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市场发展现状:中国结构芯材行业细分产品应用及优势企业竞争格局分析
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市场发展现状:中国结构芯材行业细分产品应用及优势企业竞争格局分析


报告发布方:中金企信国际咨询《2024-2030年结构芯材行业发展现状与投资战略规划可行性报告

 

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1)结构芯材概述:结构芯材(Structural core materials )是在夹层结构复合材料(Sandwich-structured composites)中作为芯材使用的一类材料。夹层结构复合材料是一类特殊形式的复合材料,一般是由较薄且强度高的上、下面板(也叫做蒙皮)与相对较厚并且重量较轻的芯材组成。

采用夹层结构具有质量轻、弯曲刚度与强度大、抗失稳能力强、耐疲劳等优点,使用夹层架构可以显著减轻材料质量并提高性能指标,因此夹层结构复合材料在风力发电、航空航天、船舶、轨道交通、汽车、建筑节能等轻质复合材料领域得到广泛利用。

在夹层结构中通过使用低密度的夹芯材料来增加复合材料的厚度,这样可以在重量增加很少的情况下大幅提升材料刚度。根据这一特点,结构芯材首先需要具有密度低重量轻的特点;其次,为使面板在相互之间具有一定距离的情况下保持稳定,结构夹芯材料还要承受一定的应力。

根据结构芯材的材质不同,可分为蜂窝结构芯材、木质芯材和泡沫结构芯材。不同材质的结构芯材特点如下:

                                

结构芯材具有轻质、比强度高、比刚度高的特点,并且具有良好的减震吸能性能,因而在风电、航空航天、轨道交通、建筑节能等方面具有广阔的应用前景。

2)结构芯材在风电叶片中的应用:随着风电技术的成熟,风力发电机组快速提升,风电叶片呈现大型化、轻量化、智能化发展趋势。降低大型风机叶片的重量,既可以减轻风机及叶片在运行时的压力,避免因叶片晃动而造成的对轴承、电机、塔筒等部件的损伤,提高风力发电经济效益。同时,大型风电叶片对强度和刚度要求越来越高,因此对制造叶片所用材料的重量、强度、刚度和成本优势也提出了更高的要求。

夹层结构是风电叶片的重要组成部分,可以提升叶片的结构刚度和强度,减轻叶片的重量,防止局部失稳,进一步提高整个叶片的抗冲击和抗载荷能力。在叶片的前缘、后缘以及剪切肋等部位,一般都会采用夹层结构。

目前在风电叶片中所使用的结构夹芯材料,主要包括轻木、PVC泡沫、PET泡沫等。夹芯材料的厚度从叶片根部到叶片尖端逐渐减小,强度相对较高的轻木用于承受载荷较大的靠近叶片根部的部位,泡沫芯材用于承载相对较小的靠近叶片顶端的部位。

①轻木芯材:轻木(Balsa,又称巴沙木)是一种木棉科天然木材,原产于南美洲及西印度群岛,分布于西印度群岛、墨西哥南部至秘鲁、厄瓜多尔、玻利维亚等热带国家的低海拔地区,其中厄瓜多尔为最大的轻木来源地。轻木是世界上最轻的商品用材树种,其密度仅为0.1-0.2吨/立方米。轻木因具有密度低、强度高、隔音、隔热等优异性能,被广泛应用于风力发电叶片、航空航天、军工机械、游艇船舶等众多领域。

轻木夹芯是由横断面轻木制作的结构夹芯,产品经过干燥、杀菌拼接切片和表面处理等工序。轻木夹芯材料的密度范围在135-175kg/m³,具有体积形态稳定、质量较轻、材质均匀、易于加工、不易变形、强度适中等诸多优良特性,是一种非常理想的天然夹芯材料。目前,在风电叶片中,轻木主要应用于风机叶片的壳体根部,通常用量每只叶片在4-7立方米左右。风电叶片中,轻木力学性能及设计要求如下:

 

数据整理:中金企信国际咨询

②泡沫芯材:PET泡沫在风电叶片领域的应用,主要用于代替传统的PVC泡沫。目前PVC泡沫在风电叶片领域市场普遍使用型号有60kg/m3、80kg/m3等,其中以60kg/m3最多。PVC泡沫在风力发电中主要应用在风电叶片的腹板以及壳体中。

