(报告出品方/作者:东亚前海证券,李子卓,丁俊波)
1.概述:性能卓越应用广泛,中国成为产业主导
1.1.玻纤:应用广泛的替代性材料
1.1.1.玻纤制品:种类丰富、应用广泛
玻璃纤维是一种极其纤细的无机非金属材料。玻璃纤维是一种以白泡石、叶蜡石、高岭土、石英砂、石灰石等天然无机非金属矿石为原料,按一定的配方经高温熔制、拉丝、烘干及后加工等工艺加工而成的无机纤维,其单丝直径为几微米到二十几微米,相当于一根头发丝的 1/20-1/5。
玻纤分类众多,分别适用于不同场景。玻纤可以根据成分划分为无碱、中碱、高碱、高强、无硼无碱等不同种类,性能均有所差异,并根据其性能特点被应用在不同的领域。例如,碱金属氧化物含量小于0.8%的玻纤为无碱玻纤,具有良好的电气绝缘性及机械性能,耐酸性差,因此广泛用于需要电绝缘的场景或用于玻璃钢中;碱金属氧化物含量在11.9%-16.4%的属于中碱玻纤,耐酸性较强但是电气性能差,机械强度比无碱玻纤低,国外将其用于对机械强度要求较低的增强沥青屋面材料;高强玻璃纤维含有一定量的氧化锆,具备拉伸强度高、产量低、成本高的特点,因此被重点用于军工制品;此外高碱纤维性能较差,已经基本被淘汰。
玻纤可直接用于生产玻纤制品,玻纤制品可细分为无纺制品和纺织制品两大类,应用广泛。无纺制品是指采用热学、化学和机械等非织造方式对玻璃纤维进行加工制成的产品,主要以玻璃纤维毡为主,可用于建筑材料、冷藏用具、汽车内饰、玻璃钢管道等多个领域。玻璃纤维纺织制品是以连续玻璃纤维或定长玻璃纤维为基材制成的纺织制品的通称,包括玻璃纤维布、多轴向织物、缝编织物和玻璃带等,其中玻璃纤维布占据主导地位,主要用于生产玻璃钢、建筑材料和覆铜板,其余的纺织制品可用于生产电气设备零件、风电叶片、混凝土薄板等。
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1.1.2.玻纤复合材料:性能优异、前景广阔
玻纤也可与其他材料复合制成玻纤复合材料,其中玻璃钢为主要产品。 玻纤可与树脂合成为玻纤增强塑料(玻璃钢),或是加入沥青制成玻纤增 强沥青等。由于可复合的材料种类众多,目前玻纤复合材料没有明确的分 类。据前瞻产业研究院的数据,玻璃钢约占玻纤复合材料与制品市场的 75%, 占据主导地位。因此我们以玻璃钢为例,分析玻纤复合材料的性能优势。 玻璃钢是一种综合性能优异的替代性材料。
玻璃钢是以合成树脂作为 基体,以玻璃纤维及其制品(毡、布、带等)为增强材料的复合材料。玻璃钢 的名字来源于它与玻璃一样的外观和堪比钢材的拉伸强度。与施工中最为 常见的钢材进行比较,钢材密度为 7.85 10 3kg/m3,玻璃钢密度则为 1.9 10 3kg/m3,比钢材更轻盈,且比强度与耐腐蚀性远超钢材;与铝合金相 比,铝合金导热系数达 203.5W/m. ,玻璃钢导热系数则为 0.3W/m. ,玻 璃钢保温性能更好,并且玻璃钢使用寿命为 50 年,是铝合金的 2 倍。由于 综合性能优秀,玻璃钢作为传统材料的替代品,被广泛用于建筑、铁道铁 路、航空航天、游艇泊船等多个行业。
玻璃钢可分为 GRTP 和 GRP,其中 GRTP 性能更优秀。玻璃钢可分 为玻纤增强热塑性塑料(GRTP)和玻纤增强热固性塑料(GRP),两者差 别主要在于固化过程是否可逆。GRTP 的加热变软、冷却变硬过程是物理变 化,可以反复进行;GRP 的加热固化过程则发生了化学变化,不能通过加 热再次进行加工。热塑性塑料密度低至 1.1g/cm3、处理工序少、原料利用率 高达 95%、且可回收利用。除对固化有要求的领域外,热塑性塑料性能更 为优秀,因此更受市场青睐。
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1.2.工艺:坩埚法逐步淘汰,池窑法成为主流
坩埚法工艺复杂。玻璃纤维生产工艺分为坩埚拉丝法和池窑拉丝法。 坩埚拉丝法工艺复杂,以双坩埚法为例,双坩埚法流程为首先将选用的芯 料和皮料进行净化处理,随后将其投入铂金双坩埚加热到超 1000 ,待芯 皮玻璃熔化后,熔融的芯皮玻璃因自重从漏嘴流出,在收丝轮的牵引作用 下,被拉制成原丝。