2022年体育休闲用复合材料市场展望

　　
数十年来，从钓鱼杆、曲棍球棍到休闲车（RV）和自行车，许多类型的运动器材都受益于复合材料的轻质和高性能。预计复合材料在运动器材中的应用也将继续增长。

根据市场研究公司Lucintel于2020年6月发布的体育用品市场报告，预计到2023年，全球体育用品用复合材料的市场规模将达到5.79亿美元，预计2018年至2023年的复合年增长率将达到3.2%。包括冲浪板、滑雪板和滑雪板、自行车、球拍、高尔夫球杆、曲棍球棒和钓鱼杆等系列产品中都孕育了复合材料的发展机遇。在预测期内，碳纤维增强聚合物（CFRP）复合材料仍将是最大的细分市场，玻璃纤维复合材料也将经历适度增长。Lucintel预测，在这段时间内，滑雪板和滑雪板仍将是销量最大的应用，而高尔夫器材的规模最大，在预测期内，钓鱼竿的增长幅度最大。

　　
除了复合材料体育用品市场的支柱之外，新材料的开发也将带来创新从而满足日益增长的精英体育器材对高性能的需求，例如NAWA的碳纳米管（CNT）增强复合材料，用于提高赛车车轮或飞机的性能，日本帝人推出的碳纤维中间材料，专门用于提高网球拍等运动设备的质量标准。另外成立于2020年的一家澳大利亚创业公司JUC Surf用回收的碳纤维制造废料制造复合材料冲浪板。

　　
在航空运动领域，宝马集团子品牌BMW i于2020年11月推出了其首款电动人体翼服，该翼服采用13英寸碳纤维复合材料叶轮。在水上运动方面，Cobra International因其可持续发展的技术和产品（如CocoMat椰子纤维技术和生物基冲浪板）而闻名，该公司以轻质、高性能、高科技的滑板进入了电动冲浪板市场。

　　
自行车仍然是复合材料使用的最引人注目的市场。在诸多因素的推动下，包括2020年新冠肺炎导致的停工期间，户外运动的普及率激增，自行车需求增加。根据几份报告，高端碳纤维车架的市场增长率也超过了13%，预计这一趋势将持续下去。

　　
2019年，美国Arevo公司在德国弗里德里希沙芬的2019欧洲自行车展上推出了世界上第一款3D打印碳纤维一体式生产自行车车架。2020年，该公司推出了直接面向消费者的硅谷自行车品牌Superstrata，据说这是世界上第一款采用耐冲击一体式碳纤维框架的量身订做3D打印自行车。继这些成功之后，Arevo于2021年5月首次推出Scotsman，这是一个新的电动踏板车品牌，其旗舰产品是定制3D打印、碳纤维/热塑性复合材料电动踏板车。

　　
多年来，复合材料还被用于特种、高性能运动鞋和头盔等防护设备。特别是在过去一年中，许多公司报告了这一领域的新创新和新产品。例如，美国初创公司Carbitex Inc.开发出一种柔性热塑性碳纤维板技术并获得专利，该技术被用作运动鞋和越野鞋的小腿或其他部件，以及运动头盔、护肩和医疗支具应用中的其他部件。德国Covestro AG公开了几项合作，使用其碳纤维增强热塑性Maezio材料增强跑鞋、篮球鞋等的组件。2021年9月，意大利Salewa推出了一款新型轻质登山靴，采用碳纤维/热塑性复合材料框架，鞋头采用Xenia materials（意大利穆索兰特）的材料。2021年10月，意大利CRP Technology宣布其Windform SP碳纤维填充材料用于外底、中底和特殊Pleko履带钉的罗纹。

　　
除了鞋子，复合材料还被用于生产更坚固、更耐冲击的头盔，用于体育活动。最近的发展包括新加坡南洋理工大学（NTU）机械和航空航天工程学院的一组研究人员与法国特种材料公司Arkema合作设计的一种成本效益高的复合材料密集型头盔。美国Helicoid Industries Inc.也在研究和测试一种受仿生设计启发的更轻、更耐冲击的防护头盔。

　　
2022年可再生能源用复合材料市场展望

　　
长期以来，风能市场一直被视为玻璃纤维增强复合材料（以及越来越多的碳纤维复合材料）的全球最大市场，因为大型涡轮机和更长的风叶片的开发，需要更高性能、更轻重量的材料。

　　
随着世界各国政府和组织努力实现新的、更严格的减排和可再生能源目标，特别是海上风能和其他类型的可再生能源，无论是在研发实验室还是在开发中的新项目中都在继续增长。

　　
根据全球风能理事会（GWEC）2021年9月发布的年度全球海上风电报告，2020年海上风电容量稳步增长，全球装机容量为61 GW，其中以中国市场占比最高。然而，GWEC指出，海上风电需要以更快地速度增长才能达到碳排放目标。

　　
根据美国清洁能源协会（ACP，前身为美国风能协会AWEA）提供数据，在美国，太阳能发电在其可再生能源中占据最大的容量份额（54%），其次是陆上风电（23%）、海上风电（14%）和电池储能（9%）。目前，根据ACP 2021年第二季度的报告，美国清洁电力总运营容量超过180216MW，与2020年同期相比，今年上半年清洁电力新增量增长了17%。

