未来十年：清晰，但充满不确定性

随着我们进入 2020 年代的十年，值得反思 2010 年代给复合材料社区带来了什么，以及这些创新可能会或不会如何塑造未来。在航空航天的传统复合材料市场，波音 787 于 2011 年投入使用，类似复合材料密集型的空客 A350 XWB 于 2015 年紧随其后。庞巴迪的 CSeries 带有树脂灌注机翼的单通道飞机于 2016 年投入使用。空中客车随后收购了 CSeries 2018 年的产品线，将其更名为 A220。最后，令人遗憾的是，2019 年标志着空中客车 A380 的取消，这是一款开创了许多复合材料创新的超大型飞机。

在汽车方面，宝马在 2013 年震撼了整个行业i8 和 i3 引入 ，建立全球垂直供应链并引发许多人猜测碳纤维密集型汽车的时代将很快大量 .两年后，宝马推出了重新设计的 7 系 ，一种具有大约 15 个碳纤维结构部件的多材料车辆，这可能暗示了大规模采用的另一种途径。十年后期，通用汽车推出了 Sierra Denali 带有压缩成型碳纤维增强热塑性塑料箱的皮卡车，以及 2019 年带有弯曲拉挤后保险杠梁的后置发动机版 Corvette。

在复合材料回收领域，尤其是碳纤维复合材料（除废纤维之外），这十年开始时几乎没有供应基地，但最终有十多家供应商，其中许多供应商为下游应用提供商业数量。风能行业迎来了辉煌的十年，全球产能翻了三倍多，证明是复合材料的强大市场。下个月我将更详细地介绍风，所以这里将重点介绍航空航天和汽车。

虽然我在美国，但我在 2019 年初有机会访问了英国的一些专注于复合材料的研究机构，并于 12 月访问了德国北部和南部的多个弗劳恩霍夫研究所和 DLR 设施，作为以及多个服务于航空航天和汽车市场的生产设施。这些访问和讨论增强了我在美国的观察，了解 2020 年开始时材料和工艺发展的方向。虽然各国之间存在一定程度的差异，但主要推动力确实是全球性的——提高生产速度和降低成本占主导地位，回收利用和可持续性是这些研发工作不可或缺的一部分。一切都再次证实，如果复合材料要真正取代传统材料，解决这些问题的国际合作不仅有益，而且势在必行。

虽然问题仍然存在，但复合材料在航空航天领域的未来正变得越来越清晰。尽管没有正式宣布更换波音和空中客车单通道的中坚分子，但很明显，许多航空航天研究都集中在以更高的速度提供制造、加工、检查和组装大型先进复合材料结构的技术。每年交付 100 至 140 架宽体喷气式飞机是一回事，但每年建造 700 至 900 架具有复合材料主结构的单通道飞机则完全是另一回事。考虑到无人机 (UAV) 和城市空中交通 (UAM)（例如空中出租车）的邻近市场，每年的数量可能会达到数千。尽管人们对热塑性塑料有相当大的兴趣，但客机的大型结构最有可能保留在热固性塑料（真空灌注或非高压釜固化预浸料）中，在夹子、支架、肋条和其他较小部件中使用热塑性塑料。对于 UAV 和 UAM 市场，预计该行业会考虑使用热塑性塑料，并结合为汽车开发的技术，例如高压树脂传递成型 (HP-RTM)、拉挤成型和压缩成型。

另一方面，汽车世界显示出相当大的不确定性。人们仍然对碳纤维有浓厚的兴趣，但现在必须考虑到其他驱动力——电气化、机动性和自主性——而不仅仅是为了轻量化而轻量化。在过去的 10 年中，碳纤维复合材料的循环时间和成本已经降低了 50% 或更多，但还有更进一步的发展。不连续的碳纤维，无论是回收的还是来自低成本前体/工艺的，都可以作为压缩或注塑化合物的增强材料，自动化程度高，废品率低。尽管宝马最近宣布将继续打造i3 到 2024 年，整个德国汽车工业将退出连续碳纤维的新应用。大批量主要结构中碳纤维的未来将取决于将成品零件成本降至每公斤 18 欧元以下（约每磅 10 美元）。可能的中期解决方案包括连续玻璃纤维或混合玻璃/碳结构，以及增加混合包覆成型组件的开发。

复合材料未来 10 年的产量是多少？对于会飞的东西，未来看起来是光明的。但对于地面车辆，我们还需要一些突破。