随着 200 亿级 eVTOL（电动垂直起降飞行器）海外订单落地、多省出台低空经济发展规划，低空经济已从概念走向产业化爆发临界点。作为 “空中新能源汽车” 的核心支撑，材料技术的突破直接决定低空飞行器的续航能力、安全性能与商业化可行性。其中，碳纤维复合材料、陶瓷基复合材料、金属基复合材料、高分子材料四类新材料，凭借轻量化、耐高温、多功能集成的核心优势，成为推动低空经济腾飞的 “四大核心驱动力”，重构航空制造产业格局。
一、碳纤维复合材料：低空飞行器的 “轻量化基石”
碳纤维复合材料以 “比强度达钢的 9 倍、密度仅 1.5g/cm³” 的极致性能，成为低空飞行器轻量化的首选材料，尤其在 eVTOL 领域占据绝对核心地位 —— 其占整机结构重量的 70% 以上，远超民航客机（波音 787 约 50%）与新能源汽车（8%-12%），单架 eVTOL 需消耗碳纤维复合材料约 430 公斤，占整机材料用量的 80%。这种材料通过优化机身、桨叶、机臂等核心部件的结构设计，可实现 30%-40% 的减重效果，而减重 25% 即可对应航程提升 30%，直接破解电动飞行器 “续航焦虑” 的行业痛点。例如南京聚隆的碳纤维增强材料经 300℃热冲击测试验证，助力沃兰特 VE25-100 机型续航提升至 260 公里 / 小时，成功斩获海外大额订单。
从产业现状看，中国碳纤维产业已形成规模优势：2023 年总产量达 5.5 万吨，同比增长 14.8%，国产化率从 60.5% 跃升至 76.7%，吉林化纤、中复神鹰等企业产能跻身全球前列。但结构性矛盾依然突出：产品集中于 T300、T700 级别，T800 及以上高性能产品供给不足，高端油剂、上浆剂等配套材料仍依赖进口，制约了在核心承力部件的应用。未来发展将聚焦两大方向：一是大丝束碳纤维技术突破，通过提升单线产能将生产成本降低 30% 以上，推动碳纤维价格从 50 元 /kg 降至 30 元 /kg 以下，满足规模化量产需求；二是热塑性树脂替代热固性树脂，利用其可回收性与加工效率优势，预计 2030 年热塑性碳纤维复合材料在 eVTOL 中的占比将超 10%。市场需求将迎来爆发式增长，预计 2030 年 eVTOL 领域碳纤维需求将从 2024 年的 500 吨激增至 11750 吨，增长 22.5 倍，占航空航天领域碳纤维总需求的 24.2% 以上。
二、陶瓷基复合材料：极端环境下的 “性能盾牌”
陶瓷基复合材料（CMC）以碳化硅、氮化硅等为基体，兼具耐高温（长期使用温度 1200-1600℃）、耐腐蚀、抗氧化的核心优势，成为低空飞行器发动机、热管理系统等关键部件的 “刚需材料”。低空飞行器发动机在垂直起降时面临高温燃气冲刷、频繁启停带来的热冲击，传统金属材料易发生蠕变变形，而 CMC 材料可在 50℃高温沙尘环境与 - 55℃高空低温交替中保持结构稳定，使用寿命较高温合金延长 3 倍以上。例如在 eVTOL 的电机外壳与排气管路中，CMC 材料通过化学气相渗透（CVI）工艺制备，既能抵御 150℃以上的持续高温，又能实现减重 50%，间接提升续航效率。
国内 CMC 技术已实现突破，国产 Zelramic-iBN 碳化硅纤维通过工程验证，耐温达 1600℃，打破西方 60 年技术垄断，为发动机热端部件国产化奠定基础。但产业规模仍较小，核心原材料连续碳化硅纤维的量产稳定性不足，50% 依赖日本进口。随着低空飞行器向长航时、高载荷方向发展，CMC 的应用场景将进一步拓展：在无人机发动机燃烧室、eVTOL 的倾转旋翼轴套等部件中，需承受更高温度与机械载荷，推动 CMC 向 “纤维 - 基体界面优化” 与 “致密化工艺升级” 演进。未来三年，国内将重点突破 3D 打印 CMC 复杂结构件技术，解决传统工艺难以成型的异形部件制造难题，降低生产成本，推动其在民用低空飞行器中的规模化应用。
三、金属基复合材料：承力结构的 “平衡大师”
金属基复合材料以铝、镁、钛等金属为基体，添加碳纤维、陶瓷颗粒等增强相，兼具金属的韧性与复合材料的高强度，成为机身框架、起落架、电池托盘等承力部件的理想选择。其核心优势在于 “强度与成本的精准平衡”—— 比强度较传统铝合金提升 40%，成本仅为碳纤维复合材料的 1/3，完美适配低空经济对 “高性能 + 低成本” 的双重需求。例如铝基复合材料用于 eVTOL 的起落架，可在减重 20% 的同时，将抗冲击性能提升 50%，应对垂直起降时的地面冲击载荷；镁基复合材料用于电池托盘，密度仅 1.8g/cm³，较铝合金托盘减重 30%，且导热系数提升 2 倍，解决电池散热难题。
