據(jù)全球復(fù)合材料行業(yè)組織JEC數(shù)據(jù),如圖1所示,從全球復(fù)合材料產(chǎn)量來看,2022年全球復(fù)合材料產(chǎn)量約為1270萬噸,其中,玻璃纖維復(fù)合材料約為400萬噸,2018-2022年產(chǎn)量增速約為3%,亞洲為產(chǎn)量增長速度最快的地區(qū),亞洲地區(qū)占全球復(fù)合材料的產(chǎn)量接近50%,其中,中國市場(chǎng)的全球產(chǎn)量占比約28%,但產(chǎn)值占比約為22%。

圖1 2020-2022年全球復(fù)合材料產(chǎn)量及玻纖復(fù)材產(chǎn)量占比
據(jù)中國玻纖協(xié)會(huì)測(cè)算的數(shù)據(jù)顯示,2013-2021年全球玻璃纖維產(chǎn)量總體呈現(xiàn)上升趨勢(shì),在眾多企業(yè)產(chǎn)能擴(kuò)張的背景下,2021年全球玻璃纖維產(chǎn)量在950萬噸左右,同比增長11.76%,初步統(tǒng)計(jì),2022年全球玻璃纖維產(chǎn)量超過1000萬噸,如圖2所示。

圖2 2013-2022年全球玻璃纖維產(chǎn)量情況(單位:萬噸)
2013-2022年全球玻璃纖維需求量連續(xù)增長,隨著全球建筑、新能源、電器等行業(yè)規(guī)模的飛速增長,玻璃纖維需求量也隨之增長,2022年全球玻璃纖維需求量在1200萬噸左右,可見圖3,全球玻璃纖維基本處于供不應(yīng)求的狀態(tài)。

圖3 2013-2022年全球玻璃纖維需求情況(單位:萬噸)
我國玻璃纖維復(fù)合材料近年來發(fā)展勢(shì)頭迅猛,產(chǎn)量逐年增長,中國巨石等企業(yè)的產(chǎn)能建設(shè)也在逐步推進(jìn)中,2023年預(yù)期部分產(chǎn)能釋放,玻璃纖維產(chǎn)量將保持較快增長,從圖4可看出,到2028年,我國玻璃纖維行業(yè)產(chǎn)量可能將超過1000萬噸。

圖4 2023-2028年中國玻璃纖維行業(yè)產(chǎn)量預(yù)測(cè)(單位:萬噸)
玻璃纖維復(fù)合材料主要分為兩種類型:熱固性復(fù)合材料(FRP)和熱塑性復(fù)合材料(FRT)。熱固性復(fù)合材料主要以熱固性樹脂如不飽和聚酯樹脂、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂等為基體,熱塑性復(fù)合材料以聚丙烯樹脂(PP)、聚酰胺(PA)為主。熱塑性是指加工固化冷卻以后,再次加熱仍能達(dá)到流動(dòng)性,并可以再次對(duì)其進(jìn)行加工成型。從2013到2021年,中國熱塑性產(chǎn)量增速約9%,高于熱固7.45個(gè)百分點(diǎn)。熱塑性復(fù)合材料投資門檻高,但產(chǎn)品生產(chǎn)過程自動(dòng)化程度較高,以及產(chǎn)品可回收再利用,可逐漸替代熱固性復(fù)合材料。熱塑性產(chǎn)量從137萬噸提升到274萬噸,同時(shí),熱固產(chǎn)量從273萬噸提升到310萬噸,熱塑性復(fù)合材料增長趨勢(shì)明顯。

圖5 2013-2021年熱塑性復(fù)合材料產(chǎn)量呈上升趨勢(shì)
下圖為2012-2021年中國玻璃纖維產(chǎn)量及占比,可見,全球和中國玻璃纖維產(chǎn)量呈上升趨勢(shì),國內(nèi)產(chǎn)量占世界的總產(chǎn)量也逐年遞增,到2020年,國內(nèi)產(chǎn)量約占全球的約為70%。全球玻璃纖維總產(chǎn)量由530萬噸增加至820萬噸,同時(shí),國內(nèi)玻璃纖維總產(chǎn)量由288萬噸增加至541萬噸。2021年國內(nèi)玻璃纖維產(chǎn)量達(dá)624萬噸,同比增長15.2%。

圖6 2012-2021年中國玻纖產(chǎn)量及占比
玻璃纖維復(fù)合材料具有重量輕、強(qiáng)度高和絕緣性能好等特點(diǎn),因此在各個(gè)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。下面主要介紹其應(yīng)用領(lǐng)域和應(yīng)用范圍。
(1)交通運(yùn)輸領(lǐng)域
由于城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大,城市與城際的交通問題亟待解決,建設(shè)以地鐵和城際鐵路為主體的交通網(wǎng)絡(luò)刻不容緩,玻璃纖維復(fù)合材料在高速列車、地鐵等的軌道交通中正在不斷增加。在汽車制造中也被廣泛應(yīng)用,例如車身、車門、引擎罩、內(nèi)飾件、電子電器元件等部件,能夠減輕汽車重量,提高燃油效率,并具有良好的抗沖擊性能和安全性能。隨著玻纖增強(qiáng)材料工藝技術(shù)的不斷發(fā)展,玻纖復(fù)合材料在汽車輕量化中的應(yīng)用前景也越來越廣泛。數(shù)據(jù)顯示,2013年以德國為首的歐洲國家,單車用玻璃纖維復(fù)合材料已經(jīng)達(dá)300-365kg,占車重22.5%,美國單車用量也達(dá)到200-249kg,約占車重16.5%,而我國單車用量?jī)H為90-110kg,僅占車重8%,遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國家的平均水平,因此,國內(nèi)需要玻璃纖維復(fù)合材料的前景廣闊。

