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天然纖維增強復(fù)合材料的特性、應(yīng)用領(lǐng)域及市場前景

嘉峪檢測網(wǎng)        2020-10-13 09:53

2016年,全球天然纖維復(fù)合材料(Natural-Fibre Composites,簡寫NFC)市場規(guī)模為44.6億美元。從2016年到2024年,復(fù)合年增長率有望達到11.8%。汽車行業(yè)對輕質(zhì)產(chǎn)品的螺旋式增長和對綠色產(chǎn)品的意識日益增強是其高速增長原因之一。但是,天然纖維復(fù)合材料對濕度敏感性勢必會阻礙這種增長。

 

天然纖維是由木材、棉花、亞麻、洋麻和大麻等材料制成的生物基材料。所有這些材料對環(huán)境的危害較小,并且易于獲得。用于制造天然纖維復(fù)合材料的原材料對環(huán)境友好,并且在未來幾年內(nèi)有潛力替代合成纖維。人們對綠色產(chǎn)品的意識不斷提高、消費者可支配收入的增加、對環(huán)保產(chǎn)品的需求日益增加以及對可循環(huán)利用產(chǎn)品的強烈要求可能在該市場的增長中起著至關(guān)重要的作用。

 

關(guān)于NFC的材料性能

 

天然纖維與相同重量的玻璃纖維相比,強度高出25%至30%。由天然纖維制成的復(fù)合材料有助于減輕組件的重量,從而降低總能耗。此外,NFC成型工藝比玻璃纖維成型消耗更少的能源,可將生產(chǎn)成本降低10%。然而,它們的濕敏性和與聚合物基體的弱結(jié)合會阻礙其增長;而且由于它們吸收水分、導(dǎo)致纖維膨脹,因此它們在汽車工業(yè)中的應(yīng)用僅限于汽車內(nèi)部。

 

亞麻纖維復(fù)合材料的機械測試

 

關(guān)于原材料

 

NFC的主要增強纖維材料來源于木材、亞麻、洋麻、棉花和大麻,其中木材一直占據(jù)著市場主導(dǎo)地位,占2015年總收入的59.3%。這一趨勢預(yù)計將持續(xù)到2024年,木材的優(yōu)點(包括高強度和堅固性)將在未來幾年內(nèi)推動其利用率。

 

亞麻是2015年使用最廣泛的材料之一,市場份額為13%。與碳纖維相比,亞麻減震、可再生。亞麻的優(yōu)點包括高抗張強度、紫外線阻隔性好、吸振性強和高保水性,使其成為工業(yè)上使用最廣泛的原材料之一。

 

棉花屬于種子纖維類別,其在世界各地的紡織品中普遍使用。棉花由于其吸濕性能而比其他天然纖維弱。它可以吸收高達其干重20%的水分。隨著紡織和體育用品行業(yè)的擴張,這一細分市場有望增長。

 

洋麻的使用在建筑、石油和化學(xué)吸收劑、食品包裝和汽車等各個行業(yè)中都有所增長。這種材料是高度可持續(xù)的,可以完全回收。對可生物降解產(chǎn)品的需求激增可能在刺激該市場的增長中發(fā)揮了重要作用。

 

大麻基復(fù)合材料可以在許多應(yīng)用中代替玻璃纖維,并且它們是可生物降解的。汽車和建筑行業(yè)對環(huán)保和可再生材料的需求激增,勢必會觸發(fā)這一領(lǐng)域的增長。

 

關(guān)于聚合物基體

 

聚合物基體市場細分為無機化合物、天然聚合物和合成聚合物。預(yù)計在預(yù)測期內(nèi),天然聚合物基體的增長最快。由于生活方式的改變和不斷發(fā)展的綠色趨勢,對可持續(xù)產(chǎn)品的需求不斷增長預(yù)計將補充該領(lǐng)域的增長。

 

無機化合物是市場上最有效的基體之一。它們主要應(yīng)用于木纖維。無機化合物在2015年占43.4%的份額,預(yù)計這一趨勢在未來幾年還將繼續(xù)。木纖維與無機基質(zhì)的結(jié)合可提供諸如改善韌性、開裂變形和拉伸強度等優(yōu)點。

 

天然聚合物包括淀粉、橡膠和合成聚合物,例如PLA和PHB(多羥基丁酸酯),該細分市場在2015年占市場的25.1%。對可再生和可降解產(chǎn)品的需求不斷增長,預(yù)計將在未來幾年推動市場。

