助力汽车轻量化的热塑纱（一）
一、玻璃纤维为主流增强材料，技术拉动产品结构升级
1.玻纤作为主流增强材料，下游应用可涵盖交通领域
玻璃纤维是以叶蜡石、石英砂、石灰石等矿物为原料，配合纯碱、硼酸等化工原料经高温熔制拉丝、络纱、织布等工艺制造成的纤维增强材料；传统的金属材料及非金属材料相比，玻纤具有耐高温、抗腐蚀、强度高、比重轻、延伸小及电绝缘性能好等特性。玻璃纤维复合材料是以玻璃纤维及其制品（玻纤纱、布、毡等）为增强材料，以合成树脂为基体材料，经复合工艺制作而成的功能型材料；玻纤复材不仅继承了玻纤自身的优点，还具备节约能源、设计自由度大、以及适应性广等特点。目前玻纤类占到增强纤维复材整体约90%，广泛用于建筑、工业管罐、汽车与交通运输、电子电气、风电等领域。
玻纤多样性决定玻纤增强材料多元化发展。目前，国际上玻纤应用品种已达5000多种，6000多个规格用途，品种与规格以每年平均增长1000~1500种的速度迅猛发展，品类繁多的玻璃纤维也决定了玻璃纤维增强材料的多元化。玻璃纤维增强材料按增强材料的类型可以分为玻纤纱增强复合材料以及玻纤毡增强复合材料；按照基体树脂的不同，可分为玻纤增强热固性复合材料以及玻纤增强热塑性复合材料，其中玻纤增强热固性复合材料主要以热固性树脂如不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂、乙烯基酯树脂等为基体，热塑性以聚丙烯树脂（PP）、聚酰胺（PA）为主。多元化的玻纤增强材料性能各异，为适应不同领域的需求奠定了基础。玻纤增强
复合材料已形成完整产业链，应用领域广泛。目前，世界玻纤产业已形成从玻纤、玻纤制品到玻纤复合材料的完整产业链，其上游产业涉及采掘、化工、能源，下游产业涉及建筑建材、电子电器、轨道交通、石油化工、汽车制造等传统工业领域及航天航空、风力发电、过滤除尘、环境工程、海洋工程等新兴领域。
中国交通领域玻纤需求占比16%，较全球尚有提升空间。据OC统计，2020年全球玻璃纤维市场中建筑领域（包括住宅、商业建筑、水储运等）的玻纤需求约占35%；交通运输（轿车、卡车、公共汽车、火车、航海等）约占26%，电子电器等消费领域15%，工业领域（管罐等）13%，风电及能源领域11%。国内玻纤应用领域与全球类似，但交通运输领域占比16%，较全球比例尚有一定提升空间。2.技术升级提高材料性能，长玻纤增强热塑性材料成为主流
从热固到热塑、从短玻纤到长玻纤，汽车领域玻纤应用场景持续开拓。20世纪30年代玻璃纤维问世以来，如何将玻纤更好的用于增强复合材料成为热点问题。20世纪中叶，人们首先将玻璃纤维与热固性树脂相复合，推出SMC为代表的的热固性复合材料，可用于汽车的车门、保险杠等制件。1972 年人们第一次将玻璃纤维毡用做增强材料，研发出GMT即玻纤毡增强热塑性材料，多应用于座椅骨架、车顶棚、发动机保护罩等。20世纪90年代，长玻纤热塑材料LFT的推出，将应用领域拓展至汽车前端支架、仪表盘、车底护板等。当前玻纤增强材料技术大幅提升，应用领域也明显拓宽。从技术发展的步伐判断，玻纤增强材料整体的发展趋势：由玻纤增强热固性复合材料向玻纤增强热塑性复合材料发展，由短玻纤增强复合材料向长玻纤增强复合材料发展。
从热固到热塑
SMC材料开启玻纤增强材料工艺化应用大门。SMC是一种玻纤增强热固性复合材料，被定义为可压塑的、B阶的片状热固性复合材料，实质上是一种特殊形态的预浸料。最早的SMC配方以不饱和聚酯为基体树脂，后来升级到可选用性能更好但成本更高的乙烯基酯树脂。其性能优越，玻璃相对密度（比重）小，为1.6~2.0，比最轻的金属铝还轻；比强度高，远高于钢材和铸铁。同钢材、铸铁比较，抗拉强度虽与钢材有一定差距，但已与铸铁相当甚至超过，而压缩强度和弯曲强度已接近于钢材。玻纤增强热固性复合材料除具有良好的机械力学性能、物理化学性能外，还具有良好的加工性能和成型性能。通常采用的制造工艺有手糊、树脂传递闭合模压工艺（RTM）、片状模压成型工艺（SMC）。其中手糊和RTM成型周期长，不适合进行大批量的生产。而SMC工艺有较高的生产效率，制品尺寸精确，表面光洁，多数结构复杂的制品可一次成型，无需有损制品性能的二次加工，制品外观及尺寸的重复性好，容易实现机械化和自动化生产，适合于制造批量大的结构件、连接件。自20世纪60年代德国拜耳公司实现了片状模塑料（SMC）工业化生产后，70 年代SMC得到迅速发展，压制成型了各种车辆零件和壳体。由于产品质量好、机械化程度高，推动了复合材料在车辆制造中的发展和应用。在1990s末期，美国的燃料价格空前高涨，汽车减重的压力空前巨大，SMC材料由于能良好的替代汽车上的部分金属，发展达到顶峰。
