盡管新冠疫情持續(xù)蔓延，令行業(yè)面臨諸多挑戰(zhàn)，但到去年年底，有跡象表明，與復(fù)合材料行業(yè)相關(guān)的汽車和交通等眾多領(lǐng)域開始復(fù)蘇。運輸業(yè)在雖然結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型還遠(yuǎn)未完成，但目前行業(yè)已經(jīng)開始正視挑戰(zhàn)。然而，航空業(yè)目前還未恢復(fù)到以前水平，如今，航空航天的未來比以往任何時候都更依賴于其創(chuàng)新能力。汽車工業(yè)：在未來幾年內(nèi)突破2017年的高水位線與新冠疫情相關(guān)的停產(chǎn)對2020年的輕型汽車供需產(chǎn)生了極大的負(fù)面影響。2020年初的制造業(yè)停產(chǎn)使對材料的需求驟然停止，新冠疫情流行對經(jīng)濟影響進一步降低了全球?qū)π滦统擞密嚨男枨?。盡管到夏季恢復(fù)生產(chǎn)并且需求恢復(fù)高于預(yù)期，但2020年全球產(chǎn)量比上年依然下降20％。汽車用復(fù)合材料的銷售量也相應(yīng)下降，降至約35億磅。輕型汽車生產(chǎn)的恢復(fù)將是漸進的，并具有明顯的地區(qū)差異。中國是首先受到冠狀病毒影響的大市場，預(yù)計到2022年將完全恢復(fù)到2017年的水平。歐盟和北美等成熟市場的汽車需求在新冠疫情大流行之前有所放緩，并且在2025年之前恐怕難以恢復(fù)到2017年的水平。
對于隨市場漲跌的汽車商品供應(yīng)商來說，復(fù)蘇之路將是漫長而緩慢的。幸運的是，許多復(fù)合材料不是商品，由于它們在成本、重量和性能方面與競爭材料相比具有明顯優(yōu)勢，因此市場份額正在增加。由于二氧化碳排放和燃油經(jīng)濟性的法規(guī)監(jiān)管，對輕質(zhì)材料的需求超過了市場的增長。在2021年至2030年之間，歐洲二氧化碳排放限制將收緊60%以上。美國可能會重新考慮暫停奧巴馬時代的燃油經(jīng)濟性標(biāo)準(zhǔn)，這可能需要在2020年至2025年之間將車隊燃油經(jīng)濟性提高23％。使用輕質(zhì)材料（包括復(fù)合材料）可以幫助原始設(shè)備制造商OEM滿足法規(guī)要求，保持消費者的吸引力。從2008年到2018年，先前的效率法規(guī)幫助復(fù)合材料在汽車應(yīng)用中每年增加2％，鑒于當(dāng)前的法規(guī)環(huán)境，這種趨勢可能會持續(xù)下去。然而，僅靠輕質(zhì)材料并不能使OEM滿足較高的燃油經(jīng)濟性要求。因此，汽車制造商計劃在未來幾年內(nèi)部署一種新的混合電動汽車動力系統(tǒng)。這將包括大量增加混合動力、電池電動和燃料電池汽車，以補充內(nèi)燃機。電動汽車的興起為電池盒、氫燃料箱和其他要求輕量化和耐腐蝕的部件中的復(fù)合材料創(chuàng)造了機會。此外，在設(shè)計這些新車時，可以利用零件整合的機會。這些因素可能使復(fù)合材料在未來十年中占據(jù)更多的汽車材料用量份額，并將有助于推動汽車復(fù)合材料的總銷量在2023年之前超過2017年的水平。復(fù)合材料行業(yè)的增長潛力可通過將汽車產(chǎn)量和汽車復(fù)合材料的銷量指數(shù)化以2017年為基準(zhǔn)年并預(yù)測到2025年的需求來進行說明。如果復(fù)合材料繼續(xù)像過去十年那樣以每年高于市場2%的速度增長，到2023年，汽車復(fù)合材料的產(chǎn)量將超過基準(zhǔn)年的2017年，但全球汽車產(chǎn)量預(yù)計不會在2025年之前恢復(fù)到2017年的水平。盡管2020年對于汽車行業(yè)和復(fù)合材料制造商來說是艱難的一年，但汽車復(fù)合材料的長期前景是光明的。