天天看点

读懂产业丨2024中国航空涂料行业研究报告

作者:柳州市文化广电旅游局
读懂产业丨2024中国航空涂料行业研究报告

前言

2022年12月9日,全球首架国产C919大型客机正式交付首家用户中国东航,至此,国产大飞机正式登上中国民航市场舞台,标志着大陆在高端制造领域,又多了一个响亮的名字。C919大型客机是大陆自行研制、具有自主知识产权的大型喷气式民用飞机,采用单通道窄体布局,座级158至168座,航程4075至5555公里,与目前国际航空市场上最为常见的空客320、波音737机型同级别。

由于商业大飞机领域行业壁垒高,此前只有少数国家能够独立承担大飞机的研制与生产,形成了波音和空客双寡头垄断的格局。目前,全球可搭乘百人以上的民航大飞机市场被空客和波音两家公司垄断,而这些大飞机的配套涂料则全部都由国外企业供应,比如PPG、阿克苏诺贝尔、宣伟、美凯威奇等企业垄断了全球大飞机涂料市场。

然而,随着中国大飞机C919即将投入商业运行,这也意味着将打破国际大型客机的市场垄断。与此同时,大陆大飞机C919也用上了国产造大飞机涂料,目前已有中海油常州涂料化工研究院、海洋化工研究院两家公司自主开发的航空涂料产品入选了中国商用飞机有限责任公司合格产品目录,并在C919飞机上得到了应用,这意味着打破了PPG、阿克苏诺贝尔、美凯威奇等外资品牌的市场垄断,伴随C919起飞的,还有它的相关产业链。

Part 1

中国航空制造产业发展现状

按飞机的用途来划分,大陆航空飞机可分为民用航空飞机和国家航空飞机。国家航空飞机指军队、警察和海关等国家部门使用的飞机,民用飞机主要包括民用飞机和民用直升机,含客机、货机、客货两用机。

1.1 大飞机项目打开广阔民机市场

中国将成为未来全球航空业市场的主力。中国商飞统计数据显示,2020 年,中国客机机队规模数量 3,642 架,占全球总体客机机队的 20.1%,且预计到 2040 年,中国客机机队规模全球占比将增至 21.9%达到 9,957 架,超过北美和欧洲成为全球客机机队规模最大的地区。

1.1.1 国内客机市场需求预测

从国内客机市场需求预测来看,未来20年,以C919飞机为代表的窄体干线客机仍将是大陆民航主力机型。综合考虑中国商飞发布的《中国商飞公司市场预测年报2022-2041》,中航工业发布的《2022-2041年民用飞机中国市场预测年报》,以及波音公司发布的《Commercial Market Outlook 2022-2041》三份预测报告估算未来20年中国民用客机需求数量。

根据《中国商飞公司市场预测年报2022-2041》中的交付价值,测算涡扇支线客机、单通道喷气客机、宽体双通道喷气客机的平均单价分别为0.5亿美元/架、1.2亿美元/架以及3.3亿美元/架。测算未来20年中国新机交付市场总价值约1.3万亿美元,折合人民币约8.9万亿元(按在岸人民币兑美元6.89计算)。

2022-2041年中国民用客机需求数量预测

读懂产业丨2024中国航空涂料行业研究报告

1.1.2 大飞机交付量市场预测

以中国商飞的3款主力机型ARJ21、C919、CR929为对象,预估国产客机未来20年的交付量和交付价值情况。测算过程中的假设如下:假设C919客机从2022年交付,随后在大陆的市占率稳步提升。参考ARJ21目前的交付量每年25架。参考C919项目2008年启动,2022年预计交付的节奏,假设CR929从2030年开始交付(CR929宽体客机项目2014年启动)。

参考《中国商飞公司市场预测年报2022-2041》中目录价格,假设涡扇支线飞机0.5亿美元/架,单通道喷气客机1.2亿美元/架,双通道喷气客机3.3亿美元/架。参考国际航协IATA发布的预测,假设航空工业客运量、中国客机市场交付量在2023年恢复到疫情爆发前94%水平,2024年升至103%。据此预估:未来20年ARJ21/C919/CR929有望分别交付703架、1526架、259架,国产客机交付量为2488架,价值约2.09万亿人民币,市场规模复合增速约14.85%。从交付价值量来看,未来20年国产客机市场可分为快速增长期和稳定发展阶段。快速增长期(2022-2033):ARJ21交付量保持稳定,C919开始交付并逐步上量,国产客机市场规模快速增长。稳定发展阶段(2034及以后):ARJ21持续生产,C919飞机年产接近100架,CR929已开始交付,国产客机实现全系列量产,国产民机市场规模爬升到千亿以上。

未来20年国产客机市场规模提升

读懂产业丨2024中国航空涂料行业研究报告
读懂产业丨2024中国航空涂料行业研究报告

1.2 军用飞机多军种刚需配置,未来增长趋势可观

军费是国防科技工业景气度扩张的基础,是军工行业需求的根本来源,其直观反映了国防政策在经济与资源上的配置情况,也直接决定了武器装备建设的进度,更是军工企业业绩的核心驱动因素。

读懂产业丨2024中国航空涂料行业研究报告

从军用航空领域现状来看,大陆军用航空国产化道路历经引进、测仿、改进、创新四个过程,经过60余年发展,已具备战斗机、运输机、武装直升机/运输直升机、教练机等多机种系列飞机的研制能力。但与美俄等军事大国相比,大陆的军用航空仍有较大发展空间。从大陆空军的机队规模来看,近年来大陆军用飞机数量在不断增加。截至2022年末,大陆空军机队规模达到3284架。从种类分布情况来看,截至2022年,大陆军用飞机的机队规模为3284架,其中战斗机1570架,武装直升机913架,教练机397架,运输机288架,空中加油机4架和特种飞机112架。