圖7 2013年各國玻纖復(fù)合材料在汽車上的用量
(2)航空航天領(lǐng)域
由于其具有高強(qiáng)度和輕質(zhì)特性,它們?cè)诤娇蘸教祛I(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。例如,飛機(jī)機(jī)身、翼面、尾翼、地板、座椅、雷達(dá)罩、頭盔等部件,以提高飛機(jī)的性能和燃油效率。最初研發(fā)的波音777飛機(jī)中只有10%的機(jī)身材料使用了復(fù)合材料,如今,先進(jìn)的波音787飛機(jī)機(jī)身大約有一半使用復(fù)合材料,判斷飛行器是否先進(jìn)的一個(gè)重要指標(biāo)是復(fù)合材料在飛行器上應(yīng)用多少,玻璃纖維復(fù)合材料同時(shí)具有透波、阻燃等特殊功能,因此,在航空航天領(lǐng)域的發(fā)展仍有很大潛力。
(3)建筑領(lǐng)域
在建筑領(lǐng)域中用于制作墻板、屋頂和窗框等結(jié)構(gòu)件,還可用于加固和修復(fù)混凝土結(jié)構(gòu),提高建筑物的抗震性能,可用于衛(wèi)浴、游泳池等。另外,由于玻璃纖維復(fù)合材料具備優(yōu)異的加工性能,是一種理想的自由曲面造型材料,可用于美學(xué)建筑領(lǐng)域。例如,亞特蘭大的美國銀行廣場(chǎng)大樓的頂部有一個(gè)引人注目的金色尖頂,這種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)是由玻璃纖維復(fù)合材料構(gòu)成。

(4)化工領(lǐng)域
由于其具有優(yōu)異的耐腐蝕性能,被廣泛應(yīng)用于儲(chǔ)罐、管道、閥門等設(shè)備的制造,以提高設(shè)備的使用壽命和安全性。
(5)消費(fèi)品和商業(yè)設(shè)施
工業(yè)齒輪,工業(yè)用、民用氣壓瓶,筆記本電腦、手機(jī)外殼,家用電器的零部件。
(6)基礎(chǔ)設(shè)施
作為國民經(jīng)濟(jì)增長所必需的基礎(chǔ)設(shè)施,橋梁、隧道、鐵路、港口、公路等設(shè)施由于多功能、抗腐蝕和高載荷的要求,在全球范圍內(nèi)正在面臨結(jié)構(gòu)問題,玻璃纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料在基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)、改造、加固和修復(fù)中發(fā)揮了巨大的作用。
(7)電子電器
由于其具有良好的電絕緣性和防腐蝕性,主要用于電器罩殼、電器原件與電部件、輸線電包括復(fù)合電纜支架、電纜溝支架等。
(8)體育休閑領(lǐng)域
由于其具有重量輕、強(qiáng)度高、可設(shè)計(jì)自由度大增,在體育器材方面得到了光伏應(yīng)用,例如:滑雪板、網(wǎng)球拍、羽毛球拍、自行車、摩托艇等。
(9)風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域
風(fēng)能是一種可持續(xù)能源,其最大特點(diǎn)是可再生、無污染、儲(chǔ)量大、分布廣,風(fēng)機(jī)葉片是風(fēng)力發(fā)電機(jī)最重要的組成部分,因此對(duì)風(fēng)機(jī)葉片的要求較高,必須滿足強(qiáng)度高、耐腐蝕、重量輕、壽命長的要求,由于玻璃纖纖維復(fù)合材料能滿足以上性能要求因此在全球范圍內(nèi)已被廣泛用于生產(chǎn)風(fēng)機(jī)葉片,在電力基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域,玻璃纖維復(fù)合材料主要用于復(fù)合電桿、復(fù)合絕緣子等。
(11)光伏邊框
在“雙碳”發(fā)展戰(zhàn)略背景下,綠色能源產(chǎn)業(yè)成為國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的熱點(diǎn)和重點(diǎn),其中包括光伏產(chǎn)業(yè)。近期玻纖復(fù)合材料用于光伏邊框,有了實(shí)質(zhì)進(jìn)展,如果在光伏邊框領(lǐng)域能夠部分替代鋁型材,對(duì)玻纖行業(yè)是一件大事。海上光伏電站要求光伏組件材料具備較強(qiáng)的耐鹽霧腐蝕特性,鋁是活潑金屬,抵抗鹽霧腐蝕能力很差,而復(fù)合材料無電偶腐蝕性,在海上光伏電站中是一種較好的技術(shù)解決方案。2021年全球太陽能市場(chǎng)規(guī)模約185GW,對(duì)應(yīng)邊框市場(chǎng)約230億,其中中國占80%,約200億;2022年因俄烏戰(zhàn)爭(zhēng)及拉動(dòng)內(nèi)需,組件爆增,預(yù)計(jì)光伏組件產(chǎn)能增長約30%,邊框市場(chǎng)約300億;2023年產(chǎn)能增長約20%,預(yù)計(jì)邊框可達(dá)360億;按照每年20%的增長幅度,預(yù)計(jì)2028年邊框市場(chǎng)可達(dá)到千億,如圖7所示。如果全部使用玻纖增強(qiáng)聚氨酯邊框,需用玻纖400萬噸/年,需用聚氨酯100萬噸/年。

圖8 2021-2028光伏組件產(chǎn)能
此文由中國復(fù)合材料工業(yè)協(xié)會(huì)搜集翻譯,文章不用于商業(yè)目的,僅供行業(yè)人士交流,引用請(qǐng)注明出處。