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不斷尋找新市場的碳纖維復(fù)材

2017-8-15 10:47:54

根據(jù)碳纖維復(fù)合材料聯(lián)盟(Carbon Composites e.V.)的最新研究《2016 年全球CFRP 市場》指出，未來幾年內(nèi)所有行業(yè)的碳纖維復(fù)合材料(CFRP)的平均增長率將達到11-12%。領(lǐng)先的碳纖維制造商正在尋找不同的業(yè)務(wù)發(fā)展方式，并擴大碳纖維復(fù)合材料在越來越多的應(yīng)用中所起的作用。
開發(fā)新材料解決方案
西格里集團(SGL Group)設(shè)在德國Meitingen 的纖維與復(fù)合材料業(yè)務(wù)部(CFM)運營總部。
西格里集團(SGL Group)的做法是通過對纖維和材料運作部門的合并，為客戶提供一站式服務(wù)，同時支持其開發(fā)基于自動化生產(chǎn)流程的新材料解決方案。“我們不認(rèn)為碳纖維增強塑料和復(fù)合材料會取代鋁和鋼，它們將會成為未來材料組合的一部分。”西格里集團(SGL Group)“復(fù)合材料-纖維和材料”業(yè)務(wù)部門的負(fù)責(zé)人Andreas Wüllner 表示：“特別是，它們將最大化的物盡其用，充分發(fā)揮它們的性能優(yōu)勢，同時，盡可能容易地集成到現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝中來。”
為了實現(xiàn)這些目標(biāo)，西格里集團(SGL Group)還在德國奧格斯堡附近的Meitingen建立了一個新的輕量化及應(yīng)用中心。該中心著重于生產(chǎn)過程和產(chǎn)品的開發(fā)，以及原型和小型系列組件的生產(chǎn)。此外，在今年的二月，西格里集團(SGL Group)決定將纖維和材料領(lǐng)域的業(yè)務(wù)與輕量化應(yīng)用結(jié)合起來。集團將復(fù)合材料業(yè)務(wù)和西格里汽車碳纖維公司(SGL Automotive Carbon Fibers)的業(yè)務(wù)合并，成立了一個新的業(yè)務(wù)部門。新的業(yè)務(wù)部門“復(fù)合材料-纖維和材料”(CFM)由Andreas Wüllner負(fù)責(zé)領(lǐng)導(dǎo)。
新寶馬7系車身結(jié)構(gòu)使用“碳芯”元素新材料，混合動力車是西格里集團(SGL Group)認(rèn)為有助于擴大碳纖維復(fù)合材料使用的一個領(lǐng)域。在這一系列應(yīng)用中，新型號系列的車頂框架采用碳纖維編織物與鋁結(jié)合使用。
Andreas Wüllner表示，目前復(fù)合材料行業(yè)所面臨的主要挑戰(zhàn)之一，是要以自動化方式來生產(chǎn)復(fù)合材料，并將其與現(xiàn)有的生產(chǎn)方法相結(jié)合。
西格里集團(SGL Group)還開發(fā)了智能材料混合概念，突出了未來汽車工程中不同材料綜合使用新的具體的可能性。這些包括預(yù)浸纖維束——基于50k 連續(xù)碳纖維絲束的SIGRAPREG?TowPregs。由于其寬度的穩(wěn)定性和良好的纏繞行為，這些被認(rèn)為特別適用于自動化生產(chǎn)過程。例如，它們可以結(jié)合新型快速固化預(yù)浸樹脂，比如西格里集團(SGL Group)最近開發(fā)的“快速固化”E420環(huán)氧樹脂體系。E420材料工具箱具有快速固化時間(150℃時小于3分鐘)和良好的儲存穩(wěn)定性(常溫環(huán)境)等優(yōu)點。預(yù)浸半成品也具有優(yōu)化的自動化加工功能。140-150℃的高玻璃化轉(zhuǎn)變溫度使組件能夠在較高的溫度下脫模。
同時，西格里集團(SGL Group)在葡萄牙建立了新的碳纖維原絲生產(chǎn)線，總投資額達3000萬歐元，以完成其內(nèi)部完整的基于碳纖維的解決方案價值鏈。
在復(fù)合材料與石墨材料及系統(tǒng)業(yè)務(wù)領(lǐng)域，西格里集團(SGL Group)的增長計劃是實現(xiàn)50%的銷售增長率，而原絲生產(chǎn)也是這個可持續(xù)性盈利增長計劃中的一部分。未來，公司將重點扶持和加速與交通動力、能源供應(yīng)以及數(shù)字化大趨勢相關(guān)的發(fā)展。
高拉伸模量纖維
赫氏公司(Hexcel)的目標(biāo)是開發(fā)更高拉伸和模量的纖維，以滿足航空航天工業(yè)對碳纖維材料性能的快速增長。赫氏公司(Hexcel)增強纖維產(chǎn)品管理的集團總監(jiān)Lyndon Smith認(rèn)為，就目前碳纖維復(fù)合材料市場而言，碳纖維的應(yīng)用在許多領(lǐng)域都在不斷增長，包括航空航天、風(fēng)能、國防、太空、汽車領(lǐng)域和在全球工業(yè)的應(yīng)用。
Lyndon Smith說：“持續(xù)的輕量化需求是行業(yè)發(fā)展的新動力。碳纖維提供了強度、耐用性，以及和獨特的設(shè)計方案。”Hexcel認(rèn)為，隨著設(shè)計師們將在未來的設(shè)計中學(xué)習(xí)如何優(yōu)化這項技術(shù)，碳纖維的應(yīng)用將會越來越強大。更高拉伸和模量纖維的增長將使設(shè)計的靈活性更高，但這些參數(shù)必須考慮到性能與成本。