未来20年中国军机需求约2900架,市场规模超万亿。据爱乐达招股说明书统计,未来20年,中国包括战斗机和运输机等在内的军用飞机采购需求在约2900架,军用航空器市场规模将达到2290亿美元,折合人民币约1.4万亿元。我们认为,新机型需求的放量将进一步提振航空产业景气度,大陆航空产业有望进入快速发展期。

读懂产业丨2024中国航空涂料行业研究报告

Part 2

中国航空涂料产业发展现状

航空涂料主要是指用于飞机上的涂料。根据飞机架构,按使用部位分,一架飞机应用到的涂料涵盖了飞机蒙皮涂料、飞机舱室涂料、飞机发动机涂料、飞机零部件涂料(雷达天线罩涂料/透明件保护涂料/飞机油箱内壁保护涂料等)、特殊专用涂料(飞机仪表应用到的示温涂料等)。

2.1 主要航空涂料品种发展概括

2.1.1 飞机蒙皮涂料

综观国外,航空涂料水平较先进的国家有美国、荷兰、德国和俄罗斯等工业发达国家。20 世纪60~70年代,随着飞机性能的进一步提高,原来使用的醇酸、硝基类涂料,因其耐热性较差,耐气候、耐老化性能不好和易被污染而逐渐被环氧、丙烯酸、聚氨酯涂料代替。目前,国外的普通蒙皮涂料底漆一般采用环氧/聚酰胺体系或环氧/聚氨酯体系,特殊部位还采用鳞化底漆。而面漆体系则主要为丙烯酸、聚氨酯等,随着技术的进步,耐老化及耐沾污性能较好的氟硅、氟碳涂料也逐步被应用到飞机蒙皮涂料上。

大陆飞机蒙皮涂料始于20世纪50年代,最初以C01-7长油醇酸涂料为主的醇酸类涂料曾经得到广泛的应用。20世纪70年代,大陆航空涂料开始发展,中昊北方涂料院(原化工部涂料工业研究所)、北京621所、天津油漆厂均投入大量人力、物力进行研究。丙烯酸清漆、丙稀酸改性聚氨酯磁漆、聚氨酯磁漆和有机硅改性聚氨酯涂料产品相继研究成功,并广泛用于军用新飞机 的表面涂装。目前,国内仍然还是以采用环氧底漆和聚氨酯(聚酯、丙烯酸和各种改性聚酯)面漆体系的飞机蒙皮涂料为主要品种,其技术性能达到GJB和MIL标准。

国内飞机蒙皮涂料主要有以下几种类型:①双组分丙烯酸飞机蒙皮涂料;②双组分聚醋型聚氨酯涂料;③氟碳型飞机蒙皮涂料;④改性有机硅飞机蒙皮涂料。

目前,国内飞机蒙皮涂料底漆和面漆的整体技术水平和国外同类产品相比还存在一定的差距,比如系列化程度不足、针对性不强、产品的应用范围较窄且工艺稳定性较差。氟硅、氟碳类的蒙皮涂料虽然也有部分应用,但是其技术成熟度不足,耐沾污等性能仍无法满足战机日常维护要求,不能大规模生产和应用,目前只局限于小批量试用。随着飞机航行速度不断提高,机身气动热随之提高(马赫数M=2.2时为150℃; M=2.5时为220℃: M=3时为320°C)。因此,能长期经受220℃:以上高温的普通飞机蒙皮涂料是重要的发展方向。

2.1.2 飞机舱室涂料

飞行器座舱是飞行员工作的主要场所,座舱内保护涂料在满足较为苛刻的使用环境要求的同时,让飞行员在视觉和触觉方面能够感受到舒适,也须得到重视。现阶段国军标仅对涂层的光泽、颜色提出了具体要求,国内普遍采用半光丙烯酸/聚氨酯涂料作为飞机座舱内涂料,这类 涂料在经过一定时间的使用后,经常出现磨损和脱落,虽不会对飞行安全造成危害,但是影响 飞行员的感受;国军标中规定的半光涂料要求也不尽合理,在强烈光线照射下,半光涂层还是会产生较为强烈的反射光;因标准制定较早,对于涂层的质感未做要求,涂层让人感觉冰凉,没有亲和力。

现阶段,大陆仿麑皮涂料、弹性涂料发展已经较为充分,产品性能完全能够达到座舱内保护涂料的技术指标要求;因这类涂料表面存在尺寸不一的轻微凹凸,在同样的光泽条件下不会产生强烈的反射光线,有利于飞行安全;这类涂料的触感极为舒适,飞行员有如置身高级轿车内,感觉非常温暖。

2.1.3 飞机发动机涂料

现代航空发动机金属材料多采用镁合金、铝合金、钛合金等,国外针对镁合金、铝合金的耐高温、防腐蚀涂料研究较为充分,如美国TELEFLEX公司牌号为SERMETEL的产品系列,耐温及防护性能十分优异,是罗-罗、波音、空客等国外企业指定唯一的发动机金属材料防护涂料;钛合金除了在其表面进行标注外通常不采用涂料进行防护。

中昊北方涂料工业研究设计院有限公司(以下简称中昊北方涂料院)针对TELEFLEX公司 牌号为SERMETEL的产品进行了针对性研究,研制的TW-7涂料满足了大陆型号任务的需要,成功应用于多种型号发动机的金属防护,替代进口产品。

传统的航空用铝合金与处理工艺中所用的六价铬盐对人体不安全,对施工工艺相关的毒害材料的控制、处理及管理带来严重危害和不必要的麻烦。从1982年期世界环境保护组织就提出限制使用铬酸盐和其他铬酸盐化合物。研制无铬、有效、价格低、环境友好的铬酸盐及缓蚀剂替代品和环境友好的转变层处理工艺是航空涂料界所迫切需要解决的问题,也是我们面临的新课题。