根据权威认证机构DNV-GL的要求,对泡沫芯材的主要技术指标是密度、吸水性、拉伸强度(模量)、压缩强度(模量)、剪切强度、弯曲强度(模量)、弯曲疲劳性能等。

PET泡沫和PVC泡沫常见的理化指标和力学性能指标对比分析

 

数据整理:中金企信国际咨询

PET泡沫与PVC泡沫的静态力学性能比较可以看出,除平均密度这一项以外(PET泡沫较重),PET泡沫的其余指标均较优。同时,PET泡沫芯材的连续挤出发泡生产工艺易控制、生产效率高、废品率低,PET泡沫芯材的生产成本低于PVC泡沫芯材。另外,PET泡沫芯材是热塑性塑料,可以循环利用,可以减少污染和降低生产成本。PET泡沫还具有优异的闭孔结构,在灌注成型中对树脂的吸收量更低,有助于降低叶片生产成本。因此,PET泡沫芯材的综合性能较为优异,可以部分替代PVC泡沫芯材。

根据中金企信统计数据,轻木在2019年风电叶片夹芯材料使用量中占比约为38%,PVC用量占比约为31%,PET用量占比约为25%。预计未来PET使用量将大幅增长,成为风电叶片中使用最为广泛的夹芯材料。

2)结构芯材技术现状分析:结构芯材是在夹层结构复合材料中作为芯材使用的一类材料。采用夹层结构具有质量轻、弯曲刚度与强度大、抗失稳能力强、耐疲劳等优点,使用夹层架构可以显著减轻材料质量并提高性能指标,因此夹层结构复合材料在风力发电、航空航天、船舶、轨道交通、汽车、节能建筑等轻质复合材料领域得到广泛利用。

在夹层结构中通过使用低密度的夹芯材料来增加复合材料的厚度,这样可以在重量增加很少的情况下大幅提升材料刚度。根据这一特点,结构芯材首先需要具有密度低重量轻的特点;其次,为使面板在相互之间具有一定距离的情况下保持稳定,结构夹芯材料还要承受一定的应力。

3)夹芯材料行业竞争格局及优势企业分析:国内企业近年来在芯材方面也呈现出快速发展的势头。在轻木芯材领域,国内企业主要集中在套材加工环节,在2020年“抢装潮”以来,国内企业积极拓展轻木采购渠道,部分企业拥有国外原产地直接供应渠道,在原材料方面获得优势,并积极探索轻木芯材替代技术,解决轻木原材料供应问题。在泡沫芯材方面,国内企业近年来在发泡技术上得到较大发展,掌握了从发泡到套材制作的全流程生产能力,泡沫芯材产品在风电行业得到了广泛的应用。

目前,夹芯材料国内外市场优势企业为:

1)戴铂(DIAB):戴铂是一家瑞典跨国企业,70多年来一直处于夹芯复合材料的发展前沿,产品包括众多高性能夹芯材料产品、表面处理、套材加工和结构设计服务。公司在瑞典、意大利、美国、中国、立陶宛和厄瓜多尔6个国家拥有制造基地,全球设有14个销售单位,拥有1300名雇员。公司主要产品包括巴沙木芯材和结构泡沫芯材,主要应用于海洋、航空航天、风能和交通运输等行业。

2)思瑞安(3A):思瑞安成立于1956年,是一家瑞士跨国企业,在欧洲、美洲、中国和巴布亚新几内亚都有业务。公司专注于PET泡沫和轻木等高性能和可持续性核心材料,主要应用于风力发电、船舶、汽车、轨道交通等轻质复合材料领域。公司拥有AIREX®泡沫和BALTEK®轻木复合材料等产品,AIREX®产品是用于夹芯技术的专用闭孔PET泡沫塑料。

3)固瑞特(Gruit):固瑞特是全球领先的复合材料和技术制造和供应商之一,在各种市场领域的复合材料实际应用方面拥有30多年的经验。公司的产品主要包括结构芯材、预浸料、粘合剂、风电叶片模具工具、套件和复合结构工程服务,为风能、航空航天、船舶等行业提供复合材料解决方案。

