【市场观察】解读2022-2026年复合材料市场规模及发展趋势(概述)

复合材料是一种由两种或两种以上的原材料(如基体或粘合剂和增强材料)组成的材料。复合材料具有耐化学品、耐高温、耐腐蚀等优异特性,并且在设计方面具有一定灵活性和较低的成本。

由于上述这些特性,复合材料已经在不同领域获得了广泛应用,主要包括航空航天、建筑、工业、国防、电气和电子、船舶、消费品、管道和储罐以及涂料等等。

在复合材料中,基体主要作为适应应力的材料,可将增强相牢固的结合在一起。无机材料、聚合物和金属可用于结构复合材料的设计。这些材料在发生失效之前保持弹性,在承受拉伸和压缩载荷时,表现出降低的破坏应变。在结构复合材料中,基体主要有两个用途:将增强相结合在一起,并在外力作用下通过变形以在增强材料之间分布应力。以下内容将先讨论复合材料行业中使用的各种类型的材料。

树脂:是来源于天然植物或经合成的非挥发性、固体或半固体粘性物质。它们用于复合材料时,可将组分粘合在一起,并通过纤维将机械载荷传递到结构的其余部分。除了将复合材料结构固定在一起,它们还可以保护结构免受冲击、磨损、腐蚀等。树脂具有高电气绝缘性、高机械和结构性能以及耐高温等特性,主要用于航空航天、汽车和建筑行业。复合材料结构中常用的热固性树脂是聚酯(邻苯二甲酸和间苯二甲酸)、乙烯基酯、环氧树脂和酚醛树脂。树脂的平均价格约为1000美元/吨。

填料:根据美国材料与试验协会(ASTM)标准化概念,填料是一种相对惰性的材料,通过将其添加到塑料中以改变强度、性能、服役性能或质量,以及降低成本。将填料添加到塑料基体中,可获得填充复合材料。填料的加入可增强导热性、导电性和耐摩擦等性能。填料可以是复合材料中的主要成分,也可以是附加成分。填料可能具有不规则结构或精确的几何形状,如多面体、短纤维或球体。


增强材料:常用的增强材料有石棉、硼纤维、碳纤维、玻璃纤维、陶瓷纤维、石墨、黄麻纤维、剑麻纤维和晶须,以及其他浸渍织物和合成纤维。虽然多种纤维被用作复合材料层压板中的增强材料,但玻璃纤维在增强塑料中用纤维的市场中占主导地位,这主要是由于其价格低廉和合适的强度重量比特性。通常纤维形式的增强材料用于改进机械加工;增强纤维可以表现出不同的性能,进而以不同的方式影响复合材料的性能。为了便于处理,纤维通常会经过加工形成织物。由于纤维的排列方式多种多样,因此可以使用多种类型的织物。虽然增强纤维的主要目的是强化复合材料结构,但它们也具有导电性、耐热性、耐腐蚀性和刚性。塑料中使用的增强材料通常分为非纤维材料和纤维材料,后者表现出更好的性能,因此更加突出。增强材料的平均价格约为2500美元/吨。

天然纤维-聚合物复合材料:(Natural fiber polymer composites,NFPC)作为一种复合材料,其聚合物基体嵌入高强度天然纤维,如黄麻、油棕、剑麻、红麻和亚麻。与其他传统材料相比,天然纤维复合材料的关键优势之一是它们可以100%生物降解。但是其生物降解性很难控制。天然纤维复合材料作为建筑材料具有巨大的潜力,并且在广泛应用中有效替代GRP、钢和混凝土等其他结构材料。建筑行业用天然纤维复合材料可分为四类:颗粒/短纤维增强复合材料、纳米(纤维素)复合材料、长天然纤维增强复合材料和固结复合材料。目前主要有两个因素限制了天然纤维复合材料的大规模生产。先,玻璃纤维比天然纤维具有更高的强度,而且与玻璃纤维相比,天然纤维的润湿性较低,这给大规模生产带来了挑战;其次,天然纤维从空气和周围环境中吸收水分也是有害的,因为吸水会通过膨胀和产生空隙破坏复合材料的表面。20wt.%的吸水率抵消了复合材料轻质的优势。天然纤维复合材料的平均价格约为1300美元/吨。