SMC发展受限于材料性能，玻纤增强热塑性材料有望接下玻纤增强材料发展接力棒。如果说SMC 材料叩开了玻纤复合材料的大门，那么玻纤增强热塑性材料则给行业的发展带来了新的希望。当SMC 材料开始大规模应用时，由于自身材料性能的限制，在面对很多更高要求的挑战时就会显得力不从心，例如SMC进入了很多汽车器件，突然间要承受
一些汽车制造商采用的范围更宽的电泳和涂装温度，因而在很多工厂中出现了起泡和油漆空鼓的同题，同时，废气治理及固废回收处理技术不成熟也是影响热固性复合材料生产和应用的主要问题玻纤增强热塑性材料（GMT为例）自1972年研发成功以来，由于其自身的种种优点，不仅成功对SMc 材料的原有领域实现了升级，更是填补了SMC材料的空白领域，被誉为最受宠的“21世纪绿色复合材料”。
2013~2021年，中国热塑产量复合增速9.05%，高于热固7.45个百分点。热塑性复合材料投资门槛较高，但产品生产过程自动化程度高、较易实现清洁生产及产品回收再利用，并且凭借其优良的性能对热固实现一定替代。2013~2021年，热塑产量从137万吨提升至274万吨，CAGR达9.05%；同期热固产量从273万吨提升至310万吨，CAGR仅1.60%，低于热塑7.45 pct。热塑产量长期增长趋势明显，主要受益于汽车、家电等领域复合材料的快速渗透；热固2020年增速激增，超过30%，主要受益于陆上风电抢装需求。欧洲市场热塑产量增速也明显超过热固，目前仍以SFT为主。据AVK公司编制的《2021复合材料市场报告》，欧洲热固产量从2011年的94.4万吨小幅提升至2021年的94.8万吨，CAGR仅0.04%。同期SFT、LFT、GMT、CFRTP等热塑产品CAGR达3.26%。2021年，热塑类产品产量同比增长25.57%至166万吨，占比提升3.12pct至56.04%。2021年欧洲碳纤维增强塑料产量5.2万吨，过去10年CAGR为10.59%，处于较快发展的阶段。
玻纤增强热塑性材料更能适应当前环境，市场拓展不断有新突破。随着中国经济绿色化转型和绿色经济发展，热塑性复合材料已经在汽车及轨道交通轻量化、智能物流、绿色建筑、体育休闲及现代农牧业养殖等领域展现出了巨大市场潜力。例如，福建海源成功研发出建筑模板制品，进入建筑模板市场；杭州华聚的连续挤拉成型的热塑性蜂窝夹芯板材已经成功应用于国内外各类箱式货车、物流车和房车领域；河北立格与中铁联运物流股份有限公司签订战略合作协议，成功进军物流运输行业。
从短玻纤到长玻纤
玻纤长短对复合材料性能影响较大，长玻纤性优优于短玻纤。玻璃纤维增强热塑性复合材料样帮教璃纤维增强方式的不同，分为短玻纤（STT）长安琪纤（LFT）和玻璃纤维毡（GMT）增强三种类程。短玻纤长度一般在6mm以下，长玻纤一般在10-15 mm。据研究显示，玻纤的长度越长，玻纤复合材料制品的性能就越好。SFT是玻纤增强热塑性复合材料的主要品种，具有成型工艺简单、周期短等优势，但是其性能在很多地方仍不能满足汽车零部件的需求。相比之下，LFT增强热塑性复合材料的性能比SFT高很多，在相同玻纤质量分数的情况下，长玻纤增强材料的拉伸强度、弯曲强度、冲击强度均高于短玻纤增强材料。因此，LFT产品在汽车领域的应用将会比SFT更加广泛。
长玻纤相较于短玻纤、玻纤毡具备超额增速。据RePort Link的市场研究预计，2017年至2021年之间全球长玻纤增强材料的复合增长率为8.5%，短增强玻纤热塑性塑料的复合增长率仅为4.5%；同期欧洲市场LFT实际产量复合增速3.68%，SFT产量复合增速仅0.61%。从玻纤加工形态来看，由一步法直接生产的LFT生产成本理论上要比GMT材料成本低20%~50%，抗冲击性能和生产效率等综合性能反而有所提升，因此近年来欧洲市场LFT的市场份额更具优势且逐年提升。全球汽车行业的LFT消耗量约占LFT总消耗量的80%，而当前汽车等交通工具轻量化已经成为交通行业的增长热点，需求空间将进一步扩大。