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不断寻找新市场的碳纤维复材

2017-8-15 10:47:54

根据碳纤维复合材料联盟(Carbon Composites e.V.)的最新研究《2016 年全球CFRP 市场》指出，未来几年内所有行业的碳纤维复合材料(CFRP)的平均增长率将达到11-12%。领先的碳纤维制造商正在寻找不同的业务发展方式，并扩大碳纤维复合材料在越来越多的应用中所起的作用。
开发新材料解决方案
西格里集团(SGL Group)设在德国Meitingen 的纤维与复合材料业务部(CFM)运营总部。
西格里集团(SGL Group)的做法是通过对纤维和材料运作部门的合并，为客户提供一站式服务，同时支持其开发基于自动化生产流程的新材料解决方案。“我们不认为碳纤维增强塑料和复合材料会取代铝和钢，它们将会成为未来材料组合的一部分。”西格里集团(SGL Group)“复合材料-纤维和材料”业务部门的负责人Andreas Wüllner 表示：“特别是，它们将最大化的物尽其用，充分发挥它们的性能优势，同时，尽可能容易地集成到现有的生产工艺中来。”
为了实现这些目标，西格里集团(SGL Group)还在德国奥格斯堡附近的Meitingen建立了一个新的轻量化及应用中心。该中心着重于生产过程和产品的开发，以及原型和小型系列组件的生产。此外，在今年的二月，西格里集团(SGL Group)决定将纤维和材料领域的业务与轻量化应用结合起来。集团将复合材料业务和西格里汽车碳纤维公司(SGL Automotive Carbon Fibers)的业务合并，成立了一个新的业务部门。新的业务部门“复合材料-纤维和材料”(CFM)由Andreas Wüllner负责领导。
新宝马7系车身结构使用“碳芯”元素新材料，混合动力车是西格里集团(SGL Group)认为有助于扩大碳纤维复合材料使用的一个领域。在这一系列应用中，新型号系列的车顶框架采用碳纤维编织物与铝结合使用。
Andreas Wüllner表示，目前复合材料行业所面临的主要挑战之一，是要以自动化方式来生产复合材料，并将其与现有的生产方法相结合。
西格里集团(SGL Group)还开发了智能材料混合概念，突出了未来汽车工程中不同材料综合使用新的具体的可能性。这些包括预浸纤维束——基于50k 连续碳纤维丝束的SIGRAPREG®TowPregs。由于其宽度的稳定性和良好的缠绕行为，这些被认为特别适用于自动化生产过程。例如，它们可以结合新型快速固化预浸树脂，比如西格里集团(SGL Group)最近开发的“快速固化”E420环氧树脂体系。E420材料工具箱具有快速固化时间(150℃时小于3分钟)和良好的储存稳定性(常温环境)等优点。预浸半成品也具有优化的自动化加工功能。140-150℃的高玻璃化转变温度使组件能够在较高的温度下脱模。
同时，西格里集团(SGL Group)在葡萄牙建立了新的碳纤维原丝生产线，总投资额达3000万欧元，以完成其内部完整的基于碳纤维的解决方案价值链。
在复合材料与石墨材料及系统业务领域，西格里集团(SGL Group)的增长计划是实现50%的销售增长率，而原丝生产也是这个可持续性盈利增长计划中的一部分。未来，公司将重点扶持和加速与交通动力、能源供应以及数字化大趋势相关的发展。
高拉伸模量纤维
赫氏公司(Hexcel)的目标是开发更高拉伸和模量的纤维，以满足航空航天工业对碳纤维材料性能的快速增长。赫氏公司(Hexcel)增强纤维产品管理的集团总监Lyndon Smith认为，就目前碳纤维复合材料市场而言，碳纤维的应用在许多领域都在不断增长，包括航空航天、风能、国防、太空、汽车领域和在全球工业的应用。
Lyndon Smith说：“持续的轻量化需求是行业发展的新动力。碳纤维提供了强度、耐用性，以及和独特的设计方案。”Hexcel认为，随着设计师们将在未来的设计中学习如何优化这项技术，碳纤维的应用将会越来越强大。更高拉伸和模量纤维的增长将使设计的灵活性更高，但这些参数必须考虑到性能与成本。
为了满足这些需求，赫氏公司(Hexcel)已经推出了高模量纤维，如HexTow® HM63，以及HexTow® IM10——目前市场上最高的抗拉纤维。
