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結(jié)構(gòu)泡沫材料行業(yè)發(fā)展?fàn)顩r及發(fā)展趨勢(shì)
思瀚產(chǎn)業(yè)研究院 維賽新材    2024-01-12

1、結(jié)構(gòu)泡沫材料市場(chǎng)概況

（1）結(jié)構(gòu)泡沫材料市場(chǎng)

結(jié)構(gòu)泡沫材料是一種閉孔泡沫，能與濕法和預(yù)浸料及熱塑性樹脂兼容，具有較好的強(qiáng)度重量比、耐疲勞性能、防火性能，可熱成型，加工中具有較好的抗壓縮蠕變性能。目前結(jié)構(gòu)泡沫材料主要包括 PVC 泡沫、PET 泡沫、PMI 泡沫及其他類別，其中 PVC、PET 兩種結(jié)構(gòu)泡沫材料應(yīng)用較為廣泛。

結(jié)構(gòu)泡沫材料因其密度低、強(qiáng)度高，主要作為各種復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)的芯材使用，用來(lái)增強(qiáng)剛度、減輕重量。其應(yīng)用于夾層結(jié)構(gòu)中可以大大增強(qiáng)力學(xué)性能，滿足了風(fēng)電葉片、軌道交通車輛、船舶、飛機(jī)等應(yīng)用領(lǐng)域?qū)Σ牧系兔芏?、高?qiáng)度的要求。

與傳統(tǒng)的蜂窩板芯材、Balsa 木芯材相比，結(jié)構(gòu)泡沫材料更能適應(yīng)復(fù)雜形狀的場(chǎng)合，并且可以通過(guò)熱成型的方法進(jìn)行加工，而且在同樣的固化條件下，綜合性能更高。因此截至目前，從價(jià)值和數(shù)量來(lái)看，結(jié)構(gòu)泡沫芯材材料已占據(jù)芯材市場(chǎng)的大部分份額。

2、結(jié)構(gòu)泡沫主要下游應(yīng)用

目前市場(chǎng)上主要應(yīng)用的結(jié)構(gòu)泡沫材料有 PVC 泡沫、PET 泡沫和 PMI 泡沫。其中 PVC 泡沫由于具備性能優(yōu)越、價(jià)格適中的優(yōu)點(diǎn)，是目前應(yīng)用最廣泛的一種泡沫材料。

結(jié)構(gòu)泡沫材料廣泛應(yīng)用于風(fēng)電葉片、船舶游艇、軌道交通車輛、航空航天等應(yīng)用領(lǐng)域。相關(guān)行業(yè)發(fā)展情況如下：

（1）風(fēng)電葉片領(lǐng)域

1）應(yīng)用概況

結(jié)構(gòu)泡沫芯材是風(fēng)電葉片的關(guān)鍵材料，通常應(yīng)用在葉片的前緣、后緣以及腹板等重要部件，普遍采用夾層結(jié)構(gòu)來(lái)增加結(jié)構(gòu)剛性，防止局部失穩(wěn)，提高整個(gè)葉片的力學(xué)性能和載荷能力，增強(qiáng)葉片的穩(wěn)定性和耐疲勞性，并同時(shí)減輕葉片重量。目前風(fēng)電葉片最常用的芯材是 PVC 結(jié)構(gòu)泡沫和 Balsa 木，其中 PVC 結(jié)構(gòu)泡沫主要用在腹板、葉片殼體，包括蒙皮、大梁以及大梁兩側(cè)；Balsa 木主要用于葉根部位。

此外，近年來(lái) PET 結(jié)構(gòu)泡沫在葉片領(lǐng)域開始得到應(yīng)用。PET 結(jié)構(gòu)泡沫的密度高于 PVC 結(jié)構(gòu)泡沫但低于 Balsa 木，具有良好的耐熱性和力學(xué)性能；同時(shí)理論上其可以 100%循環(huán)利用，減少?gòu)U棄物數(shù)量且再生成本較低，有助于降低葉片生產(chǎn)成本。

