Главная » Исследования » Композитная отрасль: текущее состояние и тренды

Композитная отрасль: текущее состояние и тренды

Один из лучших способов оценить состояние дел в композитной промышленности – это посмотреть на востребованность конечного продукта. Спрос на конечные продукты из композитов, начиная от труб для магистралей нефте- и газопроводов и заканчивая сложными космическими кораблями, вырос с $21,2 млрд. в 2014 до $22,2 млрд. к концу 2015 года. Композитная отрасль США – одного из мировых лидеров в этой области – выросла за 2015 год на 5,6% до $7,5 млрд, и продолжит свой рост до 2021 года согласно прогнозам экспертов.

Обзор рынка сырья

Любой анализ отрасли нуждается в более пристальном взгляде на армирующие наполнители и смолы. В 2016 году нужно ожидать увеличение инновационных разработок с использованием дешевого углеволокна из-за огромного разнообразия их практического применения. Углеволокно намного дороже стекловолокна, поэтому используется преимущественно в высококачественных приложениях, где важно облегчить вес конструкций.

Появляется все больше исследований, посвященных использованию лигнина или других прекурсоров для снижения себестоимости углеволокна. Спрос на углеволокно стимулируют специфические области применения, в частности, воздушные суда следующего поколения, спортивные и электромобили, ветроэнергетика (лопасти ветрогенераторов становятся всё длиннее).

Пока углеволокно штурмует промышленные цеха, стекловолокно продолжает пользоваться высоким спросом. За последние 70 лет этот материал использовался в тысячах практических приложений, обзаведясь прекрасной историй применения. Поэтому ожидается рост разработок высокоэффективного стекловолокна, которое бы отвечало повышенным химико-механическим требованиям. Также будут продолжены исследования натуральных волокон, включая базальтовое волокно, всё больше проникающих в автомобильную, строительную и другие отрасли.

На рынке смол в этом году будет наблюдаться четыре тренда:

  • уменьшение времени отверждения для промышленных приложений
  • разработка смол с оптимальным временем загустевания для длинных лопастей ветрогенераторов
  • разработка дешевых и высокопрочных наносмол
  • разработка биосмол для различных областей использования.

Несмотря на то, что по всем перечисленным направлениям уже ведется активная исследовательская деятельность, «рабочей лошадкой» в большинстве отраслей, от строительства до автопрома и судостроения, остается полиэфирная смола. Это объясняется её низкой стоимостью и высокими антикоррозийными свойствами.

Одной из главных проблем композитной отрасли, которая мешает широкому использованию композитов, остается отсутствие стандартизированного подхода к сырью.

Изменения в производственных процессах

В композитной отрасли, в частности американской, технологические процессы долгое время ограничивались контактным формованием, методом пульверизации и намоткой волокна. Сейчас произошли большие изменения, так как много производителей переходят от этих открытых процессов формования к закрытым процессам: литьевому прессованию полимеров, прессованию в формах и методу вакуумной инфузии.

Выбор технологического процесса, как правило, диктуется объемом или формой и размером композитной части. Прессование в формах, литьевое формование методом впрыска и литьевое прессование полимеров предпочтительные для массового производства, в то время как контактное формование и вакуумная инфузия, подкрепленные литьевым прессованием, удобны для приложений с выпуском менее 1000 единиц продукции ежегодно. Намотка волокон, намотка лент и центробежное литье идеально подходят для создания трубчатых деталей.

Тенденции в рыночных сегментах

Транспорт, строительство и аэрокосмическая отрасль – крупнейшие рыночные сегменты композитной отрасли в 2015 году, занимающие 62% от общего объема. Рост использования композитов в новых самолетах, типа Boeing 787 и Airbus 350/380, повлиял на то, что аэрокосмическая отрасль обогнала трубопроводный и топливный рынок, лидировавший последние три года. Из этих трех направлений у аэрокосмической отрасли самый высокий потенциал для роста на ближайшие шесть лет.

Другим крупнейшим сектором для композитных материалов продолжает оставаться автопром, показавший прирост в 2015 году. ОЕМ-поставщики находятся в постоянном поиске инновационных материалов, чтобы справиться с весом транспортных средств и добиться топливной экономичности и снижение выбросов углерода.

Вероятно, самый главный тренд в автомобильной отрасли – это развитие технологий по выпуску композитных частей для массового производства автомобилей.
 ОЕМ-производители продолжают создавать стратегические альянсы с поставщиками углеволокна, производителями композитных деталей, поставщиками машин, научно-исследовательскими институтами и университетами, чтобы решать различные проблемы вроде производственного цикла, стоимости сырья, инструментов, ремонта и переработки.

В настоящее время выкладка препрегов и процесс пропитки – преобладающие методы производства для изготовления углепластиковых деталей для массового производства в автопромышленности. Но и производители автомобилей, и заинтересованные в продвижении углеволокна компании делают главную ставку на такие технологии, как литьевое прессование полимера под высоким давлением, выкладка препрегов и термопласт, армированный непрерывными волокнами.

Строительство остается вторым после транспорта рынком для композитов. Развитие жилищного строительства стимулирует спрос на фиброармированные пластиковые ванны, двери, окна панели и другие материалы.

Аэрокосмическая отрасль – один из крупнейших и важнейших рыночных сегментов для композитов. Рост спроса на композитную продукцию для нужд этой промышленности сохранится в ближайшие пять лет.

