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。圖片來源：波音

   從2010年-2020年，在這過去的十年中，復合材料帶給我們哪些創新呢？又有哪些改變了現在我們的生活呢？

 

   在航空航天的傳統復合材料市場中，波音787于2011年開始服役，而具有類似復合材料的空中客車A350 XWB出現在2015年。龐巴迪的? C系列單通道飛機（用樹脂注入制備復合材料機翼），在2016年開始服役。空中客車隨后在2018年收購了C系列產品線，并將其更名為A220。最終，令人遺憾的是，2019年，歐洲飛機制造業巨頭空中客車公司發表聲明說，由于大客戶削減訂單，空中客車決定停止生產A380超大型噴氣式客機，并在2021年完成所有A380訂單交付。

 

圖片來源：空客官網

 

    在汽車領域，2013年，寶馬通過i3和i8震驚了整個行業，建立了一個全球性的垂直供應鏈，造成許多人推測，碳纖維在汽車領域廣泛應用的時代很快就會到來。兩年后，寶馬推出了經過重新設計的7系列，這是一輛多材料車輛，其中約有15個碳纖維結構部件，這暗示著大眾化的替代之路。

 

圖片：由碳纖維、鋼、鋁構成的全新BMW 7系智能輕量化車身結構

 

    通用汽車于2018年推出了業內首個碳纖維復合皮卡貨箱。實際上，在2001年通用汽車已經建造了首個用于全尺寸卡車的生產線。2019年的GMC CarbonPro車廂還采用了帝人公司的熱塑性復合材料制造工藝，該工藝將20毫米長的碳纖維與尼龍6結合在一起，并進行模壓成型，零件循環時間僅為60-80秒。

 

圖片來源：GMC

 

    在復合材料回收領域，尤其是碳纖維復合材料（除廢纖維之外），十年前，幾乎沒有回收的供應基礎，到后來有十幾個供應商，再到現在有了許多供應商向下游應用領域提供了大量產品。在過去的十年里，復合材料在回收領域已經長足的發展。但是目前，高效率回收仍面臨技術難關。

 

    風能行業擁有標志性的十年，全球產能已超過三倍，并被證明是復合材料的強勁市場。這部分將在下期有更詳細地介紹，因此這里將重點介紹航空航天和汽車。

 

    IACMI的復合材料專家Dale Brosius訪問了英國多家專注于復合材料的研究機構，并于2019年12月訪問了德國北部和南部的多個弗勞恩霍夫研究所和DLR研究所，以及為航空航天和汽車市場服務的多家生產企業。盡管國家之間存在一定程度的差異，但主要的推動力是提高生產速度和降低成本占主導地位，而回收利用以及相關的研發工是可持續性不可或缺的一部分。

 

    目前雖然在航空航天領域仍然存在各種問題，但航空航天復合材料的未來變得越來越清晰。盡管沒有正式宣布更換波音和空中客車單通道飛機的正式聲明，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來制造，加工，檢查和組裝大型先進復合材料結構。

 

    每年交付100至140架寬體飛機是一回事，而完全由復合材料主結構每年制造700至900架單通道飛機則是另一回事。當考慮無人駕駛飛機（UAV）和城市空中機動性（UAM）（例如出租車）的相鄰市場時，每年的交易量可能會達到數千。

 

    雖然在航空航天領域中，大家對熱塑性復合材料有相當大的興趣，客機的大型結構最有可能保留在熱固性復合材料中（真空注入或在預浸料熱壓罐工藝），而在其他較小的部件中則使用熱塑性復合材料。對于UAV和UAM市場，希望業界考慮使用熱塑性復合材料，并結合為汽車開發的技術，例如高壓樹脂傳遞模塑（HP-RTM），拉擠成型和壓縮模塑。

 

    另一方面，汽車領域顯示出很大的不確定性。人們仍然對碳纖維抱有濃厚的興趣，但是現在必須根據其他驅動力（電氣化，移動性和自主性）來考慮碳纖維的價值，而不僅僅是為了輕量化而進行輕量化。

 

    在過去的十年中，碳纖維復合材料的循環時間和成本已降低了50％或更多，而且還有待進一步發展。非連續碳纖維，無論是回收的還是來自成本較低的前體/工藝的碳纖維，將在自動化程度高且報廢率低的地方找到作為壓縮或注塑復合材料的補強之所。盡管寶馬最近宣布將繼續制造i3直到2024年，但整個德國汽車工業都已從連續碳纖維的新應用中退出。

 

    大批量汽車結構件中碳纖維的未來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。可能的中期解決方案包括連續的玻璃纖維或混合的玻璃/碳結構，以及增加的混合包覆成型部件的開發。

 

    未來十年復合材料的產量將是多少？對于航空航天領域，未來看起來一片光明。但是對于汽車領域，我們仍然需要一些突破。