根據(jù)成本、重量和性能方面的價值，該行業(yè)將在未來幾年內(nèi)突破2017年的高水位線。2020年新冠疫情給許多行業(yè)和生活方方面面帶來了重大影響和破壞，汽車和復(fù)合材料行業(yè)也不例外，兩者都受到了新冠疫情的巨大影響，其影響將在未來幾年內(nèi)顯現(xiàn)出來。然而，對于復(fù)合材料制造商而言，有一個好消息是，預(yù)期的汽車行業(yè)復(fù)蘇、全球環(huán)境監(jiān)督和電動汽車的激增將為復(fù)合材料和輕質(zhì)汽車材料提供很有前途的前景。
航空航天：以創(chuàng)新為基礎(chǔ)的技術(shù)解決方案對于其成功至關(guān)重要在過去的幾年里，航空航天業(yè)受到了一系列事件的巨大影響，最顯著的是波音737 Max的停飛和新冠疫情流行。2020年11月18日，美國聯(lián)邦航空局局長Steve Dickson取消了2019年3月13日發(fā)布的波音737 Max停飛令。但是期間的18個月給整個行業(yè)帶來了巨大損失。此外，在新冠疫情大流行期間，波音公司和空中客車公司都不得不暫時關(guān)閉其設(shè)施。正如預(yù)期的那樣，波音和空中客車公司都在為大幅降低生產(chǎn)率和降低訂單而苦苦掙扎。隨著航空航天工業(yè)的復(fù)蘇，以創(chuàng)新為基礎(chǔ)的技術(shù)解決方案對于其成功至關(guān)重要。利用計算機功能的項目繼續(xù)推動復(fù)合材料制造業(yè)在航空航天領(lǐng)域的發(fā)展，其中包括集成計算材料工程（integrated computational materials engineering，ICME），它可以利用不同模型框架之間的數(shù)據(jù)流進行數(shù)字制造，3D打印部件及其完整性認(rèn)證驗證的差距越來越大，而通過使用分析學(xué)可以彌補這一差距。借助ICME，航空航天制造商可以在涵蓋整個組織的框架中看到敏捷性的顯著優(yōu)勢。復(fù)合材料是理想的材料系統(tǒng)，可以驅(qū)動建模、分析或數(shù)字孿生方法增加價值，在這種方法中，復(fù)合材料成分、添加劑及其形態(tài)的復(fù)雜性不僅在成分選擇方面而且在制造工藝方面都帶來無數(shù)的性能差異。當(dāng)通過計算可以顯著減少客戶要求與FAA認(rèn)證之間的時間時，這就顯得格外重要。美國現(xiàn)代化新型技術(shù)和優(yōu)先考慮事項的交叉點一直集中在高超音速、太空和網(wǎng)絡(luò)安全領(lǐng)域，后者給整個航空航天供應(yīng)鏈帶來了巨大挑戰(zhàn)，尤其是對保護信息的需求。從2020年11月30日開始，美國國防部（DOD）引入了一種自我評估方法，要求DOD供應(yīng)鏈量化并報告其當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)安全合規(guī)性。在創(chuàng)新方面，政府機構(gòu)繼續(xù)促進初創(chuàng)技術(shù)開發(fā)商與一級航空航天公司之間的合作?？哲夾FWERX計劃就是一個例子，該計劃促進了整個行業(yè)、學(xué)術(shù)界和軍隊之間的聯(lián)系。對這些新興技術(shù)至關(guān)重要的是材料的進步，基于馬赫數(shù)5到馬赫數(shù)20之間最惡劣的空間環(huán)境中生存的材料的需求，導(dǎo)致對增材制造用陶瓷基復(fù)合材料的研究和投資有所增加。為了在航空航天領(lǐng)域站穩(wěn)腳跟，復(fù)合材料行業(yè)可以借鑒在聚合物基復(fù)合材料和金屬基復(fù)合材料中獲得的經(jīng)驗教訓(xùn)，利用ICME工作流程為陶瓷基復(fù)合材料的模型驅(qū)動設(shè)計提供依據(jù)。