復(fù)合材料未來十年中，在航空航天，汽車和其他市場的應(yīng)用前景怎樣？有哪些機(jī)遇和挑戰(zhàn)呢？
航空航天
圖中為一架夏威夷航空波音787，波音787于2011年首次投入使用。圖片來源：波音
從2010年-2020年，在這過去的十年中，復(fù)合材料帶給我們哪些創(chuàng)新呢？又有哪些改變了現(xiàn)在我們的生活呢？
在航空航天的傳統(tǒng)復(fù)合材料市場中，波音787于2011年開始服役，而具有類似復(fù)合材料的空中客車A350 XWB出現(xiàn)在2015年。龐巴迪的? C系列單通道飛機(jī)（用樹脂注入制備復(fù)合材料機(jī)翼），在2016年開始服役。空中客車隨后在2018年收購了C系列產(chǎn)品線，并將其更名為A220。最終，令人遺憾的是，2019年，歐洲飛機(jī)制造業(yè)巨頭空中客車公司發(fā)表聲明說，由于大客戶削減訂單，空中客車決定停止生產(chǎn)A380超大型噴氣式客機(jī)，并在2021年完成所有A380訂單交付。
圖片來源：空客官網(wǎng)
汽車領(lǐng)域
在汽車領(lǐng)域，2013年，寶馬通過i3和i8震驚了整個行業(yè)，建立了一個全球性的垂直供應(yīng)鏈，造成許多人推測，碳纖維在汽車領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的時代很快就會到來。兩年后，寶馬推出了經(jīng)過重新設(shè)計的7系列，這是一輛多材料車輛，其中約有15個碳纖維結(jié)構(gòu)部件，這暗示著大眾化的替代之路。
圖片：由碳纖維、鋼、鋁構(gòu)成的全新BMW 7系智能輕量化車身結(jié)構(gòu)
通用汽車于2018年推出了業(yè)內(nèi)首個碳纖維復(fù)合皮卡貨箱。實際上，在2001年通用汽車已經(jīng)建造了首個用于全尺寸卡車的生產(chǎn)線。2019年的GMC CarbonPro車廂還采用了帝人公司的熱塑性復(fù)合材料制造工藝，該工藝將20毫米長的碳纖維與尼龍6結(jié)合在一起，并進(jìn)行模壓成型，零件循環(huán)時間僅為60-80秒。
圖片來源：GMC
回收領(lǐng)域
在復(fù)合材料回收領(lǐng)域，尤其是碳纖維復(fù)合材料（除廢纖維之外），十年前，幾乎沒有回收的供應(yīng)基礎(chǔ)，到后來有十幾個供應(yīng)商，再到現(xiàn)在有了許多供應(yīng)商向下游應(yīng)用領(lǐng)域提供了大量產(chǎn)品。在過去的十年里，復(fù)合材料在回收領(lǐng)域已經(jīng)長足的發(fā)展。但是目前，高效率回收仍面臨技術(shù)難關(guān)。
風(fēng)力發(fā)電
風(fēng)能行業(yè)擁有標(biāo)志性的十年，全球產(chǎn)能已超過三倍，并被證明是復(fù)合材料的強(qiáng)勁市場。這部分將在下期有更詳細(xì)地介紹，因此這里將重點(diǎn)介紹航空航天和汽車。
未來十年復(fù)合材料的發(fā)展趨勢
IACMI的復(fù)合材料專家Dale Brosius訪問了英國多家專注于復(fù)合材料的研究機(jī)構(gòu)，并于2019年12月訪問了德國北部和南部的多個弗勞恩霍夫研究所和DLR研究所，以及為航空航天和汽車市場服務(wù)的多家生產(chǎn)企業(yè)。盡管國家之間存在一定程度的差異，但主要的推動力是提高生產(chǎn)速度和降低成本占主導(dǎo)地位，而回收利用以及相關(guān)的研發(fā)工是可持續(xù)性不可或缺的一部分。
目前雖然在航空航天領(lǐng)域仍然存在各種問題，但航空航天復(fù)合材料的未來變得越來越清晰。盡管沒有正式宣布更換波音和空中客車單通道飛機(jī)的正式聲明，但很明顯，許多航空航天研究都集中在以更高的速率提供技術(shù)來制造，加工，檢查和組裝大型先進(jìn)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)。
每年交付100至140架寬體飛機(jī)是一回事，而完全由復(fù)合材料主結(jié)構(gòu)每年制造700至900架單通道飛機(jī)則是另一回事。當(dāng)考慮無人駕駛飛機(jī)（UAV）和城市空中機(jī)動性（UAM）（例如出租車）的相鄰市場時，每年的交易量可能會達(dá)到數(shù)千。
雖然在航空航天領(lǐng)域中，大家對熱塑性復(fù)合材料有相當(dāng)大的興趣，客機(jī)的大型結(jié)構(gòu)最有可能保留在熱固性復(fù)合材料中（真空注入或在預(yù)浸料熱壓罐工藝），而在其他較小的部件中則使用熱塑性復(fù)合材料。對于UAV和UAM市場，希望業(yè)界考慮使用熱塑性復(fù)合材料，并結(jié)合為汽車開發(fā)的技術(shù)，例如高壓樹脂傳遞模塑（HP-RTM），拉擠成型和壓縮模塑。
另一方面，汽車領(lǐng)域顯示出很大的不確定性。人們?nèi)匀粚μ祭w維抱有濃厚的興趣，但是現(xiàn)在必須根據(jù)其他驅(qū)動力（電氣化，移動性和自主性）來考慮碳纖維的價值，而不僅僅是為了輕量化而進(jìn)行輕量化。
在過去的十年中，碳纖維復(fù)合材料的循環(huán)時間和成本已降低了50％或更多，而且還有待進(jìn)一步發(fā)展。非連續(xù)碳纖維，無論是回收的還是來自成本較低的前體/工藝的碳纖維，將在自動化程度高且報廢率低的地方找到作為壓縮或注塑復(fù)合材料的補(bǔ)強(qiáng)之所。盡管寶馬最近宣布將繼續(xù)制造i3直到2024年，但整個德國汽車工業(yè)都已從連續(xù)碳纖維的新應(yīng)用中退出。
大批量汽車結(jié)構(gòu)件中碳纖維的未來將取決于最終零件成本能否降至每公斤18歐元（約合每磅10美元）以下。可能的中期解決方案包括連續(xù)的玻璃纖維或混合的玻璃/碳結(jié)構(gòu)，以及增加的混合包覆成型部件的開發(fā)。
未來十年復(fù)合材料的產(chǎn)量將是多少？對于航空航天領(lǐng)域，未來看起來一片光明。但是對于汽車領(lǐng)域，我們?nèi)匀恍枰恍┩黄啤?/div>
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