2021年中国复合材料行业发展情况简报
2021年是“十四五”开局之年，也是新冠疫情爆发的第二年，在复杂严峻的国内外形势下，我国国民经济持续恢复，发展水平再上新台阶。中国复合材料在后疫情时代积极复工复产，提升技术水平和产品质量，在风电、交通运输、体育休闲等领域需求的拉动下，持续高速发展。同时，我国复合材料产业也积极响应国家号召进行产业结构调整，高性能复合材料应用取得可喜成绩，复合材料产品附加值不断提升，复合材料行业持续稳固发展。
01 复合材料市场
中国复合材料工业协会统计2021年我国高性能纤维复合材料市场数据得出，我国复合材料高附加值应用市场国内占比仅25.9%，而国外发达国家尤其美国高端应用市场规模占比保守估计达到37.7%左右。相比全球复材产业发达区域尤其东欧、北美而言，我们还是有一定差距。我国复材在高端应用领域渗透率不够，我国高性能复合材料技术装备和应用市场都有待进一步开发和升级。这里说明下，此报告中表述的中国市场未包含台湾地区。
图1 2021年中国各类复材市场规模占比示意图
中国复合材料工业协会计算估测，2021年我国复合材料总产量大约在600万吨，较去年增长11.1%。其中，玻纤复合材料578万吨，高性能复合材料产量在22万吨左右（这里主要指碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维、芳纶纤维复合材料及陶瓷基复合材料等），玻纤复材占比96.3%。AVK发布的最新全球报告显示，除中国地区外（不包含台湾），2021年其余区域复合材料市场规模大致在850万吨，结合中国600万吨的产量，全球复合材料产量大致在1450万吨左右，我国复合材料占比全球产量41.4%。根据协会每年的相关统计，我们可以看到近十年我国复材产量在全球范围内的变化走势。我国复合材料体量巨大，在全球占比逐年提升，预计未来此趋势仍会继续保持。
(1）玻纤复合材料市场
1978年，我国玻纤复材制品0.6万吨。2005年我国玻纤增强复合材料制品总产量突破100万吨。2010年我国复合材料产量位居全球第一，其中玻纤复合材料产量达到329万吨，全球复材总产量1012万吨左右，国际市场占比32.5%。近几年，我国玻纤复合材料产量一直处于世界领先地位，2016-2021年我国玻纤复合材料增长率为4.6%，高于欧洲、北美这些复材应用相对饱和的区域（欧洲、北美近几年复合材料产量平均年增长率集中在2-4%，2020年疫情后增长率跌至1%甚至负数）。虽然我国近几年复材产量增长率保持较高水平，但产品附加值较低。
全球玻纤行业集中度高，已形成明显寡头竞争格局。全球玻纤CR5中，我国就占据三席，分别为中国巨石、泰山玻纤和重庆国际，其余为美国OC和日本NEG。五强玻纤企业产能合计占到全球玻纤总产能71%。国内市场，中国三大玻纤企业年产能合计占到国内产能的70%以上。尤其以中国巨石为代表的玻纤龙头老大，产能位居全球第一，在国内与全球产能占比分别达到36%与24%。2021年，全球玻纤产量950万吨，国内玻纤纱总产量达到624万吨。目前我国产能近700万吨，并将新增逾120万吨，国内玻纤产能全球占比在未来几年仍会持续提升。
据中国复合材料工业协会统计，玻纤复材得益于风电、汽车工业的发展，2021年我国玻纤复材达到578万吨，同比增长11%。其中，热固复材达到310万吨，较上年增幅不大，热塑复材达到268万吨，同比增长25%，我国热塑复材可以追溯到1993年，早期由于环境保护意识不强，工艺不完善，我国热塑复材发展相对缓慢。近几年由于碳中和环境保护意识的提升，高性能树脂在性能和产量上的大幅提升，我国热塑复材在玻纤复材中的占比逐年增加，2021年占比达到46.4%。2022年国内疫情反复，原材料价格持续上涨，预计会对复材行业有所影响，2022年增速会出现下滑。
（2）高性能纤维复合材料市场