為了滿足這些需求，赫氏公司(Hexcel)已經(jīng)推出了高模量纖維，如HexTow? HM63，以及HexTow? IM10——目前市場上最高的抗拉纖維。
赫氏公司(Hexcel)的HM或高模量纖維是推向市場的最新研發(fā)產(chǎn)品。該公司表示HexTow? HM63對任意高強度高剛度方面的應(yīng)用都是一種理想材料，這些應(yīng)用包括空間探索、衛(wèi)星、無人機、商用飛機和直升機等以及高端運動和娛樂應(yīng)用，如一級方程式、海洋運動、自行車和釣魚竿。
Lyndon Smith補充說：“在激動人心的高增長應(yīng)用中，奧爾巴尼工程復(fù)合材料(Albany Engineered Composites)和SAFRAN 選擇了IM7 12 K用于制造LEAP 發(fā)動機，是HexTow?碳纖維的應(yīng)用范例。
對于未來，Lyndon Smith認(rèn)為，提高結(jié)構(gòu)中碳纖維的設(shè)計利用，將從輕量化和定向強度中受益，這將進一步優(yōu)化給定應(yīng)用，同時最大限度地降低纖維成本。
赫氏公司(Hexcel)還在法國Roussillon建設(shè)了一家新工廠，以擴大其碳纖維和原絲的生產(chǎn)能力。
SAFRAN 使用Hexcel 的HexTow? IM7 碳纖維制成的LEAP 發(fā)動機。
來自新工廠的碳纖維將提供給包括空客A350 XWB和SAFRAN 的CFM LEAP 發(fā)動機在內(nèi)的Hexcel的客戶。該工廠將于2018年初全面投入使用。Roussillon工廠位于靠近里昂的Hexcel編織和預(yù)浸料生產(chǎn)制造廠附近，這些設(shè)施還將從進一步投資中獲利2200萬美元。
空客A350 XWB 飛機是Hexcel 碳纖維主要用戶，后者為飛機的所有主要復(fù)合結(jié)構(gòu)提供預(yù)浸料 ?AIRBUS S.A.S2014 – photo by master films/A. DOUMENJOU
進一步的市場擴容
索爾維(Solvay)最近擴建了其美國生產(chǎn)線，使應(yīng)用于飛機結(jié)構(gòu)的碳纖維制造能力翻了一番。這家位于美國南卡羅來納州Piedmont的新工廠已經(jīng)獲得了波音公司的認(rèn)證，用于制造機翼活動襟翼、發(fā)動機艙以及室內(nèi)應(yīng)用等二級結(jié)構(gòu)。
擴建包括將丙烯腈單體轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)模量碳纖維的設(shè)施和設(shè)備。這種類型的纖維用于復(fù)合材料的生產(chǎn)，這些復(fù)合材料經(jīng)預(yù)浸漬，用于商用和軍用飛機的應(yīng)用中。
三菱麗陽(MRC)正在增加其在日本大竹(Otake)生產(chǎn)中心的大絲束碳纖維的生產(chǎn)能力，從目前的2700噸到3900噸。新設(shè)施預(yù)計將于2017年7月至9月開始運行。加上美國Sacramento小絲束碳纖維工廠生產(chǎn)能力的增長，公司的碳纖維總產(chǎn)能將增長約30%，從10100/年噸增加到13300噸/年。
三菱麗陽(MRC)最近的其他舉措，包括與Fiberline Composites A/S了一家合資公司，為風(fēng)力發(fā)電機葉片制造和分銷碳纖維層壓板。MRC將向位于丹麥的合資公司提供在大竹(Otake)生產(chǎn)的高性能大絲束纖維。該項業(yè)務(wù)將利用Fiberline的一種復(fù)合拉擠成型技術(shù)和加工技術(shù)，為風(fēng)力發(fā)電機葉片市場提供輕質(zhì)、且價格具有競爭力的復(fù)合材料層壓板。
MRC最近還與意大利蘭博基尼汽車公司簽署了諒解備忘錄(MOU)，以考慮聯(lián)合開發(fā)汽車用碳纖維復(fù)合材料。這將使三菱麗陽(MRC)在CFRP中間材料和工藝技術(shù)方面與蘭博基尼的技術(shù)和開發(fā)輕型組件產(chǎn)品的知識相結(jié)合。
日本東麗公司(Toray)旗下TORAYCA? 預(yù)浸料產(chǎn)品具有高強度中模碳纖維T800S通過空客公司認(rèn)證，被選為空客A380的主結(jié)構(gòu)原材料。東麗公司(Toray)說，東麗已經(jīng)開始向空客位于德國的工廠供貨。A380是世界上最大、最寬敞的客機，旨在為乘客提供最平滑、最安靜的航班感受。2010年5月，東麗(Toray)與空客集團S.E. 簽署了碳纖維預(yù)浸料長期供應(yīng)協(xié)議，主要用于空客S.A.S.。此次T800S碳纖維預(yù)浸料通過認(rèn)證正是基于這份供應(yīng)協(xié)議做出的決定。東麗(Toray)一直為空客飛機提供TORAYCA? 碳纖維，這是空客公司首次使用TORAYCA? 預(yù)浸料。
此外，東麗(Toray)還表示，正在將其高性能碳纖維TORAYCA? 的供應(yīng)量增加到空中客車業(yè)務(wù)中。該纖維已被Pratt & Whitney選用于制造PW1100G-JM發(fā)動機的風(fēng)扇箱。PW1100G-JM是新型單通道飛機A320neo的引擎，該機型于2016年1月首次交付。此外，A330neo主要結(jié)構(gòu)采用了高性能碳纖維TORAYCA?。

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