2022年復(fù)合材料狀態(tài)報告

隨著新冠疫情進(jìn)入第三年，供應(yīng)鏈問題仍持續(xù)存在，復(fù)合材料行業(yè)將面臨什么樣的挑戰(zhàn)和機(jī)遇？

新年伊始，新冠病毒奧密克戎變種導(dǎo)致病例激增，商業(yè)領(lǐng)域彌漫著似曾相識的感覺。但經(jīng)濟(jì)學(xué)家表示，2022年有理由保持樂觀。彭博新聞社（Bloomberg News）在其年度報告中總結(jié)了數(shù)十項投資展望的關(guān)鍵觀點，預(yù)測全球經(jīng)濟(jì)今年將增長4.5%。

《復(fù)合材料制造》雜志采訪了4位顧問，聚焦復(fù)合材料行業(yè)的3個關(guān)鍵細(xì)分市場，對玻璃纖維和碳纖維進(jìn)行了預(yù)測分析。

汽車市場

Industrial Market董事長：Marc Benevento

汽車領(lǐng)域在去年的發(fā)展讓人印象深刻，原本汽車生產(chǎn)有強(qiáng)勁復(fù)蘇的跡象，而令人失望的是隨之而來的供應(yīng)鏈中斷抑制了同比增長。但汽車行業(yè)的供應(yīng)商將迎來更光明的日子，因為產(chǎn)量預(yù)計將在未來24個月恢復(fù)到疫情大流行前的水平。此外，電動汽車的持續(xù)發(fā)展將有利于復(fù)合材料在汽車工業(yè)中的應(yīng)用。

2021年，全球輕型汽車復(fù)合材料市場規(guī)模為37億磅，遠(yuǎn)低于幾年前的水平。由于新冠疫情引起停產(chǎn)，2020年全球輕型車產(chǎn)量暴跌16%，需求恢復(fù)的速度快于緊張的供應(yīng)鏈所能支持的速度。在2021年強(qiáng)勁開局之后，全球產(chǎn)量災(zāi)難性的2020年僅增長了區(qū)區(qū)2%，使汽車復(fù)合材料消費量比疫情前的水平低了20%。

盡管過去兩年遇到了困難，對于汽車復(fù)合材料供應(yīng)商來說，更好的時代即將到來。汽車的需求依然強(qiáng)勁，尤其是在北美。預(yù)計供應(yīng)鏈限制將在2022年期間緩解，產(chǎn)量到2023年底或2024年初或?qū)⒒謴?fù)到疫情前的水平。經(jīng)歷了過去兩年風(fēng)暴的供應(yīng)商憧憬未來兩年將呈現(xiàn)一個更加友好的商業(yè)環(huán)境，預(yù)計銷量將以每年8%至10%的速度增長。

除了得益于市場的復(fù)蘇，復(fù)合材料還繼續(xù)以其在成本、重量和性能方面為汽車制造商提供的價值，在汽車應(yīng)用領(lǐng)域大放異彩。電動汽車尤其適用復(fù)合材料，因為其發(fā)動機(jī)罩下溫度低，且目前有一定市場占有率，這將擴(kuò)大汽車復(fù)合材料制造商的現(xiàn)有市場。

內(nèi)燃機(jī)和排氣系統(tǒng)的淘汰將顯著降低許多汽車零部件的工作溫度要求，為復(fù)合材料創(chuàng)造了新的發(fā)展機(jī)遇。電池蓋和外殼是復(fù)合材料的完美選擇，因為與沖壓金屬組件相比，它們具有高強(qiáng)度重量比、耐腐蝕性、設(shè)計靈活性和零件集成性。選擇合適的樹脂體系或添加膨脹涂層，可以滿足電動汽車部件具有挑戰(zhàn)性的防火新標(biāo)準(zhǔn)。

電動汽車目前的市場地位也有利于復(fù)合材料的增長。由于如今的電池比同等的汽油發(fā)動機(jī)價格更高，電動汽車在市場上占據(jù)了高端地位。汽車的高售價限制了銷量，然而這通常有利于復(fù)合材料。隨著生產(chǎn)量的減少，鋼或鋁沖壓件模具的固定成本占據(jù)了單位零件成本的更大部分，這提高了復(fù)合材料在封閉板和卡車底板等應(yīng)用中的經(jīng)濟(jì)性。這一趨勢將持續(xù)至少五年，此后電池成本預(yù)計將與內(nèi)燃機(jī)相當(dāng)。