①碳纤维
据预测，全球碳纤维产值从2019年至2030年间由52亿美元增长至176亿美元，年复合增长率为11.8%。
碳纤维是世界各国发展高新技术、国防尖端技术和改造传统产业的物质基础和技术先导。航空航天、风电叶片、体育休闲和汽车是全球碳纤维最主要的应用领域。
除中国大陆地区以外的美国、欧盟、日本等区域的碳纤维实际产量为94850吨。预计2023年上升至101500吨。预测数据基于目前Zoltek、Hyosung和DowAksa等公司宣布的未来扩产相关数据进行分析。据公开数据显示，2021年全球碳纤维生产商中日本三巨头产能占据全球50%的份额，其中日本东丽产能5.5万吨，日本三菱1.6万吨，日本帝人1.4万吨。美国Hexcel和德国SGL产能分别为1.6和1.3万吨。
2021年中国碳纤维用量预计在6.2万吨左右，对比2020年的需求量，同比增长27.7%。其中，进口量为3.3万吨，国产碳纤维供应量为2.9万吨，总体市场供不应求。2021年中国碳纤维产能达到5.3万吨，预计2022年达到7万吨。虽然目前中国碳纤维产能占比全球近三分之一，但我们的产能利用率不高。据统计，国内碳纤维企业产能利用率不足55%，而日本欧美等国企业产能利用率可达70%以上。虽然我国碳纤维在产能利用、碳纤维工艺制备技术、产品结构上与发达国家存在差距，但我国还是涌现出一批具有代表性立足国内市场的优秀碳纤维企业，比如浙江宝旌、中复神鹰、江苏恒神、光威复材等。
表1 2021年全球碳纤维产量及2023年预测
随着疫情影响减弱，下游需求空间全面扩大，行业空间前景广阔，2021年下半年随着航空业的复苏，碳纤维用航空航天领域开始回暖。
据中国复合材料工业协会统计，2021年我国碳纤维复合材料产量在8.3万吨左右（未包含光伏领域用量）。目前我国碳纤维复合材料应用领域目前集中在风电叶片、体育休闲。而风电、航空航天和压力容器等应用市场在我国还有进一步开拓的空间。目前风电市场已占到碳纤维应用36%，已成为碳纤维民用市场最大领域。由于近几年玻纤尤其高模玻纤供不应求，叶片厂商采购及议价困难，碳纤维风电板块有市场有需求，为打通上下游，大量风电相关企业投资碳纤维，导致未来大型叶片尤其100米以上叶片主梁转向碳纤维规模化使用。随着我国风电叶片海上、大型化发展趋势以及国家对氢能电车的大力扶持，碳纤维复合材料的需求将持续放大，预计增长速率还会继续维持20%以上。
②芳纶纤维
据Markets and Markets 机构预测，2021 年芳纶纤维市场规模预计为39 亿美元，到 2026 年将达到 63 亿美元，2021年至 2026 年的复合年增长率为 9.7%。
欧洲是芳纶纤维的最大市场。石油和天然气、建筑、铝和钢铁等行业的严格安全法规正在推动对防护服的需求，也进一步推动了欧洲芳纶纤维市场的发展。此外，高端汽车以及其他工业领域也有需求，这也促进了该地区不断增长的芳纶纤维市场。由于亚太地区的生产成本低于其他地区，因此在芳纶纤维市场运营的大多数主要参与者都在亚太地区拥有生产能力。芳纶纤维的需求正在增长，尤其是在北美和亚太地区。因此，与其他地区相比，这些地区的市场有望实现更高的增长。我国对位芳纶未来5年市场需求增长率将保持在10%左右，到2025年需求量将达到2万吨，算上间位芳纶，预计2025年我国芳纶需求将达到3.5万吨。
目前全球芳纶技术与产能主要集中在美国、日本和欧洲。杜邦是全球绝对龙头企业，合计产能占全球50%左右，日本帝人排在第名第二。目前中国产能占比不足，仅占20%左右。且我国产品形态来看都是低端的工业过滤材料，急需向高端发展。虽然我国芳纶不论产能与高端研发均与发达国家有较大差距，且高端产品仍需进口，但随着我国对芳纶纤维的重视和投入，部分国产厂商在芳纶纤维市场也有一席之地。如泰和新材已实现了芳纶纤维的商业化生产，在国内芳纶纤维的产业化中走在前列。