此外，將專家知識轉(zhuǎn)換為基本的2×2正交實驗設(shè)計，在同一試驗中比較傳統(tǒng)材料，將為使用新的復(fù)合材料和制造方法建立信心。盡管基礎(chǔ)指標(biāo)歷來包括高強度重量比、耐腐蝕和耐化學(xué)腐蝕性能，但新的行星外空間要求在極端高溫和低溫下都具有長周期服役能力。如美國航空航天學(xué)會（AIAA）標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)委員會（SSC）等機構(gòu)資源服務(wù)為標(biāo)準(zhǔn)制定做出了貢獻，這將有助于使航空航天利益相關(guān)者之間的測試和其他活動標(biāo)準(zhǔn)化?？傊?，航空航天的未來比以往任何時候都更依賴于其創(chuàng)新能力。這將需要政府、主要機構(gòu)、供應(yīng)鏈和初創(chuàng)公司利益相關(guān)者之間的綜合發(fā)展。每個利益相關(guān)者在平衡合規(guī)性和業(yè)務(wù)模式中斷以確保反彈方面將發(fā)揮重要作用。玻璃纖維：2021年的前景更加光明由于新冠疫情影響，2020年是復(fù)合材料行業(yè)的危機年，因為疫情引發(fā)了現(xiàn)金流和需求危機、供應(yīng)鏈中斷和工人安全問題。雖然2020年充滿挑戰(zhàn)，但2021年的前景似乎更加光明。2020年初，美國復(fù)合材料行業(yè)起步相當(dāng)不錯，并顯示出與2019年相似的良好增長跡象。到3月底，新訂單推遲甚至被取消。在第二季度，特別是在4月和5月，疫情流行影響最大，導(dǎo)致了自大蕭條以來最嚴(yán)重、最劇烈的經(jīng)濟收縮。夏季有超過2000萬人失業(yè)，各行各業(yè)的工廠也被關(guān)閉。運輸、建筑和海運業(yè)受到的打擊最大，導(dǎo)致2020年第二季度美國玻璃纖維的需求與2020年第一季度相比減少了20％。但是，2020年下半年成為經(jīng)濟和復(fù)合材料行業(yè)復(fù)蘇最快的時期。自2020年7月以來，在刺激計劃和工廠重新開張的推動下，美國復(fù)合材料行業(yè)的各種最終用途行業(yè)的需求開始增長，包括汽車、船舶和建筑行業(yè)。因此，與2020年第二季度相比，美國玻璃纖維市場在2020年第三季度增長了約23%。在2020年第四季度，美國玻璃纖維市場保持強勁，11月的增長率與2019年11月相比約為5%。到2020年底，玻璃纖維市場無法從大流行中完全恢復(fù)過來，預(yù)計將下降約6％，需求降至24.4億磅，而2019年為25.9億磅。冠狀病毒對整個價值鏈的影響都是不規(guī)律的，汽車、管道和儲罐、航空航天和海洋應(yīng)用呈顯著下降趨勢，而風(fēng)能、電氣和電子以及建筑業(yè)仍保持良好發(fā)展態(tài)勢。風(fēng)電行業(yè)是2020年的一個亮點，盡管由于供應(yīng)鏈瓶頸、跨境運輸問題和政府的限制在3月和4月暫時放緩，但風(fēng)能產(chǎn)業(yè)仍實現(xiàn)了兩位數(shù)的增長?？傮w而言，市場增長是因為風(fēng)電場開發(fā)商急于在年底預(yù)期到期之前及時開工，以獲得生產(chǎn)稅抵免資格。COVID-19迫使高管們重新思考復(fù)合材料行業(yè)的未來。在某些細(xì)分市場中，過剩的產(chǎn)能加劇了緩慢的復(fù)蘇，如航空航天業(yè)。波音公司首席執(zhí)行官Dave Calhoun估計，航空旅行需要2至3年時間才能恢復(fù)到COVID之前的水平。消費者對可持續(xù)性的意識也越來越高，這促使行業(yè)參與者在材料和復(fù)合材料零件的生產(chǎn)中探索綠色材料、可再生能源和回收技術(shù)。此外，大多數(shù)部門越來越多地使用數(shù)字技術(shù)來改變工作和勞動力。在去年12月批準(zhǔn)的新刺激方案和冠狀病毒疫苗的幫助下，Lucintel預(yù)計2021年第1季度和第2季度在美國玻璃纖維行業(yè)中將有良好的復(fù)蘇。汽車、住房、管道和儲罐、電氣和電子產(chǎn)品、消費品和海洋的有利趨勢將導(dǎo)致2021年玻璃纖維市場以8%至10%的速度增長，達到或超過2019年的需求水平。碳纖維：所有細(xì)分市場都具有巨大增長潛力自2010年以來，全球碳纖維市場已從不到4萬噸增長到2019年的10萬噸以上。在此期間，碳纖維增長平穩(wěn)且不間斷，每年增長速度達到10％到12％。
