2025年复合材料终端市场:船舶建造和海洋领域

随着2023-2024年消费者需求的放缓，船舶和海事制造商继续关注脱碳和使用复合材料的新技术。

来源:compositesworld

2024年1月，美国国家船舶制造商协会（NMMA，美国华盛顿特区）公布了其2023 年的统计数据：新的摩托艇零售量预计下降 1%-3%，达到258000艘。虽然大多数类型的摩托艇销量下降了5%-25%，但私人摩托艇（最多可容纳3人的定价入门级的小型船只）的销量却增长了20%-25%，估计2023年新船的零售总销量为85000-90000 艘。“随着2023年利率的飙升和通货膨胀的激增，我们发现，越来越多的划船消费者对价格很敏感，决定等待情况好转后再购买下一艘船只，同时，更青睐于私人摩托艇。”NMMA的总裁Frank Hugelmeyer说道。

美国国家船舶制造商协会的年度船舶销售数据显示，2023年以及估计2024年的摩托艇零售量会继续下降（图片来源：NMMA在IBEX 2024上对行业状况的介绍）

NMMA预测，2024年的新船销量与2023年的持平，预计会受到选举年的持续高利率和消费者信心不稳定的影响。NMMA同时指出，摩托艇制造商继续关注采用新兴技术的创新新产品，包括通过使用可持续船用燃料、氢气、电动和混合动力推进系统来实现休闲划船脱碳的解决方案。

全球在线划船市场集团BoatsGroup.com在其2024年8月的市场报告中证实了这一市场概况。其数据显示，2024年上半年，主要受二手船销量下降（-12.4%）的影响，全球销售量下降了9.1%，然而，新船的销售量却增长了5.3%。高利率和通货膨胀再次被提及，这解释了为什么新船销售的主要驱动力是长度小于26英尺的船只，2024年上半年的销量总计超过12000 艘。

2024年8月还发布了一份关于该市场主要趋势的报告，其中涉及可持续性、材料和技术的创新、订制和独特功能以及可负担性：

• 可持续性：人们对电动和混合动力船只的兴趣越来越高，因为它们运行更安静、排放和维护成本更低。这些船只通常由复合材料制成，同时还整合了太阳能电池板和智能技术，以提高运营效率。
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• 材料和技术：由于重量轻，碳纤维的应用日益增多，同时，对生物基和可回收复合材料的应用也在增加。此外，智能导航系统、防撞等高级安全功能以及自动驾驶技术和人工智能的日益整合，成为新的发展趋势，能够提供自动停靠和预防性维护等功能。
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• 订制：划船者正在寻求通过外部颜色和图案以及订制技术和性能选项来实现个性化，包括根据他们的喜好增加空间和可用性。
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• 负担能力：该市场对价格仍然非常敏感，这就解释了为什么人们更偏好于舷外摩托艇和私人船只。与其他细分市场相比，该细分市场的销售额持续增加。
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• 船舶发展趋势：根据《国际航运新闻》2024年9月的一篇文章，对于大型海运船舶和船只，最重要的趋势仍然是减排，包括开发新的燃料、燃油效率技术（如优化船体形状和空气润滑系统）以及零排放技术（如氢气和风力推进）。根据专家预测，风力推进和替代燃料的广泛使用，对于实现国际海事组织（IMO，英国伦敦）的目标至关重要。

这些目标包括：

1. 到 2050 年，通过温室气体（GHG）的净零排放实现化石燃料的终结使用。
2. 到 2030 年，减少 20%（力争30%）的检查点。
3. 到 2030 年，实现5%-10% 的近零/净零温室气体排放技术和燃料目标。
4. 到 2040 年，减少 70%（力争 80%）的检查点。
5. 其他趋势包括：航运的数字化转型和自动驾驶船舶的增加（以推动网络安全的加强以及对数据标准需求的增加），以及在生产和运营中使用自动化、机器学习和基于云的系统。

2023年一份关于欧盟造船厂使用复合材料的报告重申了这些趋势，介绍了这些造船厂如何推动人们越来越有兴趣使用复合材料。该报告介绍了作为 FIBRE4YARDS 项目的一部分所展开的一项调查，该调查询问了造船厂对使用先进复合材料结构技术的经验和兴趣，包括自适应模具、自动铺带/纤维铺放、弯曲拉挤型材、增材制造（AM）、加热冲压、模块化和批量化造船以及生产数字化。

