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(lái)源：波音

   從2010年-2020年，在這過(guò)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(chǎng)中，波音787于2011年開(kāi)始服役，而具有類(lèi)似復(fù)合材料的空中客車(chē)A350 XWB出現(xiàn)在2015年。龐巴迪的? C系列單通道飛機(jī)（用樹(shù)脂注入制備復(fù)合材料機(jī)翼），在2016年開(kāi)始服役?？罩锌蛙?chē)隨后在2018年收購(gòu)了C系列產(chǎn)品線(xiàn)，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(chē)公司發(fā)表聲明說(shuō)，由于大客戶(hù)削減訂單，空中客車(chē)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(lái)源：空客官網(wǎng)

 

    在汽車(chē)領(lǐng)域，2013年，寶馬通過(guò)i3和i8震驚了整個(gè)行業(yè)，建立了一個(gè)全球性的垂直供應(yīng)鏈，造成許多人推測(cè)，碳纖維在汽車(chē)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的時(shí)代很快就會(huì)到來(lái)。兩年后，寶馬推出了經(jīng)過(guò)重新設(shè)計(jì)的7系列，這是一輛多材料車(chē)輛，其中約有15個(gè)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(chē)身結(jié)構(gòu)

 

    通用汽車(chē)于2018年推出了業(yè)內(nèi)首個(gè)碳纖維復(fù)合皮卡貨箱。實(shí)際上，在2001年通用汽車(chē)已經(jīng)建造了首個(gè)用于全尺寸卡車(chē)的生產(chǎn)線(xiàn)。2019年的GMC CarbonPro車(chē)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(zhǎng)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(shí)間僅為60-80秒。

 

圖片來(lái)源：GMC

 

    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(méi)有回收的供應(yīng)基礎(chǔ)，到后來(lái)有十幾個(gè)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(guò)去的十年里，復(fù)合材料在回收領(lǐng)域已經(jīng)長(zhǎng)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)能行業(yè)擁有標(biāo)志性的十年，全球產(chǎn)能已超過(guò)三倍，并被證明是復(fù)合材料的強(qiáng)勁市場(chǎng)。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(chē)。

 

    IACMI的復(fù)合材料專(zhuān)家Dale Brosius訪(fǎng)問(wèn)了英國(guó)多家專(zhuān)注于復(fù)合材料的研究機(jī)構(gòu)，并于2019年12月訪(fǎng)問(wèn)了德國(guó)北部和南部的多個(gè)弗勞恩霍夫研究所和DLR研究所，以及為航空航天和汽車(chē)市場(chǎng)服務(wù)的多家生產(chǎn)企業(yè)。盡管?chē)?guó)家之間存在一定程度的差異，但主要的推動(dòng)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(wèn)題，但航空航天復(fù)合材料的未來(lái)變得越來(lái)越清晰。盡管沒(méi)有正式宣布更換波音和空中客車(chē)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(lái)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(wú)人駕駛飛機(jī)（UAV）和城市空中機(jī)動(dòng)性（UAM）（例如出租車(chē)）的相鄰市場(chǎng)時(shí)，每年的交易量可能會(huì)達(dá)到數(shù)千。

 

    雖然在航空航天領(lǐng)域中，大家對(duì)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(duì)于UAV和UAM市場(chǎng)，希望業(yè)界考慮使用熱塑性復(fù)合材料，并結(jié)合為汽車(chē)開(kāi)發(fā)的技術(shù)，例如高壓樹(shù)脂傳遞模塑（HP-RTM），拉擠成型和壓縮模塑。

 

    另一方面，汽車(chē)領(lǐng)域顯示出很大的不確定性。人們?nèi)匀粚?duì)碳纖維抱有濃厚的興趣，但是現(xiàn)在必須根據(jù)其他驅(qū)動(dòng)力（電氣化，移動(dòng)性和自主性）來(lái)考慮碳纖維的價(jià)值，而不僅僅是為了輕量化而進(jìn)行輕量化。

 

    在過(guò)去的十年中，碳纖維復(fù)合材料的循環(huán)時(shí)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(wú)論是回收的還是來(lái)自成本較低的前體/工藝的碳纖維，將在自動(dòng)化程度高且報(bào)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(gè)德國(guó)汽車(chē)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(chē)結(jié)構(gòu)件中碳纖維的未來(lái)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?？赡艿闹衅诮鉀Q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(kāi)發(fā)。

 

    未來(lái)十年復(fù)合材料的產(chǎn)量將是多少？對(duì)于航空航天領(lǐng)域，未來(lái)看起來(lái)一片光明。但是對(duì)于汽車(chē)領(lǐng)域，我們?nèi)匀恍枰恍┩黄啤?/div>