資料顯示,大陸的國防支出在2017年首次超過1萬億元,2022年國防預算為14760.81億元。在高速發展40年後,随着中美經濟體量的日益拉近,改革開放以來和平穩定發展的外部環境正受到重大挑戰,中國面臨嚴峻複雜的政治經濟環境,未來大陸國防支出仍将保持穩定增長态勢。根據國家戰略規劃,提出到2027年實作建軍一百年奮鬥目标、到2035年基本實作國防和軍隊現代化、到本世紀中葉全面建成世界一流軍隊的國防和軍隊現代化新“三步走”戰略。是以從長期看,大陸國防開支将與國家經濟發展水準相協調,繼續保持适度穩定增長,而國防武器裝備及其配套材料需求也将會持續增長。

值得一提的是,中央軍委強調實戰化練兵,這勢必将增加國防裝備的采購需求,利好武器裝備配套材料發展。近年來,中央軍委始終強調“堅定不移推進實戰化軍事訓練,推動全軍堅持把軍事訓練擺在戰略位置,重點推進實戰實訓,深入推進聯戰聯訓”,由此可見,實戰訓練将繼續作為大陸軍事訓練轉型更新舉措。也是以,實戰訓練增加了大陸軍隊在武器裝備方面的采購和維護需求,在性能層面對武器裝備總體機關及配套企業提出了更高要求,将會帶動包括塗料塗層在内的國防裝備産業鍊的增長。

國防和軍隊建設正站在新的曆史起點上,軍事武器裝備正處在大變革、大發展和更新換代時期,為滿足國防和軍隊建設的需要,在建設強大的現代化陸軍、海軍、空軍、火箭軍和戰略支援部隊的新的軍事要求下,軍工塗料發揮着越來越重要的作用,在推進武器裝備現代化中扮演着愈來愈重要的角色。受益于大陸國防事業的持續發展,為軍事武器裝備提供配套材料的經建油漆也将會從中受益。

Part 3

中國航空塗料産業未來發展預測

對于目前國内航空塗料的發展現狀,真正需要解決的技術熱點有以下兩方面:一是高性能樹脂的開發及産業化;二是新型功能性顔料的研究及生産。

樹脂作為塗膜的主要成膜物質,無論是塗膜的力學性能還是防護性能,樹脂均起到了決定性作用。目前國内大部分航空塗科生産商都是選用已經商品化的樹脂,是以生産出的塗科産品性能相當,同時又都存在某些塗膜性能無法改進的弊病。樹脂的結構是影響樹脂性能的關鍵因素,商品化的樹脂能夠滿足一般工業需求,但在特種用途方面,就顯得差強人意。在調研了很多國外知名樹脂廠家的技術資科後,發現有很多适用于航空塗科産品的基料樹脂,在申請樣品和采購的過程中被告之,由于這些樹脂都是被用在特殊行業上,且這些樹脂對中國是禁售的。由此可以看出,國外嚴格把控了特種塗料的原材料供應,使國内航空塗料發展長年以來嚴重受到制約。是以,特種樹脂的研制開發是重中之重。

塗料的很多功能性是由添加的顔填料所提供的,例如導電性、防腐性、反射性能、透波性能、吸波性能等。是以,填料本身所具備的特性決定了最終塗膜的功能性。例如,填料自身導電性能或吸波性能足夠優異,那麼在同等添加量的情況下,塗膜表現出的導電性或吸波性能就會更加的優異。再比如,顔填料本身的介電常數和介電損耗就很低,那麼用這類顔填料制備的塗膜相應的透波性能就會較好。如何開發出性能更加優異的功能化塗料對未來特種塗料的發展有重要的意義,此外還應該在以下四個方面發力。

3.1 氣動性能優化

在燃油價格鉸高時期,飛機設計的重點在于提高燃油效率,然而,2018年燃油價格偏低,是以目前熱點的塗層技術主要是繞着提升飛機的氣動性能。例如,阿克蘇諾貝爾正在與一些高校和OEM合作開發一些能夠提升飛機性能的塗層技術,減少飛行阻力,進而減少1%~2%的燃油消耗。

3.2 底漆清漆系統

底漆-清漆系統不僅有利于改善光澤度、色澤穩定性,而且可以使塗層的使用壽命更長、品質更輕以及晾幹時間縮短,如阿克蘇諾貝爾的 Aerodur/Aerobase産品就屬于這類産品,其壽命是傳統航空塗料的2倍:再如PPG公司的Aerocronj産品比單層塗料輕30%,也就是說整架飛機使用這種塗層後品質可減輕453.59kg(1000lb-相當于一架鋼琴的品質)。底漆-清漆統的優勢恰好與航空公司希望通過光鮮的飛機機體色彩等提升品牌價值的想法以及OEM希望通過持續縮短塗層晾幹時間而提升生産速率的目的相契合,是以底漆-清漆系統的特性必将成為塗層行業的技術标準。

3.3 無鉻化趨勢

由于制造商和其他企業越來越重視環保,強烈要求減少鉻含量。鉻,尤其六價鉻長期以來都被用于防腐蝕,但是其緻癌性對噴塗勞工和環境産生很大威脅。PPG認為,無鉻塗層産品正在加速研發,但其抗腐蝕性還要進一步評估附着力、柔韌性和保護性是塗層的關健屬性;阿克蘇諾貝爾正在大力投資無鉻塗層,據悉,其提供的無鉻塗層的關鍵性能名額将比含鉻産品更好。該公司認為,産品開發的關鍵是确定可以準确試産品性能的方法,這也是無鉻塗層産品開發及應用程序延緩的關健所在。

3.4 塗層速幹

技術飛機在經曆退漆後,其機翼、發動機以及複合材料區域在噴砂前需進行遮蓋。然後進行電動研磨洗,再采用底噴凃覆寫,随後使用基礎顔色,最後是噴塗條紋和辨別、維修和緊急通告、注冊号和門帶等。噴塗的周轉時間和價格是噴塗企業考慮的關鍵因素。在噴塗工程競标中,一個合同項目存在5~7個競标者的現象屢見不鮮。由于噴塗周轉時間受噴漆固化時間影響較大,是以塗層制造商在加速噴漆固化方面也進行了相當多的研究。例如,底漆、清漆系統中結合了速幹面漆。此項技術使飛機OEM和維修企業都非常受益。此外,維修企業還利用加熱機庫加速塗層固化速度。

“十三五”是大陸各項事業從高速向高質發展的時期,随着大陸航空、航天技術多年來的發展和技術積累,奠定了大陸在這一時期會陸續推出新的型号,在技術先進性、覆性技術方面展現出前所未有的活カ,同時,與之配套的塗料技術尤其是特種塗料技術得到迅發展,并取得了較大進步。

總體而言,中國将在今後10年中成為世界第2大商業飛機市場,僅次于美國,航空、航天材料制備産業市場前景巨大。航空領域塗層材料技術的需求量也在不斷地提升,對塗層技術水準、服務能力提出了更高的要求,塗料産業面臨難得的曆史發展機遇,市場前景廣;“循環經濟,可持續發展”是貫徹落實科學發展觀的必然要求,發展符合這一戰略方針的塗層材料産業是一個非常好的發展時機,同時,國外的塗層材料企業已陸續進入國内市場,為國内企業帶來巨大挑戰和競争壓力。

是以,國内企業隻有抓住這一時機,探索新的科研、開發和成果轉化的模式,提高技術的原始創新和工程化的水準,整合各方面資源,提升合能力,才能促進表面技術産業的迅速發展,在取得顯着經濟效益的同時,成為該行業的引領者。

繼續閱讀