FIBRE4YARDS调查覆盖了来自欧盟国家的39家造船厂，其中以西班牙、法国和葡萄牙的为首（上图），以及制造的4个主要类型的船舶（下图）（图片来源：“复合材料、技术和制造：欧盟造船厂的现状”一文）

在所联系的426家造船厂中，有39家作出了回应。这些造船厂按制造的船舶类型进行分类，其中大多数制造多种船舶类型，有21%的造船厂制造客船和服务船，或制造特殊用途船和服务船。77% 的受访造船厂在公司内部或通过分包商来使用复合材料。最常用的材料和工艺大多在意料之中，但令人惊讶的是，对碳纤维和环氧树脂的应用排名很高。

对FIBRE4YARDS调查的回应涉及所用复合材料以及造船厂对哪些技术感兴趣（图片来源：“复合材料、技术和制造：欧盟造船厂的现状”一文）

到2025年，所有的Melker皮划艇都将采用Bcomp亚麻增强织物、Amorim软木以及Sicomin的植物基树脂和胶衣来制造（图片来源：Melkor of Sweden）

将3D 打印用于船舶及原型模的制造

3D打印复合材料在造船和海事应用中持续增长。2024年3月，CEAD Group（荷兰代尔夫特）指出了3D打印在船舶制造领域的几项新进展，其中之一是为2024年巴黎奥运会3D打印的自动驾驶渡轮。该渡轮经Holland Shipyards（鹿特丹附近的Hardinxveld-Giessendam）委托，由附近的打印服务公司10XL使用机器人3D打印机创建。10XL还与Impacd Boats（荷兰弗里斯兰 Woudsend）展开了合作，Impacd Boats现在正在使用回收材料打印其电动单桅帆船的船体。创始人Marieke de Boer表示，每艘Impacd 3D 打印船可以回收大约8次。

为2024年奥运会使用的自动驾驶渡轮3D打印的船体（左）以及由10XL为Felicity Boats 的新型 Felicity 1000 3D 打印的船体（右下），而Impacd Boats则由回收塑料3D 打印而成（右上）（图片来源：10XL和Impacd Boats）

自2016年以来，10XL一直是使用回收塑料实现大面积增材制造的先锋，该公司还参与了其他的海事项目，包括大型船只家具和海军的隐形水下无人驾驶车辆 （UUVs）。2024年，在对其技术进行仔细审查和推进后，现在10XL宣称，可以实现全层温度控制、工业级填充和各向同性材料性能。2024年10月，该公司向Felicity Boats International（荷兰弗兰克）交付了新的 Felicity 1000 型号的鲤鱼渔船。

值得注意的是，尽管Impacd Boats 和 Felicity Boats 主要使用未增强的再生塑料，但在CEAD 机器的挤出头中使用的通常是纤维增强的热塑性粒料，也可以使用连续纤维。CEAD希望确保3D打印的复合材料在海事领域的应用也能向前发展，并于2024年10月宣布，将在代尔夫特开设海事应用中心。该中心将配备一台为生产船体而设计的12 米长的挤出3D打印机，以及其他几台 LFAM 机器（如ATLAM和Flexcube）。该中心旨在促进船舶行业的领导者与CEAD的专家展开合作，以开发大型的3D 打印船舶和船舶部件，共享知识并在监管和认证等方面取得进展。该中心的第一批项目已经签署，并计划于2025年第一季度末举办一场以行业为重点的活动，以及在2025年第三季度正式开业。