2.1.4 飞机零部件涂料

2.1.4.1 雷达天线罩涂料

所有飞行器都需要得到保护,因为飞行器在太气中高速飞行,气动加热非常严重: 同时飞行器还可能受到雨水、砂石等侵蚀,为保护天线罩以及内部的仪器仪表,天线外罩表面必须加以保护。

因飞行器不同和应用环境的差异,雷达罩保护涂料可以根据温度范围分为几大类:①使用温度常温到250℃的弹性聚氨酯保护涂料;②使用温度250℃-400℃的耐高温保护涂料;③使用温度400℃以上的耐高温保护涂料。

因弹性聚氨酯保护涂料研发较早,采用了芳香族聚氨酯作为主要成分,涂层耐老化性能较差,采用MOKO固化剂存在潜在致癌危险。近年来国内研究单位针对上述问题采用脂肪族聚氨酯替代芳香族聚氨酯,提高了涂层的耐老化性能.并旦自主合成了天门冬氨酸二氨作固化剂,消除了致癌的危险,涂层性能与原产品相当,部分技术指标有了飞跃性的提高。但是由于雷达及天线对保护涂层介电性能要求的进一步提高,降低涂层介电损耗成为该图层的发展方向。

因为树脂在250℃以上不可避免地出现碳化等现象,温度达到400℃时基本接近了树脂材料的耐温极限,对天线罩仅能够提供较短时间的防护,无法实现长时间的保护;含氟材辑在385℃以上出现热分解,有可能挥发出有毒气氛;聚酰亚胺类树脂对水分敏感,严重影响产品储存稳定性和涂层一致性。因此,虽然250℃-400℃的雷达罩保护涂料可选用的树脂体系较多,但是真正用于型号任务的产品品种并不多,还主要集中在有机硅树脂系列的涂料品种。

长期受400℃以上高温的雷达罩多采用纤维增强熔硅材料,这类材料的致密性较高。除了了抗水渗透性和柔韧性方面稍有不足外,其他性能不需要涂料进行补充,因此市场需求不迫切,迄今,能够耐受这一温度并满足气动要求的保护涂料在国内几乎是空白,虽然采用有机硅树脂体系能够耐受这种高温,但是耐气蚀能力有限。近年来国外有磷酸盐树脂体系的保护涂料出现,其耐温性能可达到1100℃以上。

2.1.4.2 透明件保护涂料

现代军事工业中,透明塑料在飞机座舱、舰艇舷窗、飞行员头盔等领域得到了广泛的应用,目前飞机座舱盖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机玻瑝PMMA),从性能需求和发展趋势来看,最终将被性能更好的聚碳酸醋(pc)塑科完全替代。但该类材料均存在材料表面硬度不足、容易留下划痕等问题,因此需要对其进行保护,并满足透明件的良好透光率及雾度等要求。

国外于20世纪60年代就开始了有机玻璃表面保护涂层的研究,主要有丙烯酸涂料、聚氨酯树脂涂料、聚硅氧烷涂料等。近年来,又发展了纳米改性涂料、有机-无机杂化涂料等。经过近几年发展,国外公司已经推出了用于pc表面保护的成熟产品,并得到工业应用。

大陆高规格光学级别有机玻璃(PMMA)工业起步较晚,针对保护涂料的研究不充分,型号飞机透明件表面防护涂层主要采用中昊北方涂料工业研究设计院有限公司研制的TU系列丙烯酸/聚氨酯防护涂料,TU系列飞机座舱透明件保护涂层均为聚氨酯/丙烯酸树脂体系,具有良好的附着力和韧性,但与国外产品相比该产品品种单一,可选性不强。

国内在PC表面防护涂层的研制上,成熟的产品几乎空白。针对不同需求的透明件应该采用不同的保护涂料,而国内现有产品单一,还不能全面实现防雾、增硬等要求;在日本较为成熟的溶 胶-凝胶原位聚合法在国内还仅限于实验室研究阶段,因聚合温度的限制不能用于透明件防护。

2.1.4.3 飞机油箱内壁保护涂料

飞机整体油箱即为结构油箱,油箱的腐蚀即是承力结构件的腐蚀,也就是说,油箱的腐蚀直接威胁着飞机的完好性与可靠性。耐油涂料用于飞机整体油箱内壁以及周边区域的耐油防腐蚀保护,能在燃油中长期使用,避免燃油中复杂的腐蚀环境对油箱材料的腐蚀。

国外的油箱保护涂料早期主要采用环氧-橡胶、环氧类、氨基甲酸酯和聚氨基甲酸酯涂枓,代表性的产品有波音公司的BMS10-39环氧涂料。此外,阿克苏诺贝尔的整体油箱保护涂料,由 于性能优异,也占据着国内市场相当大的份额。

国外对于飞机整体油箱保护涂料的检测标准主要有AMS-C-27725B、MIL-C-27725B以及BMS10-20D等,这些标准均未提及涂层对防冰剂抗耐性的检测;但国外已建立了成熟、科学的加速测试试验方法,一些研究机构对耐油涂料受防冰剂影响状况进行了深入研究,采用不同的实验 条件,建立了多种加速试验方法,并确定了—些符合实际环境的加速试验方法与评判标准。

国内早期的油箱保护涂料基本为聚酰胺固化环氧类涂料,这种涂料能够基本满足现行国军标GJB 1390-1992 (未提及涂层对防冰剂撕性的检测)的要求,但与国外先进水平相比,国内产品性能仍有差距,尤其是在实际使用中涂层表现出对耐防冰剂的抗耐性不足,不能完全满足实际使用需求。中昊北方院是大陆最早从事耐油类涂料项目研制的研究院所,也是国内少有的能进行飞机整体油箱耐油保护涂料研究及工业化生产,将产品成功进行应用的单位。