這里把2017年設(shè)為基準(zhǔn)年（2017年數(shù)據(jù)記為100），將之后每一年汽車市場和汽車復(fù)合材料市場的數(shù)據(jù)指數(shù)化，以說明汽車復(fù)合材料的增長趨勢，進(jìn)而預(yù)測到2025年的需求。如果復(fù)合材料繼續(xù)如過去十年那樣，以高于汽車市場的增長速度增長，汽車復(fù)合材料的銷量將比輕型汽車產(chǎn)量提前一整年超過基準(zhǔn)年的數(shù)據(jù)。

圖1 2017—2025輕型汽車市場和汽車復(fù)合材料市場預(yù)測

玻璃纖維市場

Lucintel CEO：Dr. Sanjay Mazumdar

距離COVID-19疫情爆發(fā)已經(jīng)2年有余，但疫情對制造業(yè)的影響依然存在。整個供應(yīng)鏈被打亂，玻璃纖維行業(yè)也不例外。由于船運延誤、海運和集裝箱成本增加、中國區(qū)域出口量減少、客戶需求下降等因素，導(dǎo)致北美玻璃纖維、環(huán)氧樹脂和聚酯樹脂等復(fù)合材料的原料短缺。

即使存在供應(yīng)鏈問題，但美國玻璃纖維市場在2021年增長了10.8%，需求量增加到了27億磅，與之相比，2020年為25億磅。2021年建筑、管道和儲罐、電氣電子、風(fēng)能、消費品和船艇應(yīng)用市場顯著增長，而航空航天市場在下降。

美國的玻璃纖維工業(yè)從2021年風(fēng)能行業(yè)的增長中獲益頗多，因為很多風(fēng)電項目為了在年底生產(chǎn)稅抵免（PTC）到期前及時開工，以獲得免稅資格。作為新冠肺炎救援計劃的一部分，美國政府對2021年12月31日開始建設(shè)的風(fēng)電項目的PTC擴(kuò)大到全部信貸總額的60%。Lucintel估計，美國風(fēng)能市場在2020年實現(xiàn)兩位數(shù)增長后，2021年增長8%。

由于疫情期間消費者尋求安全、遠(yuǎn)離社交的戶外休閑活動，船艇市場也有所增長，估計2021年美國船用玻璃纖維市場增長18%。

從玻璃纖維行業(yè)的供需情況來看，由于終端應(yīng)用領(lǐng)域的玻璃纖維消費量的增長，2021年的產(chǎn)能利用率從2020年的85%上升到91%。2021年全球玻璃纖維產(chǎn)能為129億磅（5851440噸）。Lucintel預(yù)計，2022年玻璃纖維工廠產(chǎn)能利用率將達(dá)到95%。

在未來的15到20年，玻璃纖維行業(yè)將有實質(zhì)性的創(chuàng)新，特別是在與碳纖維等其他高性能纖維競爭的高強(qiáng)度、高模量玻璃纖維方面。輕量化和減少碳排放將成為引領(lǐng)未來創(chuàng)新的兩大市場驅(qū)動力。

例如，得益于海上風(fēng)力渦輪機(jī)數(shù)量的不斷增加，舊渦輪機(jī)的重新發(fā)電，以及在接收高速風(fēng)的位置安裝越來越多的高容量渦輪機(jī)，輕量化解決方案在風(fēng)能市場中愈發(fā)重要。在整個風(fēng)電市場上，風(fēng)力渦輪機(jī)的平均尺寸持續(xù)增長，這促進(jìn)了對更大更強(qiáng)葉片的需求，進(jìn)而激發(fā)了對更輕、更強(qiáng)材料的需求。包括歐文斯科寧和中國巨石在內(nèi)的幾家公司已經(jīng)開發(fā)出了高模量玻璃纖維，以滿足市場需求。

玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料是船艇領(lǐng)域的重要部分，新技術(shù)也正在改變這個市場的面貌。Moi復(fù)合材料公司開發(fā)了一種先進(jìn)的3D技術(shù)，生產(chǎn)了MAMBO（電力增量制造船）。這種3D打印的動力艇由連續(xù)玻璃纖維增強(qiáng)熱固性復(fù)合材料制成，長6.5米，沒有船體甲板劃分，呈現(xiàn)傳統(tǒng)復(fù)合材料制造方法無法實現(xiàn)的凹凸形狀。船艇產(chǎn)業(yè)也已采取措施提高可持續(xù)性。RS電動船公司開發(fā)了第一種全電動剛性充氣船（RIB），主要結(jié)構(gòu)部件采用玻璃纖維和回收碳纖維。

