结构泡沫材料产业发展计划

结构泡沫材料产业发展计划

当前，新一轮科技革命与产业变革蓄势待发，全球新材料产业竞争格局正在发生重大调整。新材料与信息、能源、生物等高技术加速融合，大数据、数字仿真等技术在新材料研发设计中作用不断突出，互联网+、材料基因组计划、增材制造等新技术新模式蓬勃兴起，新材料创新步伐持续加快，国际市场竞争将日趋激烈。未来五年，是国家实施《中国制造2025》、调整产业结构、推动制造业转型升级的关键时期。新一代信息技术、航空航天装备、海洋工程和高技术船舶、节能环保、新能源等领域的发展，为新材料产业提供了广阔的市场空间，也对新材料质量性能、保障能力等提出了更高要求。必须紧紧把握历史机遇，集中力量、加紧部署，进一步健全新材料产业体系，下大力气突破一批关键材料，提升新材料产业保障能力，支撑中国制造实现由大变强的历史跨越。支持新材料企业以市场为导向开展联合重组，形成一批具有较强创新能力和国际影响力的龙头企业。鼓励发展众创、众包、众扶、众筹等新模式，形成一批专优特新的新材料中小企业。推动上下游企业、大中小企业建立以资本为纽带、产学研用紧密结合的产业联盟，集中优势资源加快新材料研发、产业化与应用。鼓励新材料企业建立灵活、规范的企业制度和决策制度，积极开展自主创新和引进消化吸收再创新，形成紧密的上下游关系，实现由专至精、由精至强。加强新材料人才培养与创新团队建设，依托重点企业、联盟、高等学校、职业院校、公共实训基地和公共服务平台，通过开展联合攻关和共同实施重大项目培养一批工学、工程研究生，培育一批产业工人、技术骨干与创新团队。组织开展新材料产业专家院士行、新材料专业技术人才培训、新材料人才国际交流，实施引进新材料领域外国专家项目，优化新材料人才团队成长环境。结构泡沫材料行业周期性、季节性和区域性结构泡沫材料下游应用包括风力发电、船舶游艇、轨道车辆等多领域，通常不具有周期性，但下游风电行业受抢装潮、补贴退坡及平价上网等政策影响，表现出一定的波动性。随着技术的不断发展和创新，结构泡沫材料的用途也越来越广泛，行业周期性主要受国民经济发展以及部分下游行业的景气度影响。结构泡沫材料受货运成本、运输半径的影响均较小，总体来说区域性特征不明显，但不同地区的经济、行业等发展水平存在一定差异，且部分下游应用行业存在一定的产业地区集群特征，也会对结构泡沫材料行业区域销售造成一定的影响。结构泡沫材料行业市场概况（一）结构泡沫材料市场结构泡沫材料是一种闭孔泡沫，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、耐疲劳性能、防火性能，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包括PVC泡沫、PET泡沫、PMI泡沫及其他类别，其中PVC、PET两种结构泡沫材料应用较为广泛。结构泡沫材料因其密度低、强度高，主要作为各种复合材料夹层结构的芯材使用，用来增强刚度、减轻重量。其应用于夹层结构中可以大大增强力学性能，满足了风电叶片、轨道交通车辆、船舶、飞机等应用领域对材料低密度、高强度的要求。与传统的蜂窝板芯材、Balsa木芯材相比，结构泡沫材料更能适应复杂形状的场合，并且可以通过热成型的方法进行加工，而且在同样的固化条件下，综合性能更高。因此截至目前，从价值和数量来看，结构泡沫芯材材料已占据芯材市场的大部分份额。（二）结构泡沫主要下游应用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。1、结构泡沫材料风电叶片领域应用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。根据GWEC于2021年3月下旬发布的《GlobalWindReport2021》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，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、结构泡沫材料船舶游艇领域应用结构泡沫材料目前在游艇、渔船上成熟应用，通常用于船底、舷部、甲板、舱壁及防水壁中，正逐步向舰艇和大型船舶上发展。由于结构泡沫材料是孔隙材料，可以减轻结构重量，降低铺层制作成型的工作量，同时减少了加筋数量，有利于冲击荷载的扩散。近些年中国船舶工业已经发展成为全球的造船中心，特别是船舶工业十三五规划之后，中国船舶工业保持强劲增长势头，预计随着国内船舶游艇工业发展，对结构泡沫芯材的市场需求量也会逐步释放。3、结构泡沫材料轨道交通车辆领域应用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。以上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。4、结构泡沫材料航空航天领域应用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、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。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。结构泡沫材料行业技术水平近几年，国内高性能结构泡沫材料生产企业通过自主创新及引进国外先进的生产设备和生产技术，行业技术水平有了很大的提高，产品性能已经达到国际水平，部分自主生产的产品已经开始逐步替代进口产品，实现国产化。国内结构泡沫材料行业生产企业，坚持科技创造价值的理念，通过持续的自主研发创新，不断构建自身的科技竞争力，在国内市场已经占据重要的市场份额。结构泡沫材料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。（一）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。（二）结构泡沫材料行业低成本化发展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。（三）结构泡沫材料行业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。加快重点新材料初期市场培育研究建立新材料首批次应用保险补偿机制，定期发布重点新材料首批次应用示范指导目录，建设一批新材料生产应用示范平台，组织开展新材料应用示范，加快释放新材料市场需求。研究建立重大工程、重大项目配套材料应用推广机制。加大政策引导力度，建立公共服务平台，开展材料生产企业与设计、应用单位供需对接，支持材料生产企业面向应用需求研发新材料，推动下游行业积极使用新材料。结构泡沫材料行业进入的主要壁垒（一）结构泡沫材料行业技术及人才壁垒结构泡沫材料是一种新型的材料，需要多学科的技术支持。产品研发需要丰富的发泡材料行业经验和风电、航空航天其它相关学科的专业知识。在芯材材料制作与成品加工的生产领域，技术壁垒不仅体现在生产设备，更在于对材料配方技术、制作方法和工艺流程的掌握以及生产和研发人才的储备。同时芯材的应用领域对于产品的性能质量要求较高。在产品的设计和研制阶段，需要进行大量的试验、设计和产品检验（如剪切性能、压缩性能、拉伸性能、耐热性能、尺寸稳定性、耐疲劳性能、与各种材料的兼容性等）。产品研制成功以后，在批量生产过程中，还需要对每一批产品进行严格的质量检测。这一方面要求企业投入较大的资源用于产品试验和检测，另一方面要求企业培养具有多领域知识，具备丰富研发、设计、生产经验的人才以满足各种设计和检测试验要求。（二）结构泡沫材料行业客户认证及市场壁垒目前国内市场对风电叶片芯材的生产本身并未设立资质壁垒，但出于产品质量及安全性考虑，客户会要求供应商提供国际权威机构如DNV-GL认证。只有通过严格的认证满足客户对质量标准和性能的要求，才能成为下游风电叶片及主机厂客户的合格供应商，相关认证流程复杂，认证要求严苛。同时，下游客户为保证其叶片性能和质量的稳定性，在选定合格供应商并长期合作认可后，通常不会轻易更换。因此供应商通过下游客户的认证成为其合格供应商后，就会形成相对稳定的合作关系。同时市场对于品牌的认可也需要长时间的积累与检验，新进入企业只有在技术水平、产品质量和后续服务等方面显著超过原有供应商，才可能打开市场获得客户订单。（三）结构