2）市場(chǎng)空間

根據(jù) GWEC 于 2021 年 3 月下旬發(fā)布的《Global Wind Report 2021》數(shù)據(jù)，2020 全球風(fēng)電取得歷史性突破，新增裝機(jī)容量高達(dá) 93GW，同比增長(zhǎng) 53%；累計(jì)裝機(jī)容量達(dá)到 743GW，同比增長(zhǎng) 14%。其中，陸上風(fēng)電新增裝機(jī)容量為86.9GW，創(chuàng)歷史新高。

中國(guó)是全球風(fēng)電裝機(jī)容量第一大國(guó)，根據(jù) CWEA 近年來(lái)《中國(guó)風(fēng)電吊裝容量統(tǒng)計(jì)簡(jiǎn)報(bào)》統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2019 年度全國(guó)（除港、澳、臺(tái)地區(qū)外）新增裝機(jī)10,916 臺(tái)，新增裝機(jī)容量 26.79GW，同比增長(zhǎng) 26.7%；累計(jì)裝機(jī) 13.5 萬(wàn)多臺(tái)，裝機(jī)容量約 236.32GW，同比增長(zhǎng) 12.8%。2020 年度全國(guó)（除港、澳、臺(tái)地區(qū)外）新增裝機(jī) 20,401 臺(tái)，容量 54.43GW，同比增長(zhǎng) 105.1%；累計(jì)裝機(jī)超 15 萬(wàn)臺(tái)，容量超 290GW，同比增長(zhǎng) 23%。

全球及國(guó)內(nèi)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)出的高增長(zhǎng)前景，將帶動(dòng)各方對(duì)風(fēng)電行業(yè)的資本投入。風(fēng)電產(chǎn)能規(guī)?？焖俚臄U(kuò)張使全球市場(chǎng)對(duì)風(fēng)電設(shè)備需求保持旺盛，帶動(dòng)了全球領(lǐng)域?qū)︼L(fēng)電葉片及芯材需求總量的持續(xù)升高。根據(jù) GWEC 預(yù)測(cè)，截至到2026 年的未來(lái)五年全球?qū)⑿略鲲L(fēng)電裝機(jī)容量 556.9GW，每年平均新增裝機(jī)容量111GW 以上。

中國(guó)作為風(fēng)電產(chǎn)業(yè)最大的市場(chǎng)，占全球風(fēng)電市場(chǎng)份額的 40%左右。自 2020年 9 月以來(lái)，中國(guó)政府高層多次在重要講話及署名文章中明確提出中國(guó)的碳減排目標(biāo)。在 2020 年 12 月 12 日的巴黎氣候峰會(huì)上，習(xí)近平主席再次強(qiáng)調(diào) 2030年中國(guó)單位 GDP 的碳排放量比 2005 年下降 65%以上，風(fēng)電光伏裝機(jī)容量達(dá)1,200GW 以上，并且首次將 2030 年非化石能源占比目標(biāo)提升到 25%。而 2020年底中國(guó)風(fēng)電及光伏合計(jì)裝機(jī)容量 534GW，預(yù)期未來(lái) 10 年風(fēng)電及光伏發(fā)電的年均裝機(jī)量平均每年不低于 70GW。

“十四五”期間，根據(jù) GWEC 保守預(yù)測(cè)，我國(guó) 2025 年陸上風(fēng)電新增裝機(jī)容量將達(dá)到 45GW，2021-2025 年 CAGR 達(dá)到 10.67%。

總體而言，為完成 2030 年碳排放峰值，2060 年碳中和目標(biāo)，國(guó)內(nèi)的新能源新增裝機(jī)容量在“十四五”期間，將較“十三五”期間明顯提升。在“十四五”期間國(guó)內(nèi)市場(chǎng)新增裝機(jī)快速增長(zhǎng)的情況下，預(yù)期風(fēng)電產(chǎn)業(yè)鏈均會(huì)在需求推動(dòng)下繼續(xù)保持高速發(fā)展態(tài)勢(shì)。

