林幸慈 / 工研院材化所
複合材料是由兩種或多種材料組合而成，過去以優異的輕量材質與耐用的材料特性廣為人知。隨著材料科技的進步，因應不同產業的要求與特性需求所研製的新型複合材料日益多元，並廣泛的應用在能源、運輸、航太等各領域，發展前景倍受關注。本文將介紹近年來全球複合材料市場發展現況與應用趨勢。
全球複合材料發展市場概況
複合材料從1940年發展至今已80餘年，一路呈現成長態勢，1960~2010年複合成長率8%，2010以後每年平均成長約3~4%。惟在2020年受疫情爆發影響產量下滑，隨後經濟逐漸復甦，2022年全球複合材料年銷量12.7百萬噸，材料市值為408億美元，製造成複合材料零組件衍生的價值達1,050億美元。(圖一)
複合材料是透過兩種或多種材料組合而成，以優異的輕量材質與高耐用的材料特性廣為人知，纖維補強高分子複材最為常見。2022年各種纖維複合材料在全球市場應用中，由於玻璃纖維成本效益與易加工性使其成為市場主流，產量佔93%，市值佔比76%；另外，碳纖維產量佔比雖僅佔2%，市值佔比卻有19%，主要應用於航太、能源，以及滑雪板、防護手套、頭盔等高性能運動用品，提高複材應用產品附加價值。而高分子基材雖市場有六成是熱固型，但熱塑型材料以其高靈活性、高環境耐受性、輕質、低成本且可回收，已從1980年的市佔2%，發展至近幾年來穩定維持在市佔40%。(表一)2022全球複合材料市場區域分布，將近一半的產量分佈在亞洲市場，其中又以中國28%最大，北美27%居次、歐洲20%；產值則是以北美為首。(圖二)
圖二、2022年全球複合材料市場區域分布
全球複合材料應用趨勢
隨著材料科技的進步，因應不同產業的要求與特性需求，所研製的新型材料多元，使其廣泛的應用在能源、電子電器、建築、海事工程(造船、遊艇)、民生用品、運輸(汽車、軌道)、航太等領域，並持續受到關注。2022年全球複合材料應用產業結構，以價值計算依序為：汽車、軌道等陸上運輸領域應用最多，占20%；其次是受基礎設施開發與翻新驅動的建築業，占19%；民用/軍用飛機、衛星等航太業產量僅不到1%，但因附加價值高，產值占16%；另受惠於綠能發展所需風機、管線及儲槽材料的能源應用占14%，電子電器用品13%、民生消費體育用品7%、海事工程3%，其他含醫療應用等8%。(圖三)
2022年前五大應用領域複合材料製程技術占比，依應用領域不同製程技術差異很大，Markets and Markets報告指出鋪層製造技術仍為市場大宗，然而在新興國家汽車、建築行業應用帶動下，由於樹脂轉注技術可生產大型、形狀複雜的結構件，且能滿足應用端對於高機械性能、有嚴格尺寸公差和高表面光潔度之要求，因此被視為未來五年成長前景最好的製程，2027年產值預估可達300億美元。(圖四)
圖四、2022年前五大應用領域複合材料製程技術占比
在各應用領域中以複合材料占所有材料重量比做為材料市場滲透率，由圖五可見複合材料在風電機組、海事工程(遊艇)、電子電器成為主要材料，占比分別為73%、52%、37%，其餘領域相較於2010年亦增長3~6個百分點的滲透。值得一提的是運輸業，雖然目前碳纖維、熱塑性樹脂原料成本較高，儘管複合材料比傳統材料(鋼、鋁)具備優勢，卻在汽車行業使用率偏低，使得其生產相關投資高，以致於汽車應用市場成長 ---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。