4)常州天晟新材料股份有限公司:常州天晟新材料股份有限公司成立于1998年,2008年6月改制为股份有限公司,注册资本32,598.434万元。公司2011年1月在深交所创业板上市,股票简称为“天晟新材”,证券代码为“300169”。天晟新材作为全国知名的高分子发泡材料专业生产商,一直致力于高分子发泡材料的研究、开发、生产和销售。

公司主要产品包括软质发泡材料、结构泡沫材料以及上述材料的后加工产品,其中公司的结构泡沫芯材,下游应用领域包括风力发电、轨道交通、船舶制造、节能建筑等领域。根据公司公告,截至2023年6月末,公司总资产为133,003.40万元,归属于母公司所有者的权益合计为25,195.42万元,2023年1-6月营业收入为24,630.21万元,归属于母公司所有者的净利润-2,148.37万元。

5)浙江联洋新材料股份有限公司:联洋新材成立于2006年,主要从事复合材料用纤维增强材料、结构芯材等新型材料的研发、生产、销售。公司产品主要分为纤维增强材料产品和结构芯材产品,结构芯材主要为轻木和HPE、F系列泡沫芯材。公司的下游终端客户主要为风能发电领域的叶片生产厂商、风力发电机机舱罩生产厂商、游艇制造商、轨道交通和汽车的零部件生产厂商、运动器材生产厂商等。

联洋新材于2014年11月在全国中小企业股份转让系统挂牌,证券简称“联洋新材”,证券代码为“832047”。根据公司公告,截至2023年6月末,联洋新材资产总额为93,728.01万元,归属于母公司所有者的权益合计为39,566.05万元;2023年1-6月营业收入为17,017.59万元,归属于母公司所有者的净利润为-572.89万元。

6)北京科拉斯科技有限公司:科拉斯公司成立于1992年,是一家提供复合材料行业专用设备、材料、规划设计、市场开拓在内的综合解决方案的复合型企业。公司的夹芯材料、真空袋材料、纤维增强材料、树脂基材料、脱模剂、胶粘剂,以及各型设备和防护用品,广泛应用于风力发电、航空航天、轨道交通、船舶制造、军工,以及运动器材、卫浴建材等行业。

7)江苏常友环保科技股份有限公司:江苏常友环保科技股份有限公司(以下简称“常友科技”)成立于2006年,2018年改制为股份有限公司,注册资本33,227,871.00元。公司主要从事高分子复合材料制品、轻量化夹芯材料制品的研发、生产与销售业务,产品主要包括用于风电领域的风电机组罩体、风电轻量化夹芯材料制品、罩体模具,以及轨道交通车辆部件等。根据公司公告,截至2022年12月末,公司总资产为98,735.68万元,归属于母公司所有者的权益合计为53,265.74万元,2022年度营业收入为73,980.19万元,归属于母公司所有者的净利润8,753.92万元。

8)保定维赛新材料科技股份有限公司:保定维赛新材料科技股份有限公司(以下简称“维赛新材”)成立于2011年,2020年改制为股份有限公司,注册资本11,147.8005万元。公司主要从事高性能结构泡沫材料的研发、生产与销售,核心产品包括PVC结构泡沫、PET结构泡沫等。根据公司公告,截至2023年6月末,公司总资产为136,496.34万元,归属于母公司所有者的权益合计为96,274.56万元,2023年1-6月营业收入为43,283.44万元,归属于母公司所有者的净利润6,409.72万元。

9)上海越科新材料股份有限公司:上海越科新材料股份有限公司(以下简称“上海越科”)成立于2006年,注册资本760.5005万元。公司主要从事大型复合材料行业原材料制造、模具加工以及大型复合材料产品的研发、生产和销售,核心产品包括夹芯材料、复合材料模具、风力发电复合材料产品,商用飞机部件模具、高铁VIP座椅、CRH系列火车座椅产品、结构复合板材及真空辅助材料等。截至2023年6月30日,该公司总资产26,587.87万元,净资产11,801.79万元;2023年1-6月实现营业收入1,619.41万元,营业利润为-1,354.54万元,实现净利润为-1,354.34万元。

 

 

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