③玄武岩纤维
玄武岩纤维是玻璃纤维的有力竞争者，具有优秀的强度、耐热和隔音性能，其性能介于高强度S玻璃纤维和无碱E玻璃纤维之间。与碳纤维、芳纶纤维、高分子量聚乙烯纤维同为高性能纤维。玄武岩纤维不仅性能优异，生产过程较玻纤更加环保，原材料来源更便捷，也越来越受到大众的关注。从应用领域来看，玄武岩纤维广泛应用于消防、环保、航空航天、军工、汽车船舶制造、工程塑料以及建筑等领域。我国玄武岩产业发展较快，据统计，我国玄武岩纤维相关厂家逾70多家。
从2020年开始，我国连续玄武岩纤维产量就占了全球近一半。2021年我国玄武岩纤维产量2.5-3万吨，进口0.1万吨，出口0.59万吨，实际消费量达到2.5万吨左右。随着中国基建需求的扩大以及全民安防意识提高，玄武岩纤维在复合建筑材料、隔热防护等领域将会迎来发展机遇。
02 行业发展与建议
我国玻纤复材领域市场继续发挥着传统优势，实现高增长。高性能纤维应用领域也在不断拓展，市场前景广阔。但我们也要意识到自身的不足，面对市场不能盲目乐观，尤其是复合材料高端市场领域，我国几乎没有优势。只有意识到与国际先进企业的差距，弥足技术差距，才能进一步拓展我国的市场领域层级，实现产业的真正升级。
（1）生物医疗复合材料
2022年Emergen Research发布最新市场报告称物复合材料具有非常广阔的发展前景，2021年生物复合材料市场规模为244亿美元，未来十年市场将以15.7%的年复合增长率持续增长。而医疗保健行业对生物复合材料需求的提升是整个生物复材市场增长的主要因素。
而这生物医疗复材领域里，需求最广的就是骨组织工程学中的应用。这里面既有碳纤维植入物的使用，也包括新兴生物材料比如亚麻和生物基树脂制备的生物材料等。这也都是复材领域的前沿科技。而我国在这方面与国外的差距较为明显，这也是值得我们潜心研究的领域。说到高端医疗设备里复材的应用，我国目前也并不是完全受制于人。东华大学研发的热塑性复材中空纤维管用于医疗微创介入，目前取得比较好的进展和推广应用。据称，目前国产化的纤维增强中空纤维管已做到规模化制造，可年产10万件，做到强韧性、径向抗爆，并耐高压的高性能。下一步，该团队还要实现EMCO中空纤维膜国产化，为我国复材在医疗领域的应用开疆辟地。
（2）热塑复材
热塑性复合材料由于其环保优势突出，这几年发展前景越来越好。据预测，全球热塑复合材料市场将由2019年的280亿美元增长至2024年360亿美元。年增长复合率为5.2%。由于不断增长的市场需求，预计亚太地区将成为全球热塑性改性塑料的最大市场。预测亚洲增长点集中在（中国、印度和日本）的汽车，电气和电子以及消费品等终端产业的增长。预计将在未来5年内推动对热塑性复合材料的需求。
受惠于绿色经济发展，包括工程塑料、长纤维增强热塑性复合材料、连续纤维增强热塑性复合材料在内的各类热塑性复合材料在汽车轻量化、家电、建筑等领域的应用越来越广泛，产量有望继续保持高速增长。除此之外，在高端医疗、轨道交通、轮船、航空、体育休闲领域其渗透率也将越来越广，也是热塑复材未来的一个潜在增长点。比如高端医疗设备里，中空纤维管用于微创介入；大飞机上高性能热塑复材CF/PEEK或者CF/PPS快速冲压成型板材的自动成型技术应用；热塑复材预埋注塑等技术应用于轮船、轨道交通内饰件及座椅骨架等。
（3）3D打印
复合材料3D打印技术终端市场被认为是航空航天、汽车工业以及国防领域。尤其是航空航天领域，很多高机械能要求的部件可通过3D技术实现。而这里指的复合材料不仅包含玻纤热塑复材，还包括填充碳纤维或芳纶纤维的热塑复材。针对未来市场，相关机构预测汽车行业有望在复合材料3D打印机上进行大量投资，以实现更安全、性能更优异的部件批量生产。
我国2021年9月由中国航天科工集团实现某飞行器3D打印制造，也说明中国3D打印技术已在航空航天领域有突破性进展，3D打印技术在前沿科技里也越来越受到关注。