2.1.5 特殊专用涂料

2.1.5.1 示温涂料

要应用于飞机仪表、蒙皮温度分布的测量,电气设备的发热监控。多变色不可逆示温涂料具有大面积场测温功能、记忆最高温度不破坏物体表面形状。不影响气流状态、使用方便,测量结果直观等,广泛应用于发动机燃烧室、涡轮外环导叶片、加力扩散器等部件的测温,单变色不可逆试温贴片现广泛应用于返回式卫星稳定裙及裙底结构内表面、飞船侧壁和大底等部位的温度测量,以及电器设备温升状态、机械构件温度监控等。

英国、俄罗斯、德国、法国、美国、日本及中国等世界各国都重视示温涂料的开发研制。德国(如Rols- Royceplc公司)的示温涂料性能水平最突出,成功应用于发动机热端部件的测温,其测温区域为240~1300℃,测温点有些品种多达10个,间隔为50~70℃。目前示温涂料朝着多测温点、宽温度区间、高温区及快速反应的方向发展。

中昊北方涂料院自20世纪60年代开始示温涂料的研究,是国内唯一专业从事示温涂料研究的院所,产品品种涵盖了从37℃到1150℃的温度测量范围,目前正在研发1150℃以上的示温涂料品种。

目前该类涂料的研究方向是通过对热敏颜料的研制,辅助填料的热性能研究、基料树脂的料品种。耐温性及与颜填料的配套性研究,克服高温多变色不可逆示温涂料的示温间隔大、误差大、变色不灵敏、色差不明显、应答时间长、高温上限低等缺点,满足型号研制中动态大面积场的温度测量要求;充实专用的试验和检测设备,进行涂料示温性能、力学性能、环境适应性能以及温度判别方法的研究。

2.1.5.2 水性涂料

随着环保和低碳经济要求的日益提高,为了确保施工人员的身体健康、改善施工环境、满足环保的要求,航空、航天用涂料的水性化技术日益得到重视。

发达国家已经实现了飞机用底漆、色漆的水性化,如波音、空客等,以德国为例,早在20年前就已将水性料用于军用车辆、舰艇内表面的涂装,现在除了装备表面一层罩光涂料外,其余部分防腐蚀涂料基本实现了水性化。

大陆水性化技术已经经历20余年的发展,水性环氧、水性聚氨酯涂料技木基本成熟,但是性能与溶剂型涂料比较还存在较大差异,难以满足高性能的使用要求,关键技术和关键原材料普遍掌握在国外企业的手里,因技术垄断等原因,国内企业很难获得高质最的水性化涂料。

2.1.5.3化学铣切保护涂料及工序保护涂料

化学铣切加工(简称化铣)是依靠化学溶液对金属工件表面溶解的一种加工技水,即利用化学溶解的方法加工工件。化铣保护涂科又称为可剥性凃科,是化铣过程中的一种临时性保护涂层,在加工过程中起到暂时的保护作用,化铣工序完成后再去除该保护层。

美国 Turco和 Purex公司是从事研究和生产化铣保护及其配套产品的公司,MaS31k537和AC-850化铣保护涂料就是其代表件产品。由于国内第一代保护涂料氯丁胶存在“漏蚀”、溶剂毒性大、贮存稳定性差等缺点,目前已经被淘次:第二代保护涂料丁苯胶虽然降低了溶剂的毒性,但工艺复杂,且“漏蚀”问题依然存在,在航空企业中也逐渐淘汰。目前国内的航空企业所使用的化铣保护涂料主要为AC-850等进口产品,价格昂贵且供货周期长。中昊北方涂料院研制的第三代保护涂料(SBS热塑性弹性体化铣保护涂料)性能已经达到了美国AC-850的技术水平,并在多个企业得到了应用。

2.2 应用情况

2.2.1 国外应用情况

2.2.1.1 国外民机应用情况

目前,国际上使用的大部分民用客机均由美国波音(Boeing)公司和法国空客(Airbus)公司制造,其飞机所用的“三防”涂料产品主要由国外几大著名涂料公司所垄断,如PPG、阿克苏诺贝尔、Deft、德索托等公司。

其中,最具代表性的为 阿克苏诺贝尔和PPG。这几家公司生产的飞机蒙皮涂料产品种类多样,性能稳定。国际上航空涂科有大量产品已经实现商品化,多年以来被各大飞机制造商、航空公司广泛选用。综合考察各大航空涂料生产商的相关产品,可以清晰发现其性能主要体现在涂层体系高性能化、涂层体系薄膜化和量化、涂料绿色环境友好化等方面。

在航空涂料高性能化方面,国际上知名航空涂料生产厂家在20世纪80年代就开展了研发及应用工作,主要分析并考察飞机在飞行过程中涂层系统的抗腐蚀性能、使用寿命等,用于飞机飞行环境的复杂多样性,提高飞机蒙皮涂层在极端条件下涂层的各项性能,如耐悬性、耐油品性、耐擦拭性、重涂性、耐冲击性等:90年代就推出了相关产品并获得应月,涂膜的耐高低温、耐冲击性能、柔初性能优异,与金属基材具有优异的附着力和抗振动性能,可以保证在剧烈的飞行过程中,蒙皮涂层与基材不会因应力变化而产生开裂为降低飞机的整体质量,增加航行距离,航空涂料体系薄膜化、轻量化交得越来越重要,在满足现役航空涂层体系防护性能不变的前提条件下,要求涂层厚度下降20%~30%。

PPG公司新开发的底色漆清漆系统,与传统的涂层系统相比能大層度降低涂层的质量而不损失涂层的防护性能。在国际燃油价格日益上涨的今天,该技术的推广和成功应用将大大降低飞机的燃油使用费,为航空公司创造可观的经济效益。

