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不斷尋找新市場的碳纖維復材

2017-8-15 10:47:54

根據碳纖維復合材料聯盟(Carbon Composites e.V.)的最新研究《2016 年全球CFRP 市場》指出，未來幾年內所有行業的碳纖維復合材料(CFRP)的平均增長率將達到11-12%。領先的碳纖維制造商正在尋找不同的業務發展方式，并擴大碳纖維復合材料在越來越多的應用中所起的作用。
開發新材料解決方案
西格里集團(SGL Group)設在德國Meitingen 的纖維與復合材料業務部(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，同時支持其開發基于自動化生產流程的新材料解決方案。“我們不認為碳纖維增強塑料和復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)“復合材料-纖維和材料”業務部門的負責人Andreas Wüllner 表示：“特別是，它們將最大化的物盡其用，充分發揮它們的性能優勢，同時，盡可能容易地集成到現有的生產工藝中來。”
為了實現這些目標，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用中心。該中心著重于生產過程和產品的開發，以及原型和小型系列組件的生產。此外，在今年的二月，西格里集團(SGL Group)決定將纖維和材料領域的業務與輕量化應用結合起來。集團將復合材料業務和西格里汽車碳纖維公司(SGL Automotive Carbon Fibers)的業務合并，成立了一個新的業務部門。新的業務部門“復合材料-纖維和材料”(CFM)由Andreas Wüllner負責領導。
新寶馬7系車身結構使用“碳芯”元素新材料，混合動力車是西格里集團(SGL Group)認為有助于擴大碳纖維復合材料使用的一個領域。在這一系列應用中，新型號系列的車頂框架采用碳纖維編織物與鋁結合使用。
Andreas Wüllner表示，目前復合材料行業所面臨的主要挑戰之一，是要以自動化方式來生產復合材料，并將其與現有的生產方法相結合。
西格里集團(SGL Group)還開發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。這些包括預浸纖維束——基于50k 連續碳纖維絲束的SIGRAPREG?TowPregs。由于其寬度的穩定性和良好的纏繞行為，這些被認為特別適用于自動化生產過程。例如，它們可以結合新型快速固化預浸樹脂，比如西格里集團(SGL Group)最近開發的“快速固化”E420環氧樹脂體系。E420材料工具箱具有快速固化時間(150℃時小于3分鐘)和良好的儲存穩定性(常溫環境)等優點。預浸半成品也具有優化的自動化加工功能。140-150℃的高玻璃化轉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線，總投資額達3000萬歐元，以完成其內部完整的基于碳纖維的解決方案價值鏈。
在復合材料與石墨材料及系統業務領域，西格里集團(SGL Group)的增長計劃是實現50%的銷售增長率，而原絲生產也是這個可持續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、能源供應以及數字化大趨勢相關的發展。
高拉伸模量纖維
赫氏公司(Hexcel)的目標是開發更高拉伸和模量的纖維，以滿足航空航天工業對碳纖維材料性能的快速增長。赫氏公司(Hexcel)增強纖維產品管理的集團總監Lyndon Smith認為，就目前碳纖維復合材料市場而言，碳纖維的應用在許多領域都在不斷增長，包括航空航天、風能、國防、太空、汽車領域和在全球工業的應用。
Lyndon Smith說：“持續的輕量化需求是行業發展的新動力。碳纖維提供了強度、耐用性，以及和獨特的設計方案。”Hexcel認為，隨著設計師們將在未來的設計中學習如何優化這項技術，碳纖維的應用將會越來越強大。更高拉伸和模量纖維的增長將使設計的靈活性更高，但這些參數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產品。該公司表示HexTow? HM63對任意高強度高剛度方面的應用都是一種理想材料，這些應用包括空間探索、衛星、無人機、商用飛機和直升機等以及高端運動和娛樂應用，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用中，奧爾巴尼工程復合材料(Albany Engineered Composites)和SAFRAN 選擇了IM7 12 K用于制造LEAP 發動機，是HexTow?碳纖維的應用范例。
對于未來，Lyndon Smith認為，提高結構中碳纖維的設計利用，將從輕量化和定向強度中受益，這將進一步優化給定應用，同時最大限度地降低纖維成本。
赫氏公司(Hexcel)還在法國Roussillon建設了一家新工廠，以擴大其碳纖維和原絲的生產能力。
SAFRAN 使用Hexcel 的HexTow? IM7 碳纖維制成的LEAP 發動機。
來自新工廠的碳纖維將提供給包括空客A350 XWB和SAFRAN 的CFM LEAP 發動機在內的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編織和預浸料生產制造廠附近，這些設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合結構提供預浸料 ?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線，使應用于飛機結構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的新工廠已經獲得了波音公司的認證，用于制造機翼活動襟翼、發動機艙以及室內應用等二級結構。
擴建包括將丙烯腈單體轉化為標準模量碳纖維的設施和設備。這種類型的纖維用于復合材料的生產，這些復合材料經預浸漬，用于商用和軍用飛機的應用中。
三菱麗陽(MRC)正在增加其在日本大竹(Otake)生產中心的大絲束碳纖維的生產能力，從目前的2700噸到3900噸。新設施預計將于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能力的增長，公司的碳纖維總產能將增長約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，為風力發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)生產的高性能大絲束纖維。該項業務將利用Fiberline的一種復合拉擠成型技術和加工技術，為風力發電機葉片市場提供輕質、且價格具有競爭力的復合材料層壓板。
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)，以考慮聯合開發汽車用碳纖維復合材料。這將使三菱麗陽(MRC)在CFRP中間材料和工藝技術方面與蘭博基尼的技術和開發輕型組件產品的知識相結合。
日本東麗公司(Toray)旗下TORAYCA? 預浸料產品具有高強度中模碳纖維T800S通過空客公司認證，被選為空客A380的主結構原材料。東麗公司(Toray)說，東麗已經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. 簽署了碳纖維預浸料長期供應協議，主要用于空客S.A.S.。此次T800S碳纖維預浸料通過認證正是基于這份供應協議做出的決定。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? 預浸料。
此外，東麗(Toray)還表示，正在將其高性能碳纖維TORAYCA? 的供應量增加到空中客車業務中。該纖維已被Pratt & Whitney選用于制造PW1100G-JM發動機的風扇箱。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主要結構采用了高性能碳纖維TORAYCA?。

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