Ощутимо выросло использование композитов в коммерческом «космосе». Если в 90-х года космический корабль содержал 5-6% композитных деталей, то сегодня их доля в космических программах превышает 50%. У таких заметных игроков отрасли, как Boeing, Airbus и Bombardier, существуют масштабные планы по увеличению объемов месячного производства на своих основных платформах. По прогнозам, крупнейший потребитель композитов в аэрокосмической отрасли США – Boeing — в 2016 году поставит на рынок 770 судов гражданской авиации.

Из-за затишья на рынке нефти и газа в 2015 году трубопроводная и топливная отрасли меньше интересовались композитными материалами, чем до этого. Так, американские нефтегазовые компании вывели из эксплуатации больше половины буровых вышек и резко сократили инвестиции в разведку и добычу. Одна из главных причин – падение цен на нефть, при котором баррель подешевел за 2015 год более чем на 40%.

В отличие от нефтегазового рынка, ветроэнергетика в прошедшем году чувствовала себя прекрасно. Это способствовало резкому росту доли «зеленой энергетики» на композитном рынке. Развитие ветроэнергетики поддерживают и государственные структуры разных стран. К примеру, Министерство энергетики США выделило $1,8 млн. для поддержки научно-исследовательских работ, улучшающих производство, транспортировку и сборку лопастей длиннее 60 метров для ветрогенераторов. А за 2015 год в США с помощью ветровых генераторов было выработано 6500 МВатт электроэнергии.

Проблемы и возможности

В следующие 50 лет композитную отрасль ждут серьезные инновации, так как растет спрос во всех рыночных сегментах. Многие инновации будут направлены на повышение производительности, снижение стоимости и времени производства, а также на создание более безопасных для окружающей среды технологий.

Ожидаемый рост композитной отрасли создаст, по всей видимости, спрос на хорошо обученный профильный технический персонал, инженеров и проектировщиков. Навыки, которые необходимы сейчас и будут востребованы в будущем, не похожи на те, что были нужны 20 лет назад, когда композитные детали изготавливали из нарубленных вручную волокон с помощью пульверизаторов, ведер и кисточек.

Композитная отрасль плавно переходит к автоматизации процессов: литьевому прессованию под высоким давлением, автоматической намотке лент и автоматизированной выкладке волокон. Также есть приток новых инструментов для проектирования и моделирования. Эти технологии и инструменты требуют от проектировщиков и инженеров композитной отрасли глубокого понимания композитных материалов, чтобы распознавать решения для сегодняшних и будущих проблем.

С другой стороны, композитная отрасль изо всех сил стремится привлекать и обучать новые таланты. Университетам нужно создавать бакалаврские программы, сосредоточенные на проектировании, тестировании, производстве и переработке композитов.

Задача компаний – не только привлечь новых специалистов, но и сохранить имеющиеся квалифицированные кадры технических специалистов и проектировщиков. Поэтому можно ожидать появление в ближайшие пять лет учебных заведений, которые готовят специалистов для композитной отрасли.

Другая проблема – это неспособность композитной отрасли развивать свой потенциал на новом уровне. Композиты занимают только 1% в в общем объеме рынка конструкционных материалов. Это дает широкие возможности для роста в различных отраслях за счет вытеснения таких традиционных материалов, как сталь и алюминий.

Поэтому отрасль должна уделять внимание четырем направлениям, которые являются двигателями роста, и получать таким образом конкурентное преимущество над традиционными материалами:

1. Обучение инженеров и проектировщиков. Специалисты должны знать о преимуществах и вариантах использования композитов для рынков массовых товаров. Большинство инженеров не знакомы с достоинствами композитов и по-прежнему полагаются на черный металл в конструкционных приложениях. Обучение инженеров – первый шаг к разработке инновационных деталей в новых приложениях.

2. Развитие полного цикла инфраструктуры. Таким образом будет решена проблема ремонта и утилизации композитных изделий.

3. Развитие оформившихся новых производственных технологий. Сокращение времени производственного цикла до 1-2 минут важно для рынков массовых изделий, где высокое время цикла критично. Большинство современных производственных процессов при изготовлении композитных изделий или полностью ручные, или частично автоматизированы и не имеют указанного времени цикла.

4. Снижение стоимости самых перспективных видов волокон и изделий. Удешевление позволит сделать композиты конкурентоспособными относительно алюминиевых и стальных изделий. Большинство важных для композитов рынков чувствительны к высокой стоимости. Высокая цена на композиты, особенно с углеволокном, сдерживают потенциал их использования во многих приложениях. Например, производители автомобилей готовы приобретать углеволокно по цене $5 за фунт, в то время как сейчас оно обходится автомобилестроителям по $10-15 за фунт. Лидеры отрасли работают над альтернативными прекурсорами и развитием производственных процессов, чтобы сдержать стоимость сырья и уменьшить общие затраты на производство.

В прикреплённом файле — полный текст исследования (pdf, англ.)

О Oksana Tkachenko

x

Читайте также

«Каменный Век» и «Гален» вошли в число главных поставщиков НБВ в мире

«Каменный Век» и «Гален» вошли в число главных поставщиков НБВ в мире

Компании «Каменный Век» и «Гален» фигурируют в списке крупнейших игроков мирового рынка непрерывного базальтоволокна, ежегодный прирост которого в период до 2021 года составит около 11%.