此外，船舶行业也正经历着3D打印技术带来的变革。国外Moi复合材料公司开发了一种先进3D技术，生产电力增量制造船。这种3D打印的动力艇由连续玻璃纤维增强热固性复合材料制成，长6.5米，没有船体甲板划分，呈现传统复合材料制造方法无法实现的凹凸形状。船艇产业也已采取措施提高其可持续性。
（4）热固回收
据GWEC数据统计显示，2021年全球风电累计装机量达到837GW，同比2020年增长12.8%。虽然风能近几年增长态势强劲，我们也要看到其背后的问题——叶片回收处理。风机叶片多采用玻纤复合材料制成，如果不经过新的工艺处理，自然降解难度大、周期长、占地广。目前，我国每年的叶片平均处理量在1000-2000吨之间，多采用填埋和焚烧的传统处理方式，不符合环保要求和固废资源化利用的大势。
2000年以后我国风电产业发展迅速，已成为全球最大风电场。而作为风电核心的设备—风电叶片的设计寿命通常为20-25年，这意味着2025年前后，我国风电叶片将迎来第一批退役潮。据中国复合材料工业协会统计，中国2020-2025年间，将会产生近11万吨退役叶片及约0.3万吨退役机舱罩与轮毂，结合生产过程中的余料废料，保守估计约15万吨叶片相关复合材料需要处理。再看看全球，2020-2025年间，预计全球将会产生约49万吨退役叶片以及13.5万吨退役机舱罩与轮毂，结合生产过程中的余料废料，估计约69万吨叶片相关复合材料需要处理。我们再把时间延后5年，2020-2030年间，中国累计将会产生近90万吨废旧叶片需要处理，全球将累计产生约303万吨废旧叶片。这么庞大的体量，依照目前热固的处理模式，掩埋和焚烧已经不太可行。退役潮将至，如何实现退役风机叶片大规模的回收和资源化、无害化处置已迫在眉睫。
（5）碳中和
当前，在应对全球气候变化、促进经济可持续发展的战略背景下，碳中和、碳达峰已纳入我国生态文明建设的整体布局。随着“十四五”开局重点规划、国家地方政策体系相继构建、全球最大碳市场启动，“双碳”产业迎来千载难逢的历史性发展机遇。习近平总书记提出：“实现系统性变革，要把碳达峰、碳中和纳入生态文明建设整体布局，拿出抓铁有痕的劲头，如期实现2030年前碳达峰、2060年前碳中和目标。”
相比高能耗钢铁、建筑行业而言，复合材料行业的能耗相对降低，属于非能耗双控的重点行业。作为新型工业材料的复合材料应积极响应国家政策，主动推动行业“零碳”行动计划，按要求实现内部“零碳”目标。在当前国内国外“双碳”大环境下，复合材料应该抓住机遇，大力推进行业内供给侧结构和产业结构调整，淘汰落后产能，落后工艺和设备，优化工艺流程，推进复合材料行业的精益及智能制造，构建可持续循环经济产业链。以推进“零排放”目标实现。
这其中，最重要的关键点就是行业装备结构轻量化。减重、减少能量消耗、减少二氧化碳排放应成为装备设计与应用的重要出发点。例如，我国汽车年产量约为2200万辆，占世界汽车产量的1/3，汽车拥有量约为2.7亿辆。若每辆车减重100kg，则行驶30万km能减少二氧化碳排放3-5t，减排数量非常可观。再来看飞机，波音787客运飞机减重20%，能够使二氧化碳排放减少2700t/年。由此可见，装备重量变轻对节能减排十分重要。除了汽车运输、航空航天领域外，风能、氢能、轨道交通、海洋装备等都需要提升技术和装备自动化，以提升行业整体水平，促进产业升级，实现“碳中和”。
03 结语
受疫情和区域经济影响，对整个复合材料行业冲击较为明显，尤其是我国中低端大量中小微复合材料企业因创新力不足、市场需求减弱、恶性竞争激化等问题更加突出。但受中国智能制造、碳中和、新农村建设等时代趋势的引领和推动，作为新型战略材料的复合材料在高端市场发力也更为明显，整个行业仍处于健康持续的增长态势，行业发展前景看好。
来源：中国复材工业协会