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FOAM行业资讯 | 结构泡沫材料发展状况及发展趋势
结构泡沫是一种各向同性100%的闭孔泡沫，能与湿法和预浸料及热塑性树脂兼容，具有较好的强度/重量比、抗疲劳性能、防火性能好、可热成型，加工中具有较好的抗压缩蠕变性能。目前结构泡沫材料主要有以下几种：聚氯乙烯（PVC）结构泡沫材料、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚甲基丙烯酰亚胺（PMI）以及苯乙烯-丙烯腈共聚物（SAN）等类型的结构泡沫材料。
结构泡沫材料的特点及工业应用
聚氯乙烯（PVC）结构泡沫材料：聚氯乙烯泡沫材料是以聚氯乙烯树脂为主体，加入发泡剂及其它添加剂制成，是一种使用较早的泡沫塑料。分硬质和软质两类，而以软质居多。它具有良好的机械性能和冲击吸收性；是一种闭孔型柔软的泡体；其密度在0.05～0.1g/cm3之间；化学性能稳定，耐腐蚀性强；不吸水，不易燃烧，价格便宜。但它的耐候性差，有一定毒性等。聚氯乙烯泡沫塑料是一种较普通的缓冲材料，可制成盒、箱等包装容器，也可制成衬垫、衬板等，用以包装一般物品。目前广泛应用于风力发电、轨道交通、游艇和节能建筑领域当中。
聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）结构泡沫材料是一种热塑性泡沫，生产过程中废料和回收料用于再发泡，具有环保特点；部分结晶塑料，耐温耐化学溶剂，同时离火自熄，燃烧时无有毒气体放出，机械性能好。缺点在于结晶度高时泡沫显脆性，切磨加工时过热泡沫会融化，密度较高。具有在风力发电、轨道交通、游艇和节能建筑等领域应用的潜质。
传统的结构泡沫聚甲基丙烯酰亚胺（PMI）结构泡沫材料是一种高性能泡沫芯材，具有优异的力学性能，比强度、比模量均高于PU和PVC，耐化学腐蚀性能优异，与其他树脂的相容性好，机械加工容易，热成形容易，良好的防火性能。缺点在于价格偏高，全球产量偏小。在航空航天、医疗设备、通讯设备领域中应用。
苯乙烯-丙烯腈共聚物（SAN）结构泡沫材料是无色透明的热塑性树脂，具有耐高温性、出色的光泽度和耐化学介质性，密度分布均匀，还有优良的硬度、刚性、尺寸稳定性和较高的承载能力。缺点在于在生产过程中产生大量废料，回收料不可用熔融法再生，高温加工有气体放出，耐苯乙烯侵蚀差，同时生产过程中该产品的环境成本高。SAN在商业市场上有广泛的用途。
结构泡沫材料的需求
目前市场上主要应用的结构泡沫材料有 PVC 泡沫、PET 泡沫和 PMI 泡沫。其中 PVC 泡沫由于具备性能优越、价格适中的优点，是目前应用最广泛的一种泡沫材料。
结构泡沫材料广泛应用于风电叶片、船舶游艇、轨道交通车辆、航空航天等应用领域。相关行业发展情况如下：
（1）风电叶片领域
结构泡沫芯材是风电叶片的关键材料，通常应用在叶片的前缘、后缘以及腹板等重要部件，普遍采用夹层结构来增加结构刚性，防止局部失稳，提高整个叶片的力学性能和载荷能力，增强叶片的稳定性和耐疲劳性，并同时减轻叶片重量。目前风电叶片最常用的芯材是 PVC 结构泡沫和 Balsa 木，其中 PVC 结构泡沫主要用在腹板、叶片壳体，包括蒙皮、大梁以及大梁两侧；Balsa 木主要用于叶根部位。
此外，近年来 PET 结构泡沫在叶片领域开始得到应用。PET 结构泡沫的密度高于 PVC 结构泡沫但低于 Balsa 木，具有良好的耐热性和力学性能；同时理论上其可以 100%循环利用，减少废弃物数量且再生成本较低，有助于降低叶片生产成本。
资料来源：公开资料整理
根据 GWEC 于 2021 年 3 月下旬发布的《Global Wind Report 2021》数据，2020 全球风电取得历史性突破，新增装机容量高达 93GW，同比增长 53%；累计装机容量达到 743GW，同比增长 14%。其中，陆上风电新增装机容量为86.9GW，创历史新高。