涂料绿色环境友好化方面,欧美等发达国家因其政策法规限定,成功开发出多个高固含量、无铭化、水性化、无溶剂品种,大部分涂膜性能与传统溶剂型涂料水平相当。其中高固体分涂料发展速度最快,其中PPG和阿克苏诺贝尔的航空涂料产品均以高固体分涂科为主,施工状态下涂料的体积固体分高达70%,VOC排放量小于420g/L,满足欧盟及美国的环保法规要求。

在底漆无铬化方面,PPG公司成功开发了多个品种。在水性涂料方面,PPG和阿克苏诺贝尔近年来也相继开发了Eco Prime系列和Aerowava系列水性航空涂料,产品涵盖了飞机蒙皮底面漆及零部件防护凃料等,在波音和空客飞机上获得了成功应用。Bayer公司和Deft公司联合开发了采用UV固化方式的无溶剂的飞机蒙皮涂料,该涂料具有固化速度快、低VOC含量等特点,性能上与传统的聚氨酯飞机蒙皮涂料相当。这些绿色涂料已成功应用于多型号飞机,如波音737、747、757、767和空客380等,在满足实际飞行环境的使用要求的同时,立足于低碳化、环保化,符合政策法规的要求。

2.2.1.2 国外军机应用情况

由于涉及军用特种涂料,国外对这部分涂料的具体牌号、性能等方面采取了严格的保密措施,我们无法判断军用涂料的实际应用情况。但是从一些文献资料中,还是能够侧面了解到一些。PPG和阿克苏诺贝尔公司均有相应的军用涂料产品,具体性能不详。

Indestructible Paint INC公司是一家生产飞机专用涂料的厂家,其有很多品种用于不同型号的飞机上,但大多数涂料无法通过正常渠道购买。

2.2.2 国内航空行业竞争格局及市场份额

2.2.2.1 产业格局:PGG最早进入中国市场

根据中国航空涂料行业竞争者入场进度来看,较早参与中国航空涂料行业的企业主要有PPG、三峡油漆等企业,美国宣伟和河南航材进入市场时间相对较为靠后,1995-2005年间是竞争者进入航空涂料行业较为密集时间段。

读懂产业丨2024中国航空涂料行业研究报告

*注:横轴为企业注册时间和国际企业首次进入中国时间,纵轴和气泡大小为企业注册资本规模。

2.2.2.2 市场竞争:主要分为国内和国外两大派系

中国航空涂料行业企业竞争格局主要可以分为两大派系,一种是以PPG、阿克苏诺贝尔、宣伟等国家航空涂料龙头在国内形成的竞争派系,一种是以昊华科技为代表的中国航空涂料企业形成的竞争派系。

中国航空涂料行业企业竞争格局

读懂产业丨2024中国航空涂料行业研究报告

通过分析中国航空涂料行业现有竞争者行业布局和经营经营目的,分析国内外企业整体战略布局。从航空涂料企业发展目标来看,国际企业以商业目的为主,国内企业则偏重实现政治性目标,因而导致两种类型企业在确定企业发展路径的过程中存在一定差异,相关对比情况如下:

中国航空涂料行业竞争者发展战略布局

读懂产业丨2024中国航空涂料行业研究报告

2.2.2.3 产业分布:国际企业集中于东部沿海,国内企业集中于华中地区

从产业分布来看,国际企业在中国的航空涂料相关生产布局主要集中在天津、江苏、上海等对外交流程度较高的东部沿海地区。

国内航空涂料生产相关企业则集中在陕西、河南、湖北、四川、重庆等华中地带。

读懂产业丨2024中国航空涂料行业研究报告

2.2.2.4 市场集中度:行业整体市场集中度较高

受限于较高的市场准入壁垒,中国航空涂料行业市场供应商较为固定,在商用航空装备生产领域,以PPG为代表的欧美企业占国内市场份额超85%。

在军用航空装备生产领域,以昊华科技为代表的“国家队”企业占据主要市场。虽然随着中国大飞机的投产,国产航空涂料拥有了一定发展空间,但总体市场集中度仍旧处于较高水平。

读懂产业丨2024中国航空涂料行业研究报告

2.2.3 国内应用情况

2.2.3.1 国内民机应用情况

由于商业大飞机领域行业壁垒高,此前只有少数国家能够独立承担大飞机的研制与生产,形成了波音和空客双寡头垄断的格局。目前,全球可搭乘百人以上的民航大飞机市场被空客和波音两家公司垄断,而这些大飞机的配套涂料则全部都由国外企业供应,比如PPG、阿克苏诺贝尔、宣伟、美凯威奇等企业垄断了全球大飞机涂料市场。

但随着中国商飞自主标签的C919大型客机的问世,情况出现了变化。这出现了中国终于也获得了进入并竞争这个市场的机会。目前已有中海油常州涂料化工研究院、海洋化工研究院两家公司自主开发的航空涂料产品入选了中国商用飞机有限责任公司合格产品目录,这意味着打破了PPG、阿克苏诺贝尔、美凯威奇等企业的外资垄断。

涂料经产业研究中心注意到,江苏省科学技术厅于2022年7月18日公示的2022年度江苏省科学技术奖形式审查结果显示,中海油常州涂料化工研究院有限公司,中国商用飞机有限责任公司上海飞机设计研究院,常州南京大学高新技术研究院,航空工业第一飞机设计研究院,中海油常州环保涂料有限公司联合完成的“国产大飞机高性能涂覆材料关键技术研发及应用”项目入围。

该项目技术发明知识产权包括:一种具有较低VOC的航空器用涂料及其制备方法,一种直升机旋翼用聚酯聚氨酯涂料及其制备方法,一种模拟绿色植被高光谱的环保型涂料及其制备方法,一种多彩红外低发射率的环保型涂料,一种用于快速修复航空飞行器受损蒙皮涂层的涂料组合物,一种航空飞行器用涂料体系,一种非铁金属用通用底漆及其制备方法,一种航空飞行器外蒙皮用涂料体系及其制备方法,一种航空飞行器外蒙皮用罩光涂料及其制备方法,一种N-丁基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶胺的简便合成方法。