CEAD的技术使用玻璃纤维、碳纤维或天然纤维增强的热塑性复合材料。这种方法无需使用模具，从而可以缩短生产时间，减少劳动密集型的加工流程。

CEAD 挤出头还被用于更快、更可持续的船模制造。Rapid Prototyping（匈牙利布达佩斯）多年来一直采用CNC加工聚氨酯泡沫和手糊玻纤增强塑料（GFRP）的方法来制造模具。2020年，该公司向CEAD 购买了一台 E25 机器人挤出机，并将该挤出机集成到其4850毫米×2635毫米×1460毫米的龙门数控机床中，开始用该系统生产30%短玻纤增强聚丙烯制成的模具和原型。据业主 György Juhász介绍，这减少了50%的人工时间，缩短了交货周期。他表示，使用3D打印的原型模后，最终产品得到了改进。与使用泡沫制成的传统原型模相比，需要的玻纤层和漆层更少。此外，还优化了工艺流程，每个模具分多块打印，在打印下一块时可以对已经打印好的进行加工。一旦所有的块被打印和加工好，就可以用粘合剂和小的塑料嵌件将它们连接起来。完成后，就从原型模（这是制造最终游艇船体的基础）开始，采用手糊方式制造玻璃纤维/PP的模具。2022年，Rapid Prototyping通过为55英尺的船体（由44个部件组成）制造原型模而测试了该生产工艺，证明了该工艺可以减少劳力和浪费。

使用 3D 打印制造用于船模具的原型模，首先要在CAD 图纸上将其分成多个3D打印的块，这些块一旦被组装接合好，就制成随时可用的原型模（图片来源：Rapid Prototyping的母公司Foarboc Ltd.和Como Yacht Ltd.）

碳纤维的上层结构

在造船/船舶应用中另一个不断发展的趋势是使用碳纤维来减轻重量，尤其是在甲板室和上层结构中。比如，Vabo Composites（荷兰埃梅洛德）为一家著名的荷兰帆船制造商制造了两个轻质碳纤维复合材料的甲板室。“通过使用复合材料，我们为客户提供了强度、轻质结构和耐用性的最佳组合。”该公司在一个新闻稿中解释说。

用于帆船的碳纤维复合材料甲板室（图片来源：Vabo Composites）

StrengthBond和DuraBond Offshore项目

碳纤维也是用于大型（如40平方米）层压/粘接复合材料补片的首选材料，以用于修复钢制船舶（包括船舶和海上石油生产船）的腐蚀。“但是，对于作为这些海事应用主要结构的宽平板，尚没有标准化的修复方法。”Bureau Veritas船级社（法国南特）的复合材料部门负责人 Stéphane Paboeuf 解释说。为了解决这一问题，必维国际检验集团与一个行业合作伙伴组成的联盟合作，开展了StrengthBond Offshore 项目（2019-2023年）的研究。

在StrengthBond Offshore 项目中对碳纤维复合材料的修补进行了测试（图片来源：必维国际检验集团、StrengthBond Offshore）

该项目开发了一种强大的方法，用于分析此类维修的强度，包括用于评估和验证设计的数字工具、表面处理与制造协议以及实体测试。对于实体测试，开发了一种新的等效界面试样，该试样能够表征粘接复合材料补片内的多个界面。到项目结束时，已经完成了250多次试样测试和115次数字模拟，包括在大型试样上进行50000至500万次循环的疲劳测试。

这些补片使用的是碳纤维， “因为如果我们使用玻璃纤维，就需要过厚的厚度。”Paboeuf说道，“但我们确实在碳纤维和钢之间使用了一些玻璃纤维层，以防止电位腐蚀。”补片修补使用不含粘合剂的环氧树脂，并在80℃下进行后固化，总的循环时间为16小时。两种不同的制造工艺得到了测试：真空辅助树脂灌注和真空袋装手糊。结果显示，两种工艺实现的强度大致相同。然而，采用长嵌接接头设计所实现的修复补片强度要比采用短嵌接接头设计的高38%。

修复补片叠层，其中，蓝色和灰色层是碳纤维，绿色层是用于隔离电流的玻璃纤维，橙色是钢基材。右上角显示的是所测试的长、短嵌接角度（图片来源：StrengthBond Offshore）

DuraBond Offshore 是一个为期3年的后续项目，于2024年11月启动，将在水和碳氢化合物中以及在高、低温下对试样进行老化测试，然后在静态载荷下对其进行疲劳测试。“通过这些测试，我们可以评估环境对补片强度的影响，以调整安全系数并确认长期性能。”Paboeuf说道。