總之玻璃纖維在各個行業(yè)的應(yīng)用有望從新冠病毒疫情的有害影響中恢復(fù)。在美國玻纖市場恢復(fù)至疫情之前狀況的過程中，運輸、建筑、管道和儲罐，尤其是船艇市場將發(fā)揮重要作用。綜合來看，美國玻璃纖維市場預(yù)計將在2022年實現(xiàn)強(qiáng)勁增長，并從疫情的影響中完全復(fù)蘇。

圖2 全球玻璃纖維需求和產(chǎn)能

航空航天市場

AeroDynamic Advisory總經(jīng)理：Richard Aboulafia

與所有行業(yè)一樣，飛機(jī)制造業(yè)也受到了2019新型冠狀病毒疫情的打擊。2020年，全球飛機(jī)的交付量從2019年數(shù)量下降了35%，同時航空旅行的需求也下降了66%。自噴氣機(jī)時代開始，該行業(yè)從未見到過這樣的數(shù)字。

然而，有理由保持謹(jǐn)慎樂觀的態(tài)度。根據(jù)初步的年終數(shù)據(jù)顯示，航空航天市場2021年有7.5%的增長率，2022年將會有22%的強(qiáng)勁增長。

去年，軍用物資的交付僅因物流原因而遭到打擊，包括與疫情相關(guān)的工廠關(guān)閉和供應(yīng)鏈中斷。實際需求根本沒有受到影響。最初宣布削減疫情相關(guān)國防預(yù)算的國家（如韓國）取消了這些計劃，并在前一年增加了支出。

國內(nèi)和出口防衛(wèi)需求一直強(qiáng)勁，這既是出于地緣政治原因，也是因為國防支出被視為政府在非常時期支持國家航空航天工業(yè)和國民經(jīng)濟(jì)的一個好辦法。軍事產(chǎn)出將在2022年完全恢復(fù)到疫情前的水平，之后還會有進(jìn)一步的強(qiáng)勁增長。

商用飛機(jī)的使用率也迅速回升，最近已超過2019年的峰值水平。這是因為需求背后的三大驅(qū)動力——企業(yè)利潤、股市和油價都處于非常高的水平，再加上人們對避免航空運輸?shù)姆?wù)削減和高負(fù)荷因素的強(qiáng)烈興趣。飛機(jī)的交付數(shù)量也在相應(yīng)地恢復(fù)，明年將恢復(fù)到2019年的峰值水平（以單位計）。

圖3 世界飛機(jī)交付價值

噴氣式飛機(jī)通常占整個行業(yè)總產(chǎn)量的60%左右，總體狀況良好。預(yù)計空中交通將在2023年初恢復(fù)到2019年的高峰。燃油價格從創(chuàng)紀(jì)錄的低點回升到每桶80美元的高位，而噴氣式飛機(jī)的融資成本仍然很低。燃料成本與資本成本之比是僅次于航空運輸?shù)膰姎馐斤w機(jī)市場健康狀況的重要決定因素。當(dāng)昂貴的燃料刺激人們更換舊飛機(jī)，并且購買新飛機(jī)有廉價的可用資金時，市場表現(xiàn)最好?，F(xiàn)在看來這個比例非常好。

最大的行業(yè)板塊是單通道噴氣式客機(jī)，其2021的交付量增加了40%以上，2022年還將增加40個百分點，這在很大程度上是由于北美和中國強(qiáng)勁市場的復(fù)蘇。此外，波音737 MAX的恢復(fù)生產(chǎn)和交付也帶來影響，除了已經(jīng)生產(chǎn)的MAXs飛機(jī)，波音737 MAX的目標(biāo)是明年每月新增31架飛機(jī)。

與此同時，空客的目標(biāo)是創(chuàng)造單通道飛機(jī)交付量的記錄。A320聯(lián)合產(chǎn)量在疫情期間每月削減到40架，但制造商在2021年11月交付了58架。其目標(biāo)是在2023年年中達(dá)到每月64架，在接下來的幾年里可能達(dá)到每月70 至75架。

雙通道噴氣式飛機(jī)是積極看法的唯一例外。在新冠疫情爆發(fā)前就存在著寬機(jī)身飛機(jī)產(chǎn)能過剩問題。且疫情爆發(fā)后，國際空中交通量受到的疫情打擊最嚴(yán)重，恢復(fù)時間也最長。與此同時，新冠疫情加速了單通道飛機(jī)的發(fā)展，特別是國際航線用的空客A321neo。