 

包括熱塑性塑料和熱固性塑料在內(nèi)的合成聚合物被用作木纖維的基體。在未來幾年中,這一細分市場可能占第二大份額。

 

關(guān)于NFC成型技術(shù)

 

就技術(shù)而言,天然纖維復(fù)合材料市場分為注塑、壓塑和拉擠成型。注射成型需要低分子量聚合物以保持低粘度,此過程主要用于大批量零件生產(chǎn)。最終用途行業(yè)對大批量生產(chǎn)的需求不斷增長,有望為這一領(lǐng)域的增長做出貢獻。

 

注塑成型占2015年收入份額的10%。這是一種用于開發(fā)復(fù)合材料產(chǎn)品的大容量、高壓、密閉成型技術(shù)。該過程之后有兩個步驟:預(yù)熱和加壓。

 

壓縮成型是一種高壓、大批量成型技術(shù),主要用于為汽車、運輸、家電和其他大批量領(lǐng)域的行業(yè)生產(chǎn)高強度和復(fù)雜的物體。

 

拉擠成型廣泛用于鐵路運輸、航空航天、輪船和航海、體育用品、風(fēng)力渦輪機葉片、存儲和腐蝕性液體運輸行業(yè)的各種產(chǎn)品的生產(chǎn)。預(yù)計對低重量、免維護、耐腐蝕和非導(dǎo)電產(chǎn)品的需求將支持這一領(lǐng)域的增長。

天然纖維增強復(fù)合材料的特性、應(yīng)用領(lǐng)域及市場前景

亞麻纖維加工示例

 

關(guān)于NFC應(yīng)用

 

NFC主要用于汽車和建筑行業(yè),以制造門板、座椅靠背、儀表板、卡車襯里、頂棚、蓋板、欄桿、窗戶和框架。

 

電子和體育用品是有希望的細分市場。許多產(chǎn)品例如手提包、筆記本電腦包、網(wǎng)球拍、自行車、車架和滑雪板也都是由天然纖維復(fù)合材料制成的。

 

汽車工業(yè)中使用天然纖維增強的生物復(fù)合材料生產(chǎn)具有良好機械性能的輕質(zhì)零件,以提高燃油效率并減少CO2排放。它們有助于在汽車制造中減輕30%的重量并降低20%的成本。該細分市場在2015年的收入份額超過30%。用于汽車行業(yè)的NFC是使用木質(zhì)和非木質(zhì)纖維(例如亞麻、大麻和纖維素)替代玻璃纖維而開發(fā)的。與現(xiàn)代材料相比,所得產(chǎn)品更輕。在制造過程中使用這些材料可以將成本降低約20%。

 

天然纖維是用作建筑材料的合成纖維和金屬纖維的低成本、可持續(xù)發(fā)展的替代品。在某些情況下,它們的機械性能(包括抗沖擊性、彎曲性能和斷裂韌性)要優(yōu)于玻璃纖維。2015年,建筑市場份額占整體市場份額的56%。

 

關(guān)于NFC區(qū)域性分布

 

預(yù)計基于亞麻的NFC的需求激增,其日益普及以及對消費品的需求激增將極大推動北美市場。在該地區(qū)的汽車工業(yè)中,NAFILEAN流程導(dǎo)致了中控臺、儀表板和門板的可持續(xù)設(shè)計。

 

 

歐洲汽車制造商也進行了NFC廣泛的研究,以開發(fā)用于前后門襯里、行李箱襯里和包裹架子的天然聚合物基體。2015年,歐洲占市場份額的15.4%。德國是歐洲最大的汽車生產(chǎn)國和主要的大麻纖維進口國。為了提高燃油效率,汽車行業(yè)對可生物降解和輕質(zhì)產(chǎn)品的需求不斷增長,預(yù)計將推動該國的增長。

 

 

在亞太地區(qū),由于可支配收入的增加以及生活水平的提高,體育用品、電子和汽車行業(yè)預(yù)計在未來幾年將保持健康增長。中國在亞太市場上占主導(dǎo)地位,這種趨勢可能會在未來幾年內(nèi)持續(xù)下去。

天然纖維增強復(fù)合材料的特性、應(yīng)用領(lǐng)域及市場前景

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來源:碳纖維及其復(fù)合材料技術(shù)

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