结构泡沫材料行业发展状况及发展趋势
思瀚产业研究院 维赛新材    2024-01-12

1、结构泡沫材料市场概况

（1）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。

2、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。相关行业发展情况如下：

（1）风电叶片领域

1）应用概况

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。

2）市场空间

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）其他应用领域

1）船舶游艇

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。

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。

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。

3、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。

（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。