赫氏公司(Hexcel)的HM或高模量纤维是推向市场的最新研发产品。该公司表示HexTow® HM63对任意高强度高刚度方面的应用都是一种理想材料，这些应用包括空间探索、卫星、无人机、商用飞机和直升机等以及高端运动和娱乐应用，如一级方程式、海洋运动、自行车和钓鱼竿。
Lyndon Smith补充说：“在激动人心的高增长应用中，奥尔巴尼工程复合材料(Albany Engineered Composites)和SAFRAN 选择了IM7 12 K用于制造LEAP 发动机，是HexTow®碳纤维的应用范例。
对于未来，Lyndon Smith认为，提高结构中碳纤维的设计利用，将从轻量化和定向强度中受益，这将进一步优化给定应用，同时最大限度地降低纤维成本。
赫氏公司(Hexcel)还在法国Roussillon建设了一家新工厂，以扩大其碳纤维和原丝的生产能力。
SAFRAN 使用Hexcel 的HexTow® IM7 碳纤维制成的LEAP 发动机。
来自新工厂的碳纤维将提供给包括空客A350 XWB和SAFRAN 的CFM LEAP 发动机在内的Hexcel的客户。该工厂将于2018年初全面投入使用。Roussillon工厂位于靠近里昂的Hexcel编织和预浸料生产制造厂附近，这些设施还将从进一步投资中获利2200万美元。
空客A350 XWB 飞机是Hexcel 碳纤维主要用户，后者为飞机的所有主要复合结构提供预浸料 ©AIRBUS S.A.S2014 – photo by master films/A. DOUMENJOU
进一步的市场扩容
索尔维(Solvay)最近扩建了其美国生产线，使应用于飞机结构的碳纤维制造能力翻了一番。这家位于美国南卡罗来纳州Piedmont的新工厂已经获得了波音公司的认证，用于制造机翼活动襟翼、发动机舱以及室内应用等二级结构。
扩建包括将丙烯腈单体转化为标准模量碳纤维的设施和设备。这种类型的纤维用于复合材料的生产，这些复合材料经预浸渍，用于商用和军用飞机的应用中。
三菱丽阳(MRC)正在增加其在日本大竹(Otake)生产中心的大丝束碳纤维的生产能力，从目前的2700吨到3900吨。新设施预计将于2017年7月至9月开始运行。加上美国Sacramento小丝束碳纤维工厂生产能力的增长，公司的碳纤维总产能将增长约30%，从10100/年吨增加到13300吨/年。
三菱丽阳(MRC)最近的其他举措，包括与Fiberline Composites A/S了一家合资公司，为风力发电机叶片制造和分销碳纤维层压板。MRC将向位于丹麦的合资公司提供在大竹(Otake)生产的高性能大丝束纤维。该项业务将利用Fiberline的一种复合拉挤成型技术和加工技术，为风力发电机叶片市场提供轻质、且价格具有竞争力的复合材料层压板。
MRC最近还与意大利兰博基尼汽车公司签署了谅解备忘录(MOU)，以考虑联合开发汽车用碳纤维复合材料。这将使三菱丽阳(MRC)在CFRP中间材料和工艺技术方面与兰博基尼的技术和开发轻型组件产品的知识相结合。
日本东丽公司(Toray)旗下TORAYCA® 预浸料产品具有高强度中模碳纤维T800S通过空客公司认证，被选为空客A380的主结构原材料。东丽公司(Toray)说，东丽已经开始向空客位于德国的工厂供货。A380是世界上最大、最宽敞的客机，旨在为乘客提供最平滑、最安静的航班感受。2010年5月，东丽(Toray)与空客集团S.E. 签署了碳纤维预浸料长期供应协议，主要用于空客S.A.S.。此次T800S碳纤维预浸料通过认证正是基于这份供应协议做出的决定。东丽(Toray)一直为空客飞机提供TORAYCA® 碳纤维，这是空客公司首次使用TORAYCA® 预浸料。
此外，东丽(Toray)还表示，正在将其高性能碳纤维TORAYCA® 的供应量增加到空中客车业务中。该纤维已被Pratt & Whitney选用于制造PW1100G-JM发动机的风扇箱。PW1100G-JM是新型单通道飞机A320neo的引擎，该机型于2016年1月首次交付。此外，A330neo主要结构采用了高性能碳纤维TORAYCA®。

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