中国是全球风电装机容量第一大国，根据 CWEA 近年来《中国风电吊装容量统计简报》统计数据，2019 年度全国（除港、澳、台地区外）新增装机10,916 台，新增装机容量 26.79GW，同比增长 26.7%；累计装机 13.5 万多台，装机容量约 236.32GW，同比增长 12.8%。2020 年度全国（除港、澳、台地区外）新增装机 20,401 台，容量 54.43GW，同比增长 105.1%；累计装机超 15 万台，容量超 290GW，同比增长 23%。
全球及国内风电产业呈现出的高增长前景，将带动各方对风电行业的资本投入。风电产能规模快速的扩张使全球市场对风电设备需求保持旺盛，带动了全球领域对风电叶片及芯材需求总量的持续升高。根据 GWEC 预测，截至到2026 年的未来五年全球将新增风电装机容量 556.9GW，每年平均新增装机容量111GW 以上。
中国作为风电产业最大的市场，占全球风电市场份额的 40%左右。自 2020年 9 月以来，中国政府高层多次在重要讲话及署名文章中明确提出中国的碳减排目标。在 2020 年 12 月 12 日的巴黎气候峰会上，习近平主席再次强调 2030年中国单位 GDP 的碳排放量比 2005 年下降 65%以上，风电光伏装机容量达1,200GW 以上，并且首次将 2030 年非化石能源占比目标提升到 25%。而 2020年底中国风电及光伏合计装机容量 534GW，预期未来 10 年风电及光伏发电的年均装机量平均每年不低于 70GW。
“十四五”期间，根据 GWEC 保守预测，我国 2025 年陆上风电新增装机容量将达到 45GW，2021-2025 年 CAGR 达到 10.67%。
总体而言，为完成 2030 年碳排放峰值，2060 年碳中和目标，国内的新能源新增装机容量在“十四五”期间，将较“十三五”期间明显提升。在“十四五”期间国内市场新增装机快速增长的情况下，预期风电产业链均会在需求推动下继续保持高速发展态势。
根据开源证券研究报告数据显示，风电叶片的成本占风电机组总成本比重达到 20%-30%，其设计及选材决定了风机的发电性能与功率。近年来中国以及全球风力发电市场的持续快速增长，风力发电机装机量节节攀升，为风电叶片及芯材市场提供了庞大的成长空间。
2）轨道交通车辆
结构泡沫材料是一种闭孔泡沫，具有较好的强度重量比、耐疲劳性能、防火性能，加工中具有较好的抗压缩蠕变性能。上述出色的综合性能使其在轨道交通车辆中主要应用于结构底板、车顶、侧板、车尾部。对芯材的有效利用能够降低交通工具的能耗、提升载荷能力，并能一定程度上提升载具的隔音、保温等性能。
近年来，我国铁路行业发展迅速。根据中长期铁路发展规划、城际铁路设计规划等政策文件，未来我国轨道交通车辆市场发展前景较好，增长潜力巨大。在保证车体强度的情况下做到轻量化的优化设计是车辆发展的要求，根据现有资料显示，单个动车组车厢需要结构泡沫材料约 0.2 吨，一组列车组约需要 1.6 吨，动车组列车对结构泡沫材料的年需求量将达到 400-480 吨。
3）航空航天
由于结构泡沫材料具备高力学性能和耐疲劳性能，制作成夹层结构能够在飞机中的桨叶、中央翼、外翼、垂尾、平尾、机身地板梁和后承压框等部件得到应用。整体结构一体化程度高，安装较为简单，能够缩短总装时间，而且可使飞机结构减重，结构设计成本降低。同时，在疲劳和恶劣的环境下使用，不会降低剩余强度。
目前结构泡沫芯材在无人机、支线飞机上成熟应用，正逐步向军机和大飞机上发展。随着国内大飞机项目上马，航空工业对硬质泡沫芯材的需求将保持增长。
4）节能建筑领域对结构泡沫材料需求：我国每年竣工的建筑幕墙面积为7500 万平方米，使用蜂窝铝板和普通铝塑复合板面积为2250万平方米，结构泡沫材料的成本和保温性能远优于蜂窝铝板，且导热系数仅有蜂窝铝板的4.27%。预计每年该领域对结构泡沫材料的需求量在6000吨左右。
综上，随着国民经济快速发展、城市化进展稳步推进，风电、船舶游艇、轨道交通、航空航天等多个经济领域较快发展，将进一步增加市场对结构泡沫材料的需求。
行业发展趋势
近年来，由于政策、环境、技术、产品及经济效益驱使等多种宏观和微观因素的综合作用，风电、轨道交通、铁路等产业得到大力发展，尤其是风电行业的持续高速增长带动国内结构泡沫材料市场高速发展。
（1）风机大型化发展对芯材核心指标提出更高要求
目前风电行业风机单机容量大型化的趋势确定，单机容量大型化将有效提高风能资源利用效率、提升风电项目投资开发运营的整体经济性、提高土地/海域利用效率、降低度电成本、提高投资回报、利于大规模项目开发。