在復(fù)蘇預(yù)測中的部分飛機(jī)不涉及新的制造業(yè)。今年將看到有已經(jīng)造好的數(shù)十架787和數(shù)百架737 MAX交付，因此供應(yīng)商不會從中受益很多。通貨膨脹也可能影響供應(yīng)商的盈利能力。如果通貨膨脹持續(xù)下去，利率將上升，影響飛機(jī)融資。如果奧密克戎變種或另一種新冠病毒變種導(dǎo)致停飛、邊境關(guān)閉和航空交通再次下滑，一些航空公司和供應(yīng)商可能無法承受再一場重大危機(jī)。

但截至本文撰寫前，新冠疫情造成的航空業(yè)低迷期似乎比最初擔(dān)心的時間更短，更具有行業(yè)特異性。在跌下懸崖之后，這個行業(yè)正在急劇上升。

碳纖維市場

Lucintel CEO：Sanjay Mazumdar博士

圖4 碳纖維應(yīng)用市場分布

多年來，碳纖維取得了長足的進(jìn)步，影響了航空航天、汽車和體育用品等市場。由于碳纖維具有高抗拉強(qiáng)度、高剛度、低密度和高耐化學(xué)性等特點優(yōu)勢，因此廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。2010年至2019年間，碳纖維行業(yè)不斷增長，需求也在不斷增加，從2010年的0.82億磅增加到2019年的1.92億磅 （26億美元）。

2020年，新冠肺炎爆發(fā)，造成了前所未有的破壞，碳纖維產(chǎn)業(yè)整體下降9.7%。2021年初，碳纖維行業(yè)表現(xiàn)良好，出現(xiàn)積極發(fā)展的跡象。然而，由于供應(yīng)鏈問題以及航空航天和汽車行業(yè)的需求下降，到2021年底，碳纖維總需求僅增長了4.4%。去年，風(fēng)力渦輪機(jī)安裝量的增加和高級運動器材需求的增加是碳纖維行業(yè)的關(guān)鍵驅(qū)動因素。

航空航天作為碳纖維的主要終端應(yīng)用市場之一，在2020年和2021年受到嚴(yán)重影響。疫情爆發(fā)前，空客A350和波音787夢幻客機(jī)分別以每月12架和14架的速度建造。然而，由于旅行禁令和其他與新冠肺炎有關(guān)的危機(jī)，這些飛機(jī)的產(chǎn)量在2021年降至每月2架至3架。因此，在2020年大幅下降46%之后，2021年航空航天用碳纖維需求下降了33%。

Lucintel預(yù)測，由于2022年航空航天市場復(fù)蘇緩慢、風(fēng)電市場增速放緩，2022年全球碳纖維需求將增長約2.6%，而2020年和2021年碳纖維增強(qiáng)聚合物需求增長了兩位數(shù)。然而，新的機(jī)遇層出不窮。Lucintel認(rèn)為碳纖維在城市空中交通、儲氫和燃料電池3個領(lǐng)域具有巨大的發(fā)展前景。相關(guān)技術(shù)和應(yīng)用還處于起步階段，但未來有巨大的增長潛力。

城市空中交通（UAM）/空中出租車：源于城市人口的增加將導(dǎo)致道路擁堵，需要有競爭力的交通方式以減少交通問題和節(jié)省旅程時間。電動垂直起降（eVTOL）汽車或空中出租車是一種未來的運輸模式，其結(jié)構(gòu)和內(nèi)部部件將依賴于碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。

儲氫用壓力容器：對脫碳的更多重視推動了對氫基燃料的需求。儲氫罐用于運輸（汽車、卡車、鐵路、航空航天等）、配送（移動管道）以及加氫站。壓力容器（IV型）儲氫技術(shù)在汽車和航空航天領(lǐng)域得到越來越多的應(yīng)用，碳纖維復(fù)合材料成為制造Ⅳ型和Ⅴ型壓力容器的理想材料。然而，碳纖維的高成本在應(yīng)用中是一個挑戰(zhàn)，特別是在氫罐需求快速增長的情況下。

燃料電池：發(fā)展中國家對便攜式設(shè)備的需求和氫燃料電池汽車的興趣日益增加，推動了燃料電池的需求發(fā)展。碳纖維復(fù)合材料被用于燃料電池堆的關(guān)鍵部件，如雙極板和氣體擴(kuò)散層等主要部件正使用CFRP制造，這不僅減輕了系統(tǒng)的重量和零件數(shù)量，而且提高了部件的機(jī)械強(qiáng)度和耐腐蝕性。

