根據(jù)碳纖維復(fù)合材料聯(lián)盟的最新研究《2016年全球CFRP市場(chǎng)》指出，未來(lái)幾年內(nèi)所有行業(yè)的碳纖維復(fù)合材料(CFRP)的平均增長(zhǎng)率將達(dá)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(kuò)大碳纖維復(fù)合材料在越來(lái)越多的應(yīng)用中所起的作用。
開(kāi)發(fā)新材料解決方案
西格里集團(tuán)(SGLGroup)的做法是通過(guò)對(duì)纖維和材料運(yùn)作部門(mén)的合并，為客戶提供一站式服務(wù)，同時(shí)支持其開(kāi)發(fā)基于自動(dòng)化生產(chǎn)流程的新材料解決方案?！拔覀儾徽J(rèn)為碳纖維增強(qiáng)塑料和復(fù)合材料會(huì)取代鋁和鋼，它們將會(huì)成為未來(lái)材料組合的一部分。”西格里集團(tuán)“復(fù)合材料-纖維和材料”業(yè)務(wù)部門(mén)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(shì)，同時(shí)，盡可能容易地集成到現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝中來(lái)?！?/p>
為了實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，西格里集團(tuán)還在德國(guó)奧格斯堡附近的Meitingen建立了一個(gè)新的輕量化及應(yīng)用中心。該中心著重于生產(chǎn)過(guò)程和產(chǎn)品的開(kāi)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(tuán)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(lái)。集團(tuán)將復(fù)合材料業(yè)務(wù)和西格里汽車(chē)碳纖維公司(SGLAutomotiveCarbonFibers)的業(yè)務(wù)合并，成立了一個(gè)新的業(yè)務(wù)部門(mén)。新的業(yè)務(wù)部門(mén)“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(chē)身結(jié)構(gòu)使用“碳芯”元素新材料，混合動(dòng)力車(chē)是西格里集團(tuán)認(rèn)為有助于擴(kuò)大碳纖維復(fù)合材料使用的一個(gè)領(lǐng)域。在這一系列應(yīng)用中，新型號(hào)系列的車(chē)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(dòng)化方式來(lái)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(tuán)還開(kāi)發(fā)了智能材料混合概念，突出了未來(lái)汽車(chē)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(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程。例如，它們可以結(jié)合新型快速固化預(yù)浸樹(shù)脂，比如西格里集團(tuán)最近開(kāi)發(fā)的“快速固化”E420環(huán)氧樹(shù)脂體系。E420材料工具箱具有快速固化時(shí)間(150℃時(shí)小于3分鐘)和良好的儲(chǔ)存穩(wěn)定性(常溫環(huán)境)等優(yōu)點(diǎn)。預(yù)浸半成品也具有優(yōu)化的自動(dòng)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(shí)，西格里集團(tuán)在葡萄牙建立了新的碳纖維原絲生產(chǎn)線，總投資額達(dá)3000萬(wàn)歐元，以完成其內(nèi)部完整的基于碳纖維的解決方案價(jià)值鏈。
生產(chǎn)中的碳纖維
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(tuán)的增長(zhǎng)計(jì)劃是實(shí)現(xiàn)50%的銷(xiāo)售增長(zhǎng)率，而原絲生產(chǎn)也是這個(gè)可持續(xù)性盈利增長(zhǎng)計(jì)劃中的一部分。未來(lái)，公司將重點(diǎn)扶持和加速與交通動(dòng)力、能源供應(yīng)以及數(shù)字化大趨勢(shì)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(kāi)發(fā)更高拉伸和模量的纖維，以滿足航空航天工業(yè)對(duì)碳纖維材料性能的快速增長(zhǎng)。赫氏公司增強(qiáng)纖維產(chǎn)品管理的集團(tuán)總監(jiān)Lyndon Smith認(rèn)為，就目前碳纖維復(fù)合材料市場(chǎng)而言，碳纖維的應(yīng)用在許多領(lǐng)域都在不斷增長(zhǎng)，包括航空航天、風(fēng)能、國(guó)防、太空、汽車(chē)領(lǐng)域和在全球工業(yè)的應(yīng)用。
Lyndon Smith說(shuō)：“持續(xù)的輕量化需求是行業(yè)發(fā)展的新動(dòng)力。碳纖維提供了強(qiáng)度、耐用性，以及和獨(dú)特的設(shè)計(jì)方案。”Hexcel認(rèn)為，隨著設(shè)計(jì)師們將在未來(lái)的設(shè)計(jì)中學(xué)習(xí)如何優(yōu)化這項(xiàng)技術(shù)，碳纖維的應(yīng)用將會(huì)越來(lái)越強(qiáng)大。更高拉伸和模量纖維的增長(zhǎng)將使設(shè)計(jì)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，赫氏公司已經(jīng)推出了高模量纖維，如HexTow?HM63，以及HexTow?IM10——目前市場(chǎng)上最高的抗拉纖維。