根據(jù)開源證券研究報(bào)告數(shù)據(jù)顯示，風(fēng)電葉片的成本占風(fēng)電機(jī)組總成本比重達(dá)到 20%-30%，其設(shè)計(jì)及選材決定了風(fēng)機(jī)的發(fā)電性能與功率。近年來(lái)中國(guó)以及全球風(fēng)力發(fā)電市場(chǎng)的持續(xù)快速增長(zhǎng)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)裝機(jī)量節(jié)節(jié)攀升，為風(fēng)電葉片及芯材市場(chǎng)提供了龐大的成長(zhǎng)空間。

（2）其他應(yīng)用領(lǐng)域

1）船舶游艇

結(jié)構(gòu)泡沫材料目前在游艇、漁船上成熟應(yīng)用，通常用于船底、舷部、甲板、艙壁及防水壁中，正逐步向艦艇和大型船舶上發(fā)展。由于結(jié)構(gòu)泡沫材料是孔隙材料，可以減輕結(jié)構(gòu)重量，降低鋪層制作成型的工作量，同時(shí)減少了加筋數(shù)量，有利于沖擊荷載的擴(kuò)散。近些年中國(guó)船舶工業(yè)已經(jīng)發(fā)展成為全球的造船中心，特別是船舶工業(yè)“十三五”規(guī)劃之后，中國(guó)船舶工業(yè)保持強(qiáng)勁增長(zhǎng)勢(shì)頭，預(yù)計(jì)隨著國(guó)內(nèi)船舶游艇工業(yè)發(fā)展，對(duì)結(jié)構(gòu)泡沫芯材的市場(chǎng)需求量也會(huì)逐步釋放。

2）軌道交通車輛

結(jié)構(gòu)泡沫材料是一種閉孔泡沫，具有較好的強(qiáng)度重量比、耐疲勞性能、防火性能，加工中具有較好的抗壓縮蠕變性能。上述出色的綜合性能使其在軌道交通車輛中主要應(yīng)用于結(jié)構(gòu)底板、車頂、側(cè)板、車尾部。對(duì)芯材的有效利用能夠降低交通工具的能耗、提升載荷能力，并能一定程度上提升載具的隔音、保溫等性能。

近年來(lái)，我國(guó)鐵路行業(yè)發(fā)展迅速。根據(jù)中長(zhǎng)期鐵路發(fā)展規(guī)劃、城際鐵路設(shè)計(jì)規(guī)劃等政策文件，未來(lái)我國(guó)軌道交通車輛市場(chǎng)發(fā)展前景較好，增長(zhǎng)潛力巨大。在保證車體強(qiáng)度的情況下做到輕量化的優(yōu)化設(shè)計(jì)是車輛發(fā)展的要求，根據(jù)現(xiàn)有資料顯示，單個(gè)動(dòng)車組車廂需要結(jié)構(gòu)泡沫材料約 0.2 噸，一組列車組約需要 1.6 噸，動(dòng)車組列車對(duì)結(jié)構(gòu)泡沫材料的年需求量將達(dá)到 400-480 噸。

3）航空航天

由于結(jié)構(gòu)泡沫材料具備高力學(xué)性能和耐疲勞性能，制作成夾層結(jié)構(gòu)能夠在飛機(jī)中的槳葉、中央翼、外翼、垂尾、平尾、機(jī)身地板梁和后承壓框等部件得到應(yīng)用。整體結(jié)構(gòu)一體化程度高，安裝較為簡(jiǎn)單，能夠縮短總裝時(shí)間，而且可使飛機(jī)結(jié)構(gòu)減重，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成本降低。同時(shí)，在疲勞和惡劣的環(huán)境下使用，不會(huì)降低剩余強(qiáng)度。

目前結(jié)構(gòu)泡沫芯材在無(wú)人機(jī)、支線飛機(jī)上成熟應(yīng)用，正逐步向軍機(jī)和大飛機(jī)上發(fā)展。隨著國(guó)內(nèi)大飛機(jī)項(xiàng)目上馬，航空工業(yè)對(duì)硬質(zhì)泡沫芯材的需求將保持增長(zhǎng)。