涂料经产业研究中心还注意到,中海油常州涂料化工研究院有限公司、中海油常州环保涂料有限公司、航空工业第一飞机设计研究院、航空工业西安飞机工业(集团)有限责任公司此前已联合完成了“高性能低污染大(中)型飞机配套涂覆材料的研制与产业化”项目。该项目根据航空蒙皮涂料的要求,开展了水性防腐底漆、水性防腐面漆以及高固体分罩光漆的研制,实现水性涂料和高固体分涂料的VOC小于均100 g/L,引领大陆飞机蒙皮涂料向环境友好型方向发展。

大飞机重大科技专项是大陆建设创新型国家,提升自主创新能力和增强国家核心竞争力的重大战略决策。近年来,大陆航空工业得到迅速发展,大中型飞机的研制工作取得了显著成果,特别是大型军用运输机、大型商用客机以及水陆两栖飞机等多个新型号陆续进行了首飞,部分飞机也已经装备服役。

飞机配套涂覆材料是飞机必不可少的辅助材料,除了具有装饰的作用以外,更重要的是对航空器结构材料进行防护,对于维护飞行安全,延长航空器寿命,具有积极的意义。大(中)型飞机具有不同于普通机种的大尺寸、高载重量、长使用寿命等特点,这些特点决定了大(中)型飞机配套涂覆材料在性能上的特殊要求。

目前,国内大(中)型飞机配套涂覆材料大多数为溶剂型产品,部分机型采用了高固体涂料和水性涂料,溶剂的释放量有所减少。随着大陆环保要求的日益提高,需要进一步降低航空涂料中挥发性有机化合物(VOC)的含量,为此,该项目开展了航空用水性涂料、高固体分涂料的技术研究,通过对树脂合成、涂料配套设计和涂料组分优化技术等研究,实现水性涂料和高固体分涂料的VOC小于均100g/L,引领大陆飞机蒙皮涂料向环境友好型方向发展。

该项目研究大中型飞机配套涂覆材料包括底漆、面漆和罩光漆3种涂料,主要研究内容有:1)水性环氧底漆的研究:重点开展水性环氧乳化剂的制备、水性环氧乳液的制备、水性环氧固化剂的制备、特种颜填料及助剂的筛选、水性环氧底漆的制备以及性能评估。2)水性聚氨酯面漆的研究:重点开展羟基丙烯酸乳液的合成,水性聚氨酯固化剂的筛选,特种颜填料及助剂的筛选,水性聚氨酯面漆的制备以及性能评估。3)罩光漆的研究:重点开展聚天门冬氨酸树脂以及配套固化剂筛选,高固体分聚酯多元醇树脂的制备,溶剂、助剂的筛选,高固涂层的制备以及性能评估。

创新点1:超低VOC的航空涂料配套体系的研究目前国际主流的飞机蒙皮涂料采用的是溶剂型的高固体分环氧底漆加高固体份聚氨酯面漆的配套体系,底漆的VOC不大于340g/L,面漆的VOC不大于420g/L。项目采用的是水性环氧底漆加水性聚氨酯面漆加罩光漆的配套体系,属于三层配套。通过研究,制备的水性环氧底漆,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种涂料的VOC都小于50g/L。因此,本项目研制了一种新型的飞机蒙皮涂料的配套体系(即水性涂料加高固体分涂料的配套体系),对比现有的涂料配套体系,VOC大幅下降。

创新点2:制备了一种具有嵌段结构、非离子型、可反应的环氧乳化剂,用来制备水性环氧乳液。采用酸酐和聚乙二醇、液体环氧树脂为原料,合成了一种嵌段、非离子型、可反应的高分子环氧乳化剂(树脂)。该乳化剂合成的技术路线的优点:合成过程可控性强,可以有效避免反应剧烈放热的问题;合成过程没有加入任何催化剂,有利于提高涂膜综合性能。用上述乳化剂,可以制备出具有较好稳定性的非离子型水性环氧乳液产品。通过试验,发现乳化剂树脂浓度约为11%(即乳化剂/环氧树脂为1/8)时,制备的乳液稳定性优良。

创新点3:合成了一种柔韧性优秀的水性环氧固化剂。通过引入柔性非离子亲水链段来增加固化剂的柔韧性,改善涂膜耐冲击差的缺点。水性环氧固化剂合成工艺分为两步:多元胺与环氧树脂扩链:将多元胺与双酚A型环氧树脂加成,形成两端带伯胺氢的加成物。引入亲水基团——加成物再与聚乙二醇二缩水甘油醚开环扩链,引入亲水性基团,再采用单环氧化合物封闭分子链两端的伯胺氢,制成水性环氧固化剂。该环氧固化剂合成技术路线的优点:反应过程无需催化剂,分散过程无需酸中和;引入柔性非离子亲水链段,提升涂膜柔韧性。

创新点4:制备了一种具有核壳结构的羟基乳液,用于制备水性聚氨酯面漆。将水、引发剂、乳化剂、丙烯酸酯混合单体、功能单体等混合后先聚合成种子乳液,然后再加入剩余的丙烯酸单体、功能单体和引发剂再进行聚合,形成核壳结构的乳液。该羟基乳液合成技术路线的优点:成膜性优,几乎不使用成膜助剂,可以制备“零VOC”涂料;乳化剂使用量少,涂膜耐水性优;羟基官能团大部分在壳层,与固化剂交联效率高,涂膜综合性能优,使用成本低。

创新点5:采用聚天门冬氨酸酯树脂制备罩光漆。选用两种不同结构的聚天门冬氨酸酯树脂进行拼合,固化剂选择Tolonate® HDT-LV2,通过加入一种反应调节剂,可以延长双组份涂料的适用期。

