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    化纤家族强势竞争者——玄武岩纤维

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    化纤家族强势竞争者——玄武岩纤维

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    2020年中国玄武岩纤维行业概览
    2020年中国玄武岩纤维行业概览

    金属及材料

    发布时间

    2020-11-17 00:00

    全文字数:3,760字,精读时间:7分钟

    本文援引于报告《2020年中国玄武岩纤维行业概览》,首发于头豹科技创新网(www.leadleo.com)。

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    高性能纤维是中国经济发展的关键产业之一,玄武岩纤维意义重大

    纤维材料在人类的发展史上具有重要的地位。从最早的动植物纤维到人工合成的聚酯(涤纶)、聚酰胺(尼龙),再到现如今被热议的各类高性能纤维如碳纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维等,人类对于纤维的探索和应用一直在前进。本文的主角玄武岩纤维就是中国大力发展的高性能纤维材料之一,具有重要的战略意义和良好的发展前景。早在2012年,玄武岩纤维就被列入新材料“十二五”发展规划之中,并在随后的“十三五”被持续关注。随着近年来中国面临经济转型和产业升级需要,玄武岩纤维为代表的高性能纤维的应用可有效提高原产品的性能,并改善使用体验,因此玄武岩纤维是具有庞大市场需求的高性能纤维材料之一。头豹预计在今年提出的“十四五”规划下,玄武岩纤维将继续成为国家重点发展的细分高性能纤维领域,迎来第三个五年的政策红利期。

    玄武岩纤维是玻璃纤维的有力竞争者,是新型化学高性能纤维材料之一

    玄武岩纤维是玄武岩石料在高温熔融后,通过拉丝漏板高速拉制而成的连续纤维,具有优秀强度、耐热、隔音的新型高性能无机纤维,与碳纤维、芳纶纤维、高分子量聚乙烯纤维被共同列为重要高性能纤维发展对象。在性能方面,玄武岩纤维十分优秀,在拉伸强度、弹性模量等参数方面并不亚于高强度玻纤和碳纤维。碳纤维是化纤材料行业最具发展前景的分支之一,其优秀的耐热性能和强度使之成为了高性能纤维的代表之一。另外,玻璃纤维则是当前应用十分成熟的化学纤维品种,其S型高强玻纤是玻纤家族中性能最为优秀的种类之一。然而,玄武岩纤维具有不亚于高强玻纤、碳纤维的综合性能,甚至在某些方面更加突出,是有望对标玻纤发展的新型纤维材料。早在上世纪七十年代,美国就曾在玄武岩纤维和玻璃纤维的研发路线上选择了后者,并推出了许多成熟的玻纤产品。然而随着玄武岩纤维相关研究的深入,人类发现玄武岩纤维有望发展成为和玻纤一样成熟的化学纤维材料,甚至在未来有望逐步替代玻纤的应用,因此头豹认为,玄武岩纤维行业将迎来发展的黄金阶段。

    下游应用领域想象空间巨大,建筑和安全防护领域是重点发展方向

    玄武岩纤维下游企业负责对玄武岩半成品材料进行深加工,生产能够应用于不同细分领域的纤维制品。下游企业主要加工的产品类别分别为玄武岩纤维增强复合材料以及玄武岩纤维编织制品。复合工艺主要是以有机聚合物为基体材料,通过添加玄武岩纤维作为增强材料混合制成具有特殊性能的复合材料。而编织则是将玄武岩纺织纱通过编织的方式制成各类编制物品,其与传统纤维编织方法类似,但性能上更加优越。


    从应用场景来看,玄武岩纤维复合材料可以制成壳体材料应用于坦克装甲、船舶、轿车以及火车等器械;制成零部件材料应用于民用机电工业;制成高压管道应用于石油、矿业、排污等领域;或制成水泥混合玄武岩纤维、玄武岩纤维复合筋等建材产品应用于建筑领域。玄武岩编织物则可制成各类编制产品如防护服、手套、针刺毡、高温滤袋等应用于消防、化工、冶金领域。头豹预计中国市场庞大的基建需求以及全民安全防护意识的提高,玄武岩纤维将在玄武岩纤维复合建筑材料、隔热防护等领域迎来较好发展机遇。


    中游纤维材料生产商是产业链中最为核心的环节,生产技术是关键因素

    中国玄武岩纤维产业链由上游原料供应商、中游纤维生产商以及下游深加工企业组成。其中上游企业主要负责为中游纤维生产企业提供生产用玄武石石料。中游企业通过对玄武岩熔融、拉丝的加工处理,生产标准化的玄武岩纤维材料供下游加工使用。下游企业通过编织、复合等方式生产能实际应用的玄武岩纤维产品,应用于消防、环保、航空航天、军工、汽车船舶制造、工程塑料及建筑等领域诸多领域。中游玄武岩纤维的生产难度较高,成品质量对下游加工具有重要影响。因此中游在原料筛选、熔融处理、拉丝工艺等众多环节都亟需技术的进步,是产业链中最为重要的环节之一。