　　
在海上风电方面，美国乔·拜登总统计划到2030年部署30 GW的海上风电（比美国目前运营的一个海上风电场的30 MW有所增加）。2021年5月，拜登政府还批准了美国水域的第一个大型海上风电项目——马萨诸塞州沿海的800MW葡萄园风能项目。ACP报告预计到2026年，14个项目的海上风电运行容量将达到9112MW。此外，据《纽约时报》报道，拜登在10月13日宣布了一项计划，计划在美国几乎整个海岸线上开发大型风力发电厂，这是政府第一项利用海上涡轮机发电的长期战略。

　　
风力涡轮机的规模也在不断增加。二十多年前，当第一个大规模商业风力发电系统上线时，风电场由额定功率为1MW或以下的涡轮机组成，带有玻璃纤维增强叶片，长度通常在10到15米之间。如今，海上6至9MW的涡轮机，叶片长度为65-80米，已成为标准。2021年，维斯塔斯宣布其15MW、115米长的叶片V236用于海上风电，第一台预计将于2022年安装。随着涡轮机的发展，复合材料也越来越多地融入到其他组件中，例如Suzlon Group（印度浦那）针对大型涡轮机的优化复合材料机舱盖设计。

　　
此外，随着风力涡轮机变得越来越大，叶片长度不断增加，翼梁帽中的碳纤维加固（作为风力涡轮机转子叶片的加固构件）已成为一种有效的方式，可以减轻总体重量，增加叶片刚度，以防突然阵风时塔架撞击。

　　
风叶开发的新的研究工作包括使用增材制造（AM，3D打印）用于风叶模具或最终使用的风叶部件，例如来自美国缅因大学先进结构和复合材料中心（UMAN-ASCC）正在进行的项目，使用基于生物材料的3D打印风叶模具；美国橡树岭国家实验室（ORNL）、通用电气业务部门和其他部门正在进行的直接3D打印风叶尖端的项目。然而，随着时间的推移，风力涡轮机叶片会磨损或老化，必须更换。作为回应，该行业正越来越多地讨论如何处理退役复合材料涡轮叶片的解决方案，尤其是如何回收退役复合材料涡轮叶片。几家风电行业的领导者已经宣布计划逐步采用完全可回收的叶片和涡轮机。例如，西门子Gamesa在2021年7月宣布，其目标是重新设计其所有涡轮机，以确保到2040年100%的可回收涡轮机市场。丹麦?rsted A/S于2021年6月宣布其计划回收或再利用其在全球范围内退役的所有海上风电叶片。维斯塔斯表示，到2040年，该公司将生产零废物风力涡轮机。通用电气可再生能源公司）已与威立雅北美公司合作，回收通用电气美国陆上涡轮机的风叶。

　　
学术机构和企业也在推动风力叶片回收的研究和开发。2021年，该领域新公布的研究项目和财团包括CETEC（热固性环氧复合材料循环经济）倡议；由 10 个合作伙伴组成的 DecomBlades 财团；Aker Offshore Wind（Lysaker，挪威）、Aker Horizons（挪威）和斯特拉斯克莱德大学（苏格兰）之间关于 GFRP 风力叶片回收开发的谅解备忘录 (MoU )；以及 GE Renewable Energy 和LafargeHolcim之间的合作伙伴关系 （瑞士楚格）探索将风力叶片材料回收成水泥等建筑材料。

　　
许多研发工作也将重点放在使风机叶片本身更加可回收上。例如，2021年9月7日，西门子Gamesa宣布推出可回收叶片，该产品据称是世界上第一款可回收的风机叶片，可用于海上商业用途。可回收叶片使用了一种新的树脂配方，以便于回收工作。

　　
有的也正在探索重新调整整个叶片结构的用途，而不是将组件分解到其他地方重新使用。例如，波兰公司Anmet已开发出将风叶重新用作人行天桥甚至家具的方法。在其他涡轮机部件上使用可回收或更可持续的材料的工作也正在进行。例如，Greenboats GmbH（德国不来梅）、Sicomin（法国马蒂格斯堡）和Bcomp（瑞士弗里堡）的合作伙伴Greenboats GmbH建造天然纤维复合材料短舱的项目是2021年JEC创新奖的最终入围者。

　　
还有其他可再生能源部门也在使用复合材料的，例如一种很有前途的海洋能源技术是波浪能转换器（WEC），该设备利用海浪运动发电。2021年，CorPower ocean（瑞典斯德哥尔摩）建造了其纤维缠绕玻璃纤维增强复合材料（GFRP）的第一个全尺寸原型，浮标形状的WEC，该公司希望到2025年将其扩大到工业规模的海洋能源农场。其他复合材料密集型可再生能源技术包括潮汐涡轮机叶片，或淡水水力发电涡轮机叶片，如Kinetic NRG（澳大利亚黄金海岸）开发的螺旋形设计。2021年设计、制造、检测公司?ireComposites、全球海洋可再生能源解决方案公司ORPC和爱尔兰国立戈尔韦大学启动了一个项目，以开发和销售由全回收碳制成的潮汐涡轮机箔纤维复合材料。

 

作者：钱鑫博士

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