东丽提供VARTM船舶维修

碳纤维供应商东丽工业公司（日本东京）也提供用于船舶的粘接复合材料维修服务。2024年9月，东丽宣布，其获得了美国船级社American Bureau of Shipping（简称ABS，德克萨斯州休斯顿）的批准，可以将真空辅助树脂传递模塑（VARTM）工艺用于使用碳纤维增强聚合物（CFRP）层压板的修复。该批准使 VARTM 能够被用于修复ABS认证的船舶，从而减少工程审查和验证所需的时间。该修复工艺将东丽的碳纤维机织布应用于钢结构表面，然后用真空袋覆盖织物，并注入环氧树脂，固化后，CFRP得到粘接，从而可以恢复腐蚀区域的强度。

将复合材料用于风力、电力和氢能推进系统

2024年8月，英国风力推进公司GT Wings宣布了一项与KS Composites（英国梅尔顿莫布雷）的战略合作，以制造其 AirWing 技术装置。AirWing 专为商业航运而设计，旨在将燃料消耗和碳排放减少30%，帮助船主满足严格的欧盟（EU）和 IMO 环境标准要求，同时显著节省燃料。第一台AirWing装置于2024年第四季度被安装到Carisbrooke Shipping运营的一艘124米长的杂货船上。2024 年10月，GT Wings 获得了Innovate UK 提供的智能航运加速基金 （SSAF） 的一部分赠款，专注于开发英国海事部门脱碳所需的技术。

GT Wings与KS Composites合作，为船舶建造其AirWing推进系统（图片来源：GT Wings）

复合材料对于轻型电动船和水翼船也至关重要，通常被用于进一步提高这类船舶的性能。2024年8月，Artemis Technologies（英国贝尔法斯特）在引起北美地区的兴趣后，宣布开设其第一个美国办事处。该公司设计、开发和制造由其 eFoiler系统提供动力的100%的电动水翼船。Artemis船只采用复合材料/金属制成的水翼以及玻璃纤维和碳纤维的复合材料结构。“海运业正在经历向更可持续运营的转型。”Artemis Technologies 的联合创始人 David Tyler说道，这包括数百个渡轮系统，这些系统目前使用低效的柴油发动机，穿越人口稠密且经常被边缘化的社区。“渡轮运营商越来越认识到，他们必须采用电力来减少排放并实现船队的现代化。”Tyler补充道，“我们拥有久经考验的解决方案，可以使这一转型取得商业成功。

Artemis Technologies将复合材料用于电动水翼船的结构和水翼（图片来源：Artemis Technologies）

与此同时，Hexagon Purus（挪威奥斯陆）的全资子公司 Hexagon Purus Maritime（挪威奥勒松）正在开发和提供Ⅳ型CFRP压力容器，以为一系列零排放的船舶提供储氢罐。2024年9月，该公司宣布了一份来自Freire Shipyard（西班牙维戈）的合同，为Greenpeace的75米新型船舶用的压缩氢气系统提供储氢罐。该系统计划于2027年交付。Hexagon Purus Maritime表示，将绿氢用于海事部门对于减少全球的温室气体排放至关重要。该公司有许多项目正在开发中，预计到 2050年，绿氢将满足全球25%的能源需求。

Ⅳ型CFRP压力容器将在Greenpeace的新型75米船舶上被用于储存氢燃料（图片来源：Hexagon Purus Maritime）

持续推动可持续发展

船舶应用的可持续性不仅包括脱碳推进以及由复合材料提供的轻量化，还包括寻找低能耗和低碳排放的材料和工艺。2024年9月，在庆祝合作50周年的公告中，泡沫和复合材料的供应商 Diab（瑞典拉霍尔姆）表示，Brødrene AA（挪威海恩）在其快速、节能的渡轮中使用了泡沫芯CFRP结构，并指出，Brødrene AA使用复合材料延长了其船舶的使用寿命，最大程度地减少了更换需求并降低了整个生命周期的使用成本。Diab还表示，在减少其材料的碳足迹方面，该公司取得了重大进展，在2016至2023年期间实现了50%的减排。