但是2020年，隨著COVID-19大流行來襲，全球碳纖維幾乎在一夜之間發(fā)生了變化。2020年，全球?qū)μ祭w維的需求總計約為10.5萬噸，僅比2019年增長1％，預(yù)計在2021年，增長幅度也僅為1％。碳纖維市場受到許多領(lǐng)域應(yīng)用增長的推動，例如航空航天、風(fēng)能、體育用品、船舶、汽車、壓力容器等。在2020年之前，所有這些細(xì)分市場的增長率以及整個行業(yè)的增長率都在穩(wěn)步上升。但是隨著2020年初邊境的關(guān)閉，國際航空旅行停止，飛機停飛，飛機制造商大幅削減了生產(chǎn)率，碳纖維行業(yè)似乎在瞬間失去了動力。碳纖維在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用占工業(yè)總量的20%以上，占行業(yè)價值的40％。商業(yè)航空業(yè)的放緩嚴(yán)重影響了碳纖維行業(yè)，要恢復(fù)到疫情之前的水平可能要花費數(shù)年的時間。盡管航空航天方面的消息令人沮喪，但2020年并非所有的都是壞消息。當(dāng)人們學(xué)會了居家工作和在家附近度假時，一些市場表現(xiàn)良好，如在2020年，體育用品的需求躍升了30％至40％，風(fēng)力渦輪機的安裝按計劃繼續(xù)比上一年增加了20％。按照最終用途市場劃分，2020年碳纖維應(yīng)用市場細(xì)分大致如下：風(fēng)能—23％；航空航天—20％；體育用品—12％；汽車—10％；壓力容器—10％；用于注塑塑料和其他短纖維應(yīng)用的復(fù)合材料—8％；建筑和基礎(chǔ)設(shè)施—8％；其他細(xì)分市場—9％正如疫情之前的時期一樣，隨著新應(yīng)用和項目的投產(chǎn)，碳纖維的所有細(xì)分市場都具有巨大的增長潛力。在新冠疫情暴發(fā)之前，碳纖維具有吸引力的潛在長期大趨勢保持不變。碳纖維的優(yōu)點——剛度、高強度重量比、耐腐蝕性、導(dǎo)電性等——至今仍然有效。為了實現(xiàn)增長，碳纖維和CFRP零件必須同時具有技術(shù)和經(jīng)濟效益。因此，人們對推動碳纖維整體需求的各個行業(yè)和應(yīng)用有著不同的看法，有些行業(yè)下滑，有些行業(yè)則會上漲。那些已經(jīng)收縮的領(lǐng)域尤其是航空航天領(lǐng)域，導(dǎo)致碳纖維行業(yè)的總量在2020年看起來相對平穩(wěn)，預(yù)計2021年只會有非常溫和的增長。
但是，長期前景更為樂觀。在未來幾年內(nèi)，可以合理預(yù)期碳纖維行業(yè)將再次恢復(fù)較強勁的同比增長。至于碳纖維行業(yè)的產(chǎn)能，全球碳纖維生產(chǎn)商的銘牌產(chǎn)能合計約為16萬噸，足以滿足當(dāng)前需求。一些生產(chǎn)商正在計劃增加新的工廠和產(chǎn)能，以滿足日益增長的未來需求。最后，必須牢記，碳纖維仍處于早期發(fā)展階段。飛機是通過手工制造的，每天只有一兩架；其他應(yīng)用稍高一些，但仍然沒有自動化。與之相比，汽車的批量生產(chǎn)速度超過每分鐘一輛。如今，碳纖維仍主要用于小批量應(yīng)用，尚未實現(xiàn)“大量生產(chǎn)”。