项目产业化建设依托了中海油常州环保涂料有限公司进行,完成了2000吨/年高性能低污染大中型飞机涂覆材料示范生产线的建设,包括800吨/年水性飞机涂覆材料示范生产线的建设工作和1200吨/年高固体分飞机涂覆材料示范生产线,同时建成了800吨/年水性环氧树脂合成和500吨/年航空专用树脂合成的生产线。

项目开展了高性能低污染大中型飞机蒙皮涂料的研制和产业化,形成一套新型的飞机蒙皮的配套体系(即水性底漆、水性面漆以及高固体分罩光漆),可以将飞机蒙皮涂料的VOC可以下降到50g/L以下,远低于现在使用的溶剂型涂料,引领大陆飞机蒙皮涂料领域向环境友好型方向发展。

项目在航空工业西安飞机工业(集团)有限责任公司完成了航空典型件的示范涂装,涂料的施工性能良好,涂敷后的典型件表面平整,颜色和光泽外观均匀,无虚烟、橘皮等缺陷,涂层遮盖力较好。室温放置24小时后,用240号砂纸打磨,未出现粘砂纸的现象,打磨区域无明显的砂纸打磨印记,可打磨性能良好。室温放置7天后进行湿胶带结合力试验,无漆层脱落,应用效果优良。

项目所开发的水性环氧乳化剂、水性环氧乳液、水性环氧固化剂、水性羟基乳液、水性聚氨酯涂料、高固体分树脂以及高固体分涂料等产品,实现了航空蒙皮涂料核心技术的自主研制与产业化。

依托该项目的研究,搭建一个水性涂料的技术平台,有助于减少有机溶剂的使用和排放,对于推动涂料产品向资源节约型和低污染化方向发展起着重要作用。本项目研制的水性环氧乳液与水性环氧固化剂产品,已经在金属、地坪、水泥固化等多个领域得到广泛应用,近2年来销售额超过150万元;水性丙烯酸羟基乳液,现已实现工业化规模生产,在木器、金属保护、地坪、建筑物外墙等多个领域得到广泛应用,尤其在水性硅PU塑胶地坪领域,已成为国内该领域主要的水性树脂供应商,近2年累计实现销售超过1700万元。

大陆航空工业的发展,必将带来环保型航空涂料的应用,而伴随国家对环保的重视和相关环保政策的出台,该项目研制的羟基乳液、水性环氧乳液、水性环氧固化剂、水性防腐底漆和水性聚氨酯面漆、高固体分涂料等,都将获得巨大的发展,并取得良好的经济效益。

2.2.3.2 国内军机应用情况

大陆军用飞机涂料产品品种与国外相比差别较大。底漆方面品种也较少,国内目前仅有飞机蒙皮用底漆、复合材料用聚氨酯底漆、氟聚氨酯无光磁漆配套聚氨酯底漆、舰船富锌防锈底漆、环氧有机硅耐热底漆和铝粉沥青船等六类底漆产品及相应军用标准。

GJB 5591—2006《军用飞机氟聚氨酯涂料通用规范》中配套使用TB 06-9锌黄丙烯酸聚氨酯底漆,该材料于“九五”期间等效采用美军标MIL-P-23377D-85《耐化学品和溶剂的环氧聚酰胺底漆标准》开展研制的,并在“十一五”期间推广应用到重要航空武器装备上,使大陆战斗机外表面防护涂层材料达到当时国际先进水平。但此后,美国研制适用于军用飞机和武器装备,尤其是舰载飞机的新型高效防腐底漆,形成了MIL-PRF-23377K-2012新标准。

大陆高效抗腐蚀涂层材料研究相对滞后,新研型号仍沿用TB 06-9锌黄丙烯酸聚氨酯底漆。GJB 5591与MIL-PRF-23377K的技术指标差异明显。MIL-PRF-23377K底漆具有优异的抗腐蚀性能,经1000h丝状腐蚀后,划痕处丝状腐蚀长度不超过3.2mm;破环性试样耐盐雾2000h后,划痕处不出现腐蚀问题。TB 06-9锌黄丙烯酸聚氨酯底漆防腐蚀性能指标已经低于MIL-PRF-23377K相应指标要求,耐盐雾性能上有所欠缺,而耐丝状腐蚀性能尚未考虑。在高温高湿和高盐雾等恶劣的环境中,丝状腐蚀极易发生,且相当严重。

未来大陆国防支出将保持持续快速增长,为武器装备配套的军用涂料将有持续的高增长需求。数据显示,大陆的国防支出在2017年首次超过1万亿元,2022年国防预算为14760.81亿元。在高速发展40年后,随着中美经济体量的日益拉近,改革开放以来和平稳定发展的外部环境正受到重大挑战,中国面临严峻复杂的政治经济环境,未来大陆国防支出仍将保持稳定增长态势。根据国家战略规划,提出到2027年实现建军一百年奋斗目标、到2035年基本实现国防和军队现代化、到本世纪中叶全面建成世界一流军队的国防和军队现代化新“三步走”战略。因此从长期看,大陆国防开支将与国家经济发展水平相协调,继续保持适度稳定增长,而国防武器装备及其配套材料需求也将会持续增长。

值得一提的是,中央军委强调实战化练兵,这势必将增加国防装备的采购需求,利好武器装备配套材料发展。近年来,中央军委始终强调“坚定不移推进实战化军事训练,推动全军坚持把军事训练摆在战略位置,重点推进实战实训,深入推进联战联训”,由此可见,实战训练将继续作为大陆军事训练转型升级举措。也因此,实战训练增加了大陆军队在武器装备方面的采购和维护需求,在性能层面对武器装备总体单位及配套企业提出了更高要求,将会带动包括涂料涂层在内的国防装备产业链的增长。