    玄武岩纤维市场规模有望持续保持向上增长态势

    按照过去五年中国玄武岩纤维产量的增长情况预测,中国的玄武岩纤维市场规模将有较大的提升。自2015年至2020年,中国本土玄武岩纤维年产量从不到10,000吨增长至50,000吨,若玄武岩纤维下游市场稳定发展并逐步替代其他高性能纤维材料,市场需求将继续增加,驱动本土产能增加。因此若预测未来产量增幅继续保持每年10,000吨的增长幅度,市场规模将有望持续稳步提升。

    玄武岩纤维的生产将向原料均质化、设备大型池窑化发展

    2020年7月,世界首条玄武岩纤维2,400孔漏板拉丝智能化池窑生产线在四川正式建成,标志着中国玄武岩纤维生产工艺在诸多方面迎来突破,这对该行业的发展具有重要的促进意义。从技术层面来看,玄武岩纤维的生产主要就是通过对玄武岩石料进行熔融处理并拉丝,环节较为简单。但由于早期多使用坩埚进行生产,设备效率较低,且原材料品质难以把控,因此十分不利于行业的规模化发展。随着各地新技术陆续投入使用,原材料均质化、设备池窑化以及拉丝漏板大型化将成为生产环节的重要发展趋势。具体主要有三个技术发展趋势:

    (1)原材料均质化:玄武岩石料储量丰富但品种差异巨大,因此原材料均质化技术对于控制产品性能波动、提高生产效率具有十分重要促进作用。原材料均质化技术的使用有助于推动中下游玄武岩纤维生产及应用;

    (2)生产设备池窑化: 池窑化技术是指将传统的坩埚设备替代为池窑设备进行生产,具有产量更大、生产效率更高等特点。相比之下,坩埚工艺产量低、能耗高、稳定性可纺性差、成丝率低。大型池窑的使用是玄武岩纤维规模化、产业化的重要趋势之一。在熔化技术上,使用电熔技术的池窑设备可以更好的控制炉内温度,同时保证原料充分熔化,是当前池窑的主流发展路线;

    (3)拉丝漏板大型化:为了配合大型池窑设备的生产,拉丝漏板将向大型化发展,从200孔、400孔漏板孔数向1,600孔、2,400孔等更多漏板孔数方向发展,这是降低生产成本和提高产品品质的重要途径之一。

    深度见解:玄武岩纤维未来发展存在不确定性,玻纤将是其拦路虎之一

    玄武岩纤维与玻璃纤维在材料属性和应用上十分相似,因此两者存在竞争关系。通过对比两种纤维材料发现:

    (1)在生产工艺上,玄武岩纤维生产工艺相对简单,企业通过对玄武岩石破碎处理后清洗投入设备熔炼即可生产。因此,简便的生产流程有助于提升企业生产效率,快速提高产量规模。但由于石料产地各异,原材料纯度和稳定性控制具有难度,因此在生产产品上难以保证玄武岩纤维的稳定性。而玻璃纤维生产工艺相对复杂,生产过程中需要对原料进行分配及处理。由于玻璃一般由硅砂、硼、铝氧化物等矿物质成,若要生产玻璃纤维需要对上述原料成分分别称量加入,因此增加了生产流程的复杂程度。

    (2)在拉丝设备上,玄武岩因具有更强的磨损力,若不及时维修拉丝漏板容易影响产出纤维的稳定性。因此玄武岩纤维对于拉丝漏板的用量较大,进而提升了生产成本。然而,玻璃纤维相比于玄武岩纤维在拉丝漏板上的投入相对较小。玻纤漏板的使用寿命一般在6个月以上,比玄武岩纤维多1-3个月的使用寿命,因此玻璃纤维的生产成本较低,具有价格竞争优势。

    (3)在性能方面,玄武岩纤维相比于E型玻璃纤维具有更好的综合性能。其在短切原丝、粗砂等产品的测试上相比于玻璃纤维均具有更高的断裂强度和杨氏模量。同时玄武岩纤维具有抗紫外线、电磁辐射的材料优势,有利于产品在下游应用领域的拓展。然而,作为当前应用最为广泛的玻纤品种,E型普通玻璃纤维在性能上与玄武岩纤维具有差距。除此之外,玻纤在耐酸碱性、生产气体排放上都存在劣势,不利于玻纤的发展。

    综合来看,玄武岩纤维生产工艺简单,综合性能优秀但原材料稳定性较差、生产设备的购买与维护成本较大。然而,随着均质化技术和大型拉丝漏板的应用,上述问题将得已解决,进而使得玄武岩纤维在各方面均优于玻璃纤维材料。


    从历史角度来看,美国作为较早开展玄武岩纤维相关理论研究的国家曾在1970年就放弃了玄武岩纤维的研究,转而在玻纤领域加大了投入,并成功研发出S-2玻纤等高性能产品。现阶段,玻璃纤维已经成为发展十分成熟的纤维材料,被应用于生活的方方面面,而玄武岩纤维行业的发展仍未迎来真正的爆发阶段。未来玄武岩纤维是否可以成功普及甚至替代玻璃纤维应用于下游市场在目前来看仍存在不确定性,但考虑到玄武岩纤维在技术层面发展迅速,且倍受政策青睐,相信两种纤维材料的竞争格局将在未来几年内市场的反馈下得到更加清晰的答案。

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