總而言之，新冠疫情給碳纖維行業(yè)帶來了一定的打擊，但這只是暫時的。盡管在這不平凡的一年里發(fā)生了很多事情，但碳纖維的未來還是充滿希望的，未來幾年的發(fā)展也將會十分有趣。建筑與基礎(chǔ)設(shè)施：建設(shè)有所縮減，可能是行業(yè)的轉(zhuǎn)折點當(dāng)人們在談?wù)搹?fù)合材料主要應(yīng)用領(lǐng)域時，建筑工業(yè)往往不是位居榜首，但它卻一直在發(fā)展。全球建筑經(jīng)濟是世界上最大的建筑經(jīng)濟體之一，也是最大的資源和能源消費領(lǐng)域之一，它同樣也是最大的污染源之一，這些因素共同推動了對可持續(xù)發(fā)展的全面需求，復(fù)合材料在其中可以發(fā)揮作用。根據(jù)《全球建筑展望》和牛津經(jīng)濟研究院發(fā)布的《2030年全球建筑》，預(yù)計到2030年，全球建筑業(yè)產(chǎn)值將增長85％，達到15.5萬億美元，其中大部分增長將集中在美國、中國和印度。麥肯錫全球研究所報告稱，到2025年，全球20個最大的城市將需要3600萬套新住房。建筑業(yè)的其他研究表明，美國23%的空氣污染、40%的水污染和50%的垃圾填埋場垃圾都是建筑業(yè)造成的。此外，美國綠色建筑委員會說，建筑物和建筑項目每年約占全球能源消耗的40％。復(fù)合材料在建筑中的作用是多種多樣的，從窗框和木材增強到復(fù)合材料鋼筋和纖維增強混凝土。無論使用哪種材料，復(fù)合材料的輕量化、設(shè)計靈活性和耐用性優(yōu)勢都有助于加快施工速度，提高建筑的可持續(xù)性得分。以阿拉伯聯(lián)合酋長國（UAE）迪拜正在建設(shè)的未來博物館為例，這座78米高的建筑有七層樓，里面有一個環(huán)形外殼，位于三層裙樓頂上。圓環(huán)的外立面包括1024塊阻燃復(fù)合材料板，每個面板均覆蓋有不銹鋼，具有獨特的3D形狀，并融合了模制的阿拉伯文字。在美國紐約州布魯克林，增材制造復(fù)合材料幫助加快了45層高的One South First和相連的10 Grand的建設(shè)速度，這些建筑位于Domino Park內(nèi)。這些建筑物包括一個復(fù)雜的混凝土立面，需要通過澆口預(yù)制數(shù)百個混凝土框架。Gate聘請了添加劑工程解決方案公司（AES）來幫助制造用于塑造混凝土框架的模具。在部分生產(chǎn)中，AES選擇了LNP Thermomp AM復(fù)合材料，一種高模量、低翹曲的材料，由SABIC提供的短切碳纖維增強ABS樹脂材料。由于新冠疫情的到來，2021年的住宅建設(shè)和公共建設(shè)都會有所委縮。大多數(shù)基礎(chǔ)設(shè)施和公共建筑的建設(shè)將受到政府實體的預(yù)算平衡、稅收和收費收入的下降以及與大流行相關(guān)的未預(yù)算支出的限制。在短期內(nèi)，只有少數(shù)非住宅利基市場看起來很有希望。其中包括對許多類型的現(xiàn)有設(shè)施進行翻新，以適應(yīng)與冠狀病毒相關(guān)的要求。此外，在醫(yī)院和療養(yǎng)院之外需要更多的設(shè)施來提供醫(yī)療、篩查和測試。學(xué)校建設(shè)可能是部分例外。隨著更多家庭的搬遷，對新建和改建或擴建學(xué)校的需求將不斷增長。新冠疫情的流行增加了對替代稀缺的現(xiàn)場熟練工人的方式的需求。在某種程度上，復(fù)合材料和產(chǎn)品可以替代現(xiàn)場制造，或者由經(jīng)驗較少或技能水平較低的工作人員更快地安裝，即使產(chǎn)品本身成本更高，對復(fù)合材料的需求也將不斷增長。因此，對于承包商而言，2021年可能是充滿挑戰(zhàn)的一年。但這可能標(biāo)志著希望打入建筑市場的復(fù)合材料制造商的轉(zhuǎn)折點。
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