随着风电机组往更大功率方向发展，风轮直径更大，叶片长度更长的产品更受市场欢迎。大尺寸叶片的制造需要解决叶片质量增加而带来的气动弹性耦合的问题，同时叶片长度的增长使其重量增加，从而导致气动效率降低，进而影响发电量。因此，需兼顾叶片的大型化和轻薄化，目前市面主流风机厂商广泛采用 PVC、PET 泡沫材料来减轻叶片重量。
另外，风电叶片大型化发展的同时，对芯材重量、密度、力学性能等核心指标提出了更高的要求。由于在叶片制造过程中需要使用密度远高于芯材的树脂胶，因此控制芯材吸胶量是降低叶片重量的有效途径。
（2）低成本化发展
2021 年度，受“补贴退坡”及“平价上网”等政策影响，风电招标价格出现明显下滑，风电全产业链“降本增效”的需求日益增强。因此风电叶片大型化发展的同时，兼顾整个产业链的成本降低，叶片设计会朝着模块化的趋势发展，在未来产品开发储备上必然要从高性能及低成本角度来考量。
（3）低碳环保化发展
国家发改委发布的《国家“十四五”循环经济发展规划》要求健全产品绿色设计政策机制，引导企业在生产过程中使用无毒无害、低毒低害、低（无）挥发性有机物含量等环境友好型材料。高分子复合材料制品需要从原材料、配方、加工工艺及工程、应用等方面都必须考虑对环境的影响。未来结构泡沫材料的生产边角废料再利用及结构泡沫材料的整体回收再利用都需要面临实现环保化发展的需求。
行业发展面临的机遇与挑战
1、行业发展面临的机遇
（1）国家产业政策的大力支持
材料行业作为高新技术的基础和先导，应用范围极其广泛，它同信息技术、生物技术一起成为二十一世纪最重要和最具发展潜力的领域。为推动材料产业发展，近年来国家陆续出台的《新材料产业发展指南》《重点新材料首批次应用示范指导目录（2019 年版）》等政策指导性文件，鼓励创新、自主创新成果转化与知识产权保护，以促进材料，尤其是高分子结构泡沫材料领域生产企业高效、绿色、可持续发展，提升行业整体竞争力。
（2）下游行业发展态势良好
结构泡沫材料的下游行业涉及广泛，其中作为风电叶片芯材使用是目前的重点应用领域，受到产业政策的支持。
风力发电行业近年来保持良好发展态势，作为未来最具发展潜力的可再生能源技术之一，具有资源丰富、产业基础好、经济竞争力较强、环境影响微小等优势，是最有可能在未来支撑世界经济发展的能源技术之一。世界各主要国家与地区都相继出台了鼓励风电发展的行业政策，包括但不限于产业规划、价格激励、税收优惠、政府补贴等。随着各国政府和产业界对风电行业的持续投入，未来风电行业发展空间广阔，国际国内市场对于风力发电的投资在未来还将持续增长，结构泡沫材料市场将由大量的风电设备需求带动保持强劲且稳定的增长态势。
此外，结构泡沫材料产品亦可应用于包括船舶游艇、轨道车辆、航空航天等领域。随着社会经济的快速发展，上述领域对于对轻量化产品的需求日益增加，以结构泡沫材料为芯材的复合材料提供了重量轻、强度高的低成本解决方案。
目前，我国的轨道交通和航空航天市场蓬勃发展，我国的动车组车辆保有量和城市轨道交通车辆保有量保持高增长的势头，国内航空市场也即将迎来井喷式发展。随着相关设备市场业务总量的持续增长，对生产这些设备所需的芯材的需求也在持续增加。针对高速增长的市场需求，国内厂商通过自主创新及引进先进设备和技术，拓展产品种类、研究提升结构泡沫产品技术工艺水平，有利于带动整个高性能结构泡沫材料行业结构的升级。
2、行业发展面临的挑战
（1）行业整体水平与国际复合材料巨头存在差距
与国际大型结构芯材及复合材料企业相比，我国结构泡沫材料行业公司在资金实力、人才储备及国际市场影响力方面等依然存在一定的差距。若未来缺乏足够的发展资金，对研发、设备等投入不足，将面临与行业竞争者差距拉大的巨大挑战。
（2）盈利能力受原材料价格波动影响
原材料价格的波动对公司的盈利具有一定的影响。聚氯乙烯糊树脂、异氰酸酯等基础化工产品，其价格一定程度上受石油等基础原料价格影响，中东地缘政治问题、中美贸易摩擦等都会直接影响国际原油价格走势，进而影响到上游树脂等石油化工产品价格。因此，国际油价的大幅波动将在一定程度加大行业生产企业成本控制和库存控制的难度。
文章来源：宽客吧
FOAM EXPO China团队编辑整理