赫氏公司的HM或高模量纖維是推向市場(chǎng)的最新研發(fā)產(chǎn)品。該公司表示HexTow?HM63對(duì)任意高強(qiáng)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(wú)人機(jī)、商用飛機(jī)和直升機(jī)等以及高端運(yùn)動(dòng)和娛樂(lè)應(yīng)用，如一級(jí)方程式、海洋運(yùn)動(dòng)、自行車(chē)和釣魚(yú)竿。
Lyndon Smith補(bǔ)充說(shuō)：“在激動(dòng)人心的高增長(zhǎng)應(yīng)用中，奧爾巴尼工程復(fù)合材料(Albany Engineered Composites)和SAFRAN選擇了IM712K用于制造LEAP發(fā)動(dòng)機(jī)，是HexTow?碳纖維的應(yīng)用范例。
對(duì)于未來(lái)，Lyndon Smith認(rèn)為，提高結(jié)構(gòu)中碳纖維的設(shè)計(jì)利用，將從輕量化和定向強(qiáng)度中受益，這將進(jìn)一步優(yōu)化給定應(yīng)用，同時(shí)最大限度地降低纖維成本。
赫氏公司還在法國(guó)Roussillon建設(shè)了一家新工廠，以擴(kuò)大其碳纖維和原絲的生產(chǎn)能力。
來(lái)自新工廠的碳纖維將提供給包括空客A350XWB和SAFRAN的CFMLEAP發(fā)動(dòng)機(jī)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(jìn)一步投資中獲利2200萬(wàn)美元。
空客A350XWB飛機(jī)是Hexcel碳纖維主要用戶，后者為飛機(jī)的所有主要復(fù)合結(jié)構(gòu)提供預(yù)浸料?AIRBUSS.A.S2014–photobymasterfilms/A.DOUMENJOU
進(jìn)一步的市場(chǎng)擴(kuò)容
索爾維(Solvay)最近擴(kuò)建了其美國(guó)生產(chǎn)線，使應(yīng)用于飛機(jī)結(jié)構(gòu)的碳纖維制造能力翻了一番。這家位于美國(guó)南卡羅來(lái)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(jī)翼活動(dòng)襟翼、發(fā)動(dòng)機(jī)艙以及室內(nèi)應(yīng)用等二級(jí)結(jié)構(gòu)。
擴(kuò)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(lèi)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(jī)的應(yīng)用中。
三菱麗陽(yáng)(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(jì)將于2017年7月至9月開(kāi)始運(yùn)行。加上美國(guó)Sacramento小絲束碳纖維工廠生產(chǎn)能力的增長(zhǎng)，公司的碳纖維總產(chǎn)能將增長(zhǎng)約30%，從10100/年噸增加到13300噸/年。
三菱麗陽(yáng)(MRC)最近的其他舉措，包括與FiberlineCompositesA/S了一家合資公司，為風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片制造和分銷(xiāo)碳纖維層壓板。MRC將向位于丹麥的合資公司提供在大竹生產(chǎn)的高性能大絲束纖維。該項(xiàng)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(jī)葉片市場(chǎng)提供輕質(zhì)、且價(jià)格具有競(jìng)爭(zhēng)力的復(fù)合材料層壓板。
MRC最近還與意大利蘭博基尼汽車(chē)公司簽署了諒解備忘錄(MOU)，以考慮聯(lián)合開(kāi)發(fā)汽車(chē)用碳纖維復(fù)合材料。這將使三菱麗陽(yáng)(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(kāi)發(fā)輕型組件產(chǎn)品的知識(shí)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(qiáng)度中模碳纖維T800S通過(guò)空客公司認(rèn)證，被選為空客A380的主結(jié)構(gòu)原材料。東麗公司說(shuō)，東麗已經(jīng)開(kāi)始向空客位于德國(guó)的工廠供貨。A380是世界上最大、最寬敞的客機(jī)，旨在為乘客提供最平滑、最安靜的航班感受。2010年5月，東麗與空客集團(tuán)S.E.簽署了碳纖維預(yù)浸料長(zhǎng)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(guò)認(rèn)證正是基于這份供應(yīng)協(xié)議做出的決定。東麗一直為空客飛機(jī)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(chē)業(yè)務(wù)中。該纖維已被Pratt&Whitney選用于制造PW1100G-JM發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)扇箱。PW1100G-JM是新型單通道飛機(jī)A320neo的引擎，該機(jī)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?。