国防和军队建设正站在新的历史起点上,军事武器装备正处在大变革、大发展和更新换代时期,为满足国防和军队建设的需要,在建设强大的现代化陆军、海军、空军、火箭军和战略支援部队的新的军事要求下,军工涂料发挥着越来越重要的作用,在推进武器装备现代化中扮演着愈来愈重要的角色。受益于大陆国防事业的持续发展,为军事武器装备提供配套材料的经建油漆也将会从中受益。

Part 3

中国航空涂料产业未来发展预测

对于目前国内航空涂料的发展现状,真正需要解决的技术热点有以下两方面:一是高性能树脂的开发及产业化;二是新型功能性颜料的研究及生产。

树脂作为涂膜的主要成膜物质,无论是涂膜的力学性能还是防护性能,树脂均起到了决定性作用。目前国内大部分航空涂科生产商都是选用已经商品化的树脂,因此生产出的涂科产品性能相当,同时又都存在某些涂膜性能无法改进的弊病。树脂的结构是影响树脂性能的关键因素,商品化的树脂能够满足一般工业需求,但在特种用途方面,就显得差强人意。在调研了很多国外知名树脂厂家的技术资科后,发现有很多适用于航空涂科产品的基料树脂,在申请样品和采购的过程中被告之,由于这些树脂都是被用在特殊行业上,且这些树脂对中国是禁售的。由此可以看出,国外严格把控了特种涂料的原材料供应,使国内航空涂料发展长年以来严重受到制约。因此,特种树脂的研制开发是重中之重。

涂料的很多功能性是由添加的颜填料所提供的,例如导电性、防腐性、反射性能、透波性能、吸波性能等。因此,填料本身所具备的特性决定了最终涂膜的功能性。例如,填料自身导电性能或吸波性能足够优异,那么在同等添加量的情况下,涂膜表现出的导电性或吸波性能就会更加的优异。再比如,颜填料本身的介电常数和介电损耗就很低,那么用这类颜填料制备的涂膜相应的透波性能就会较好。如何开发出性能更加优异的功能化涂料对未来特种涂料的发展有重要的意义,此外还应该在以下四个方面发力。

3.1 气动性能优化

在燃油价格铰高时期,飞机设计的重点在于提高燃油效率,然而,2018年燃油价格偏低,所以当前热点的涂层技术主要是绕着提升飞机的气动性能。例如,阿克苏诺贝尔正在与一些高校和OEM合作开发一些能够提升飞机性能的涂层技术,减少飞行阻力,从而减少1%~2%的燃油消耗。

3.2 底漆清漆系统

底漆-清漆系统不仅有利于改善光泽度、色泽稳定性,而且可以使涂层的使用寿命更长、质量更轻以及晾干时间缩短,如阿克苏诺贝尔的 Aerodur/Aerobase产品就属于这类产品,其寿命是传统航空涂料的2倍:再如PPG公司的Aerocronj产品比单层涂料轻30%,也就是说整架飞机使用这种涂层后质量可减轻453.59kg(1000lb-相当于一架钢琴的质量)。底漆-清漆统的优势恰好与航空公司希望通过光鲜的飞机机体色彩等提升品牌价值的想法以及OEM希望通过持续缩短涂层晾干时间而提升生产速率的目的相契合,因此底漆-清漆系统的特性必将成为涂层行业的技术标准。

3.3 无铬化趋势

由于制造商和其他企业越来越重视环保,强烈要求减少铬含量。铬,尤其六价铬长期以来都被用于防腐蚀,但是其致癌性对喷涂工人和环境产生很大威胁。PPG认为,无铬涂层产品正在加速研发,但其抗腐蚀性还要进一步评估附着力、柔韧性和保护性是涂层的关健属性;阿克苏诺贝尔正在大力投资无铬涂层,据悉,其提供的无铬涂层的关键性能指标将比含铬产品更好。该公司认为,产品开发的关键是确定可以准确试产品性能的方法,这也是无铬涂层产品开发及应用进程延缓的关健所在。

3.4 涂层速干

技术飞机在经历退漆后,其机翼、发动机以及复合材料区域在喷砂前需进行遮盖。然后进行电动研磨洗,再采用底喷凃覆盖,随后使用基础颜色,最后是喷涂条纹和标识、维修和紧急通告、注册号和门带等。喷涂的周转时间和价格是喷涂企业考虑的关键因素。在喷涂工程竞标中,一个合同项目存在5~7个竞标者的现象屡见不鲜。由于喷涂周转时间受喷漆固化时间影响较大,所以涂层制造商在加速喷漆固化方面也进行了相当多的研究。例如,底漆、清漆系统中结合了速干面漆。此项技术使飞机OEM和维修企业都非常受益。此外,维修企业还利用加热机库加速涂层固化速度。

“十三五”是大陆各项事业从高速向高质发展的时期,随着大陆航空、航天技术多年来的发展和技术积累,奠定了大陆在这一时期会陆续推出新的型号,在技术先进性、覆性技术方面展现出前所未有的活カ,同时,与之配套的涂料技术尤其是特种涂料技术得到迅发展,并取得了较大进步。

总体而言,中国将在今后10年中成为世界第2大商业飞机市场,仅次于美国,航空、航天材料制备产业市场前景巨大。航空领域涂层材料技术的需求量也在不断地提升,对涂层技术水平、服务能力提出了更高的要求,涂料产业面临难得的历史发展机遇,市场前景广;“循环经济,可持续发展”是贯彻落实科学发展观的必然要求,发展符合这一战略方针的涂层材料产业是一个非常好的发展时机,同时,国外的涂层材料企业已陆续进入国内市场,为国内企业带来巨大挑战和竞争压力。

因此,国内企业只有抓住这一时机,探索新的科研、开发和成果转化的模式,提高技术的原始创新和工程化的水平,整合各方面资源,提升合能力,才能促进表面技术产业的迅速发展,在取得显着经济效益的同时,成为该行业的引领者。

继续阅读