这张来自博纳多的图表说明了循环性，因为此概念适用于该公司使用 Elium 制造的第一款44e 型号的船舶（图片来源：博纳多集团）

《复合材料世界》2024年2月发表的一篇文章讨论了推进回收材料和生物基材料应用的广泛的造船商和计划，包括对阿科玛（法国科隆布）的Elium热塑性树脂进行的回收利用示范，以及ExoTechnologies的研发中心（英国马恩岛道格拉斯）及其子公司 The Ultimate Boats Co.（苏格兰克莱德班克）所作出的努力，还包括Innovation Yachts（法国 Les Sables d'Olonne/Vairé）对玄武岩纤维的应用以及Greenboats（德国不来梅）对亚麻纤维的应用。

Flax27 Daysailer 的整个外部和内部结构均采用灌注的亚麻纤维复合材料制成，该复合材料使用了生物基环氧树脂和回收的PET泡沫芯（图片来源：Greenboats）

另一家使用玄武岩纤维的公司是BRŪT Yachts（比利时安特卫普），以用于其29GT船只，该船只的船体由来自Basaltex（比利时韦弗尔海姆）的50%的回收材料制成。

意大利公司Northern Light Composites（简称nlcomp，意大利蒙法尔科内）拥有专利的rComposite可回收复合材料技术，该公司于2024年7月宣布，获得了超过500000欧元的资金，用于实现解决方案的快速开发和商业化，包括面向欧洲市场提供新的船只系列。该公司称，这响应了对环保解决方案日益增长的需求，并能为划船业更可持续的未来作出贡献。

2024年11月，Sicomin（法国 Châteauneuf les Martigues）宣布，推出 Skaw （A）水翼巡航游艇，该游艇是与 Skaw Sailing（法国洛里昂）和复合材料造船商Shoreteam（法国Colombelles）合作建造的。它采用了Sicomin的高模量 GreenPoxy树脂，包括用于灌注较大部件的 SR InfuGreen 171树脂以及用于手糊和粘接二级结构的SR GreenPoxy 170树脂。该公司解释说，这些树脂使 Shoreteam 能够实现5000公斤的超轻排量，以及减少阻挠所需的高力学性能。

MiniLab 是 Avel Robotics（法国洛里昂）的联合创始人兼首席技术官 Adrien Marchandise于2023年发起的一项倡议，旨在促进可持续发展并减少帆船业对环境的影响。Avel Robotics 是使用自动纤维铺放（AFP）为 IMOCA赛艇制造高性能 CFRP 水翼的先行者。

MiniLab与行业和研究合作伙伴合作，推进TRL可持续发展解决方案（图片来源：MiniLab）

Marchandise将MiniLab 描述为一个开放的创新生态系统，它围绕全面示范项目将公共和私人合作伙伴连接起来，以开发和测试技术。“MiniLab有两个方面：一个是涉及行业、技术中心和大学的协作平台，以开发可持续的概念验证原型；另一个是用于n°754 Mini 6.5米赛帆船的现场测试实验室，合作伙伴可以在此验证这些原型船在真实航行条件下的稳健性。”他解释道。

MiniLab时间表包括实现可回收复合材料水翼船的项目和使用100%可持续材料制成的下一艘船（图片来源：MiniLab）

2023 年，Marchandise 启动了一个由 MiniLab、Avel Robotics 和技术创新中心 Compositic（法国 Ploemeur）共同资助的合作项目，对不同的热塑性复合材料（TPC）进行基准测试。验证的首批材料是Suprem（瑞士 Montagny-près-Yverdon）和 Victrex（英国克利夫利斯）提供的碳纤维增强带材，以及Diab的热塑性泡沫。Mini 6.5 的水翼由这些材料制成，并将在2025年的赛季中得到测试。“我们在这些部件中集成了很多传感器，用来测量运行中的材料性能。”Marchandise 说道。

与此同时，MiniLab 启动了一个由 Avel Robotics 与 Region Bretagne 资助的大型项目。“我们将开发一种具有更高抗压强度的热塑性材料。”Marchandise 说道，“我们的目标是扩大生产规模，实现大型帆船用热塑性复合材料水翼的工业化制造，我们希望在2026 年为IMOCA 级赛艇制造第一批这类水翼。”

原文链接

https://www.compositesworld.com/articles/composites-end-markets-boatbuilding-and-marine-(2025)