由于終端市場需要材料的高強(qiáng)度和剛度特性，以上提到的以及其他新興的應(yīng)用將繼續(xù)推動碳纖維的增長。

建筑/基礎(chǔ)設(shè)施市場

美國通用承包商協(xié)會首席經(jīng)濟(jì)學(xué)家：Ken Simonson

建筑專業(yè)人士和供應(yīng)商有理由對2022年的前景持樂觀態(tài)度，但預(yù)期他們在前進(jìn)的道路上有許多障礙需要克服。樂觀的理由在于：最近幾個私人非住宅類項目的復(fù)蘇，有史以來最大的聯(lián)邦基礎(chǔ)設(shè)施融資法案的頒布，以及對單戶和多戶住宅的持續(xù)需求，都將為2022年的增長做出貢獻(xiàn)。

2021年，除了分銷和數(shù)據(jù)中心結(jié)構(gòu)的強(qiáng)勁增長外，大多數(shù)類型的非住宅建設(shè)消費落后于2020年的水平。然而到2021年底，許多生產(chǎn)設(shè)施已經(jīng)動工或已宣布動工，制造業(yè)擴(kuò)張將持續(xù)增加2022年承包商的訂單。盡管會受地區(qū)差異和新冠病毒的影響，但仍可以預(yù)計零售、辦公、酒店和休閑相關(guān)消費將小幅回升。

基礎(chǔ)設(shè)施市場正走向大規(guī)模的擴(kuò)張，但多半在2022年底或2022年以后才會發(fā)生。高速公路消費可能會迅速增加，因為資金將通過既定渠道流動，其中大部分是在現(xiàn)有的分配規(guī)則下。相比之下，對寬帶和電動汽車充電等項目的資助將要求建立申請和選擇項目的程序，一旦選定，項目可能需要更多的時間來訂購、生產(chǎn)材料、組裝和培訓(xùn) 工人。

建筑/基礎(chǔ)設(shè)施行業(yè)必須應(yīng)對三大挑戰(zhàn)：勞動力供應(yīng)、供應(yīng)鏈瓶頸和材料成本。它們在2021年已經(jīng)存在，在2022年帶來的障礙嚴(yán)重程度將因公司而異。

與其他行業(yè)一樣，建筑業(yè)在2021年底出現(xiàn)了史無前例的職位空缺情況。有兩個因素使得職位空缺難以填補(bǔ)。其一，卡耐基梅隆大學(xué)德爾福集團(tuán)正在進(jìn)行的一項關(guān)于新冠病毒疫苗接種率的調(diào)查顯示，來自建筑業(yè)的受訪者的疫苗接種率（截至2021年11月下旬為57%）遠(yuǎn)低于其他職業(yè)（83%），隨著越來越多的業(yè)主要求其場地內(nèi)的所有人員接種疫苗，承包商派出完整、健康和合格的團(tuán)隊可能比2021年面臨更大的困難。

其二，自疫情爆發(fā)以來，建筑業(yè)相對于其他行業(yè)支付的工資溢價大幅下降，而其他一些行業(yè)改善了工作條件，提高了工資。2006年至2019年，手工藝品工人及其他建筑業(yè)“生產(chǎn)和非監(jiān)督員工”每小時的收入平均比所有其他私營部門員工高出20%至23%，這一溢價在2020年和2021年降至不足18%，原因是快餐、倉儲和本地快遞服務(wù)等低工資行業(yè)大幅提高了小時工資并增加獎金。此外，還有一部分原因是一些行業(yè)可以提供靈活的工作時間或工作地點，因此，建筑企業(yè)除非提高工資，否則很可能更難吸引和留住員工。

供應(yīng)鏈問題包括一些材料的完全不可得、極端的生產(chǎn)交貨期和運輸瓶頸。這些問題都影響了2021年的建筑/基礎(chǔ)設(shè)施行業(yè)，許多問題將在2022年繼續(xù)存在。然而，制造業(yè)產(chǎn)能正在逐步上升，部分短缺可能不會再發(fā)生，比如由于極端寒流促使德克薩斯州的樹脂廠關(guān)閉導(dǎo)致大量建筑塑料的短缺。

圖5 2020—2021年建筑市場

材料成本可能會出現(xiàn)波動，但是雙向波動，而不是像2021年上半年那樣全面上漲。在2021年5月至8月達(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄水平后，鋁、銅、鋼鐵和石油產(chǎn)品的期貨或現(xiàn)貨價格大幅下跌，這意味著這些原料的下游材料的價格也將下跌。然而，正如2021年全年木材價格的極端現(xiàn)象，材料價格的下降是不可預(yù)測的，而且可能會突然逆轉(zhuǎn)。

總而言之，承包商在2022年將會非常忙碌。向建筑 / 基礎(chǔ)設(shè)施行業(yè)出售商品和服務(wù)的企業(yè)可以預(yù)期到會有大量的需求。但在預(yù)期日期前，以已知的價格獲得建造項目的公司可能會運氣不佳。