中国在金属基复合材料领域已形成完整产业链，3D 打印技术的应用进一步放大其优势：通过选择性激光熔化（SLM）工艺制备的铝基复合材料部件，材料利用率达 90%，制造周期缩短 70%，成本降低 30%，已在小型无人机机身结构中批量应用。当前面临的主要挑战是规模化生产的均匀性控制，部分高端产品的增强相分散性与界面结合力仍需优化。未来发展将聚焦 “多功能集成”，例如开发钨纤维 / Cu 复合导电材料用于电机转子，既提升导电效率，又增强耐磨损性能；通过原位合成技术制备钛基复合材料，用于高载荷 eVTOL 的机翼主梁，在保持轻量化的同时，将疲劳寿命提升至 1 万飞行小时以上，满足适航认证要求。
四、高分子材料：多功能集成的 “创新载体”
高分子材料以其轻质、易加工、多功能化的特性，渗透于低空飞行器的内饰、密封件、电子设备、电池封装等全产业链环节，成为 “以塑代钢”“以塑代陶” 的关键力量。其应用呈现三大核心方向：一是结构功能一体化，如碳纤维增强 PPS（聚苯硫醚）用于电池箱体，抗冲击性提升 50%，同时耐受 150℃高温，满足电池热管理需求；高透光率 PC（聚碳酸酯）用于驾驶舱盖，透光率偏差 < 0.1%，符合适航标准，且重量仅为玻璃的 1/2。二是极端环境适应，聚酰亚胺（PI）作为综合性能最佳的有机高分子材料，长期使用温度范围覆盖 - 269℃至 260℃，用于传感器封装与电气绝缘，保障电子设备在复杂气候下稳定运行；PTFE（聚四氟乙烯）密封件具有极低摩擦系数，可在沙尘、湿度环境中实现长效密封，使用寿命达 5000 飞行小时以上。三是智能与环保升级，压电陶瓷与 PTFE 复合制成的传感器，可实时监测结构应力变化，响应时间 < 0.1 秒；生物基高分子材料如壳聚糖 / 纤维素复合材料，生物降解率 > 90%，有效降低太空垃圾与地面废弃物污染。
中国高分子材料产业规模庞大，2023 年 PTFE 产能达 19 万吨，锂电池主材全球产能占比超 80%，但高端产品供给不足：PI 高端产品 80% 被美国杜邦、日本钟渊等企业垄断，国内企业多为百吨级装置，产品性能稳定性不足；半导体用高纯 PTFE 树脂仍依赖进口。未来将加速 “高端化 + 绿色化” 转型：在技术端，开发 PEEK（聚醚醚酮）、LCP（液晶聚合物）等特种工程塑料，满足发动机紧固件、电子封装的高端需求；在环保端，响应欧盟 2030 年新车含 25% 再生材料的法规要求，扩大再生 PC/ABS、生物基树脂的应用，头部企业如金发科技已将再生材料用于消费电子外壳，碳排放量降至原生材料的 25%。随着低空经济规模化发展，2035 年中国载人 eVTOL 年需求量将突破 4.13 万台，拉动高分子材料用量超 10 万吨，形成万亿级市场空间。
五、四类材料协同赋能：低空经济的 “产业引擎”
四类新材料并非孤立应用，而是形成 “轻量化 - 耐环境 - 承力 - 多功能” 的协同体系，共同破解低空经济商业化的核心瓶颈。碳纤维复合材料主导机身轻量化，陶瓷基复合材料保障极端环境可靠性，金属基复合材料平衡承力与成本，高分子材料实现功能集成与环保要求，四类材料的占比优化直接决定飞行器的综合性能 —— 例如时的科技 E20 机型通过 “70% 碳纤维 + 15% 金属基复合材料 + 10% 高分子材料 + 5% 陶瓷基复合材料” 的配比，实现 200 公里航程、70 分贝低噪音与 200 公斤有效载荷的完美平衡，成功斩获 10 亿美元海外订单。
政策与市场双轮驱动下，新材料产业将迎来三大变革：一是国产化替代加速，预计 2027 年高性能碳纤维自给率达 70%，PTFE 高端产品进口依赖度降至 30% 以下；二是产业链协同深化，材料企业与飞行器厂商联合开发成为主流，如沃特股份从改性塑料供应商延伸至碳纤维桨叶成品制造，万丰奥威整合特斯拉供应链实现降本 15%；三是绿色制造闭环形成，生物基材料、再生材料的应用占比持续提升，配合 3D 打印、自动铺丝等工艺，将低空飞行器全生命周期碳排放量降低 40%。
材料创新定义低空经济未来
低空经济的爆发本质是材料科技的胜利，碳纤维、陶瓷基、金属基、高分子四类新材料的技术迭代，正在重构 “空中交通” 的产业逻辑 —— 从 “能否飞” 到 “飞得远、飞得安全、飞得经济”。未来五年，随着大丝束碳纤维降本、CMC 规模化应用、高分子材料功能集成等关键技术突破，低空飞行器的单价将从当前的数百万元降至百万元以内，推动城市空中通勤、低空物流、应急救援等场景的普及。四类新材料不仅是低空经济的 “核心驱动力”，更将带动上下游产业链升级，形成从材料研发、部件制造到整机装配的万亿级产业集群，为新质生产力发展注入强劲动能。