綜上，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展、城市化進(jìn)展穩(wěn)步推進(jìn)，風(fēng)電、船舶游艇、軌道交通、航空航天等多個(gè)經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域較快發(fā)展，將進(jìn)一步增加市場(chǎng)對(duì)結(jié)構(gòu)泡沫材料的需求。

3、結(jié)構(gòu)泡沫材料行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)

近年來(lái)，由于政策、環(huán)境、技術(shù)、產(chǎn)品及經(jīng)濟(jì)效益驅(qū)使等多種宏觀和微觀因素的綜合作用，風(fēng)電、軌道交通、鐵路等產(chǎn)業(yè)得到大力發(fā)展，尤其是風(fēng)電行業(yè)的持續(xù)高速增長(zhǎng)帶動(dòng)國(guó)內(nèi)結(jié)構(gòu)泡沫材料市場(chǎng)高速發(fā)展。

（1）風(fēng)機(jī)大型化發(fā)展對(duì)芯材核心指標(biāo)提出更高要求

目前風(fēng)電行業(yè)風(fēng)機(jī)單機(jī)容量大型化的趨勢(shì)確定，單機(jī)容量大型化將有效提高風(fēng)能資源利用效率、提升風(fēng)電項(xiàng)目投資開發(fā)運(yùn)營(yíng)的整體經(jīng)濟(jì)性、提高土地/海域利用效率、降低度電成本、提高投資回報(bào)、利于大規(guī)模項(xiàng)目開發(fā)。

隨著風(fēng)電機(jī)組往更大功率方向發(fā)展，風(fēng)輪直徑更大，葉片長(zhǎng)度更長(zhǎng)的產(chǎn)品更受市場(chǎng)歡迎。大尺寸葉片的制造需要解決葉片質(zhì)量增加而帶來(lái)的氣動(dòng)彈性耦合的問(wèn)題，同時(shí)葉片長(zhǎng)度的增長(zhǎng)使其重量增加，從而導(dǎo)致氣動(dòng)效率降低，進(jìn)而影響發(fā)電量。因此，需兼顧葉片的大型化和輕薄化，目前市面主流風(fēng)機(jī)廠商廣泛采用 PVC、PET 泡沫材料來(lái)減輕葉片重量。

另外，風(fēng)電葉片大型化發(fā)展的同時(shí)，對(duì)芯材重量、密度、力學(xué)性能等核心指標(biāo)提出了更高的要求。由于在葉片制造過(guò)程中需要使用密度遠(yuǎn)高于芯材的樹脂膠，因此控制芯材吸膠量是降低葉片重量的有效途徑。

（2）低成本化發(fā)展

2021 年度，受“補(bǔ)貼退坡”及“平價(jià)上網(wǎng)”等政策影響，風(fēng)電招標(biāo)價(jià)格出現(xiàn)明顯下滑，風(fēng)電全產(chǎn)業(yè)鏈“降本增效”的需求日益增強(qiáng)。因此風(fēng)電葉片大型

化發(fā)展的同時(shí)，兼顧整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的成本降低，葉片設(shè)計(jì)會(huì)朝著模塊化的趨勢(shì)發(fā)展，在未來(lái)產(chǎn)品開發(fā)儲(chǔ)備上必然要從高性能及低成本角度來(lái)考量。

（3）低碳環(huán)?；l(fā)展

國(guó)家發(fā)改委發(fā)布的《國(guó)家“十四五”循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃》要求健全產(chǎn)品綠色設(shè)計(jì)政策機(jī)制，引導(dǎo)企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中使用無(wú)毒無(wú)害、低毒低害、低（無(wú)）揮發(fā)性有機(jī)物含量等環(huán)境友好型材料。高分子復(fù)合材料制品需要從原材料、配方、加工工藝及工程、應(yīng)用等方面都必須考慮對(duì)環(huán)境的影響。未來(lái)結(jié)構(gòu)泡沫材料的生產(chǎn)邊角廢料再利用及結(jié)構(gòu)泡沫材料的整體回收再利用都需要面臨實(shí)現(xiàn)環(huán)保化發(fā)展的需求。