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展望新十年:在不确定性中以清晰视野领航

步入2020年代,回顾2010年代给复合材料界带来的变革,及其如何塑造未来,颇具意义。传统航空航天复合材料市场:波音787于2011年交付,空客A350 XWB于2015年紧随其后。庞巴迪CSeries单通道客机(树脂注入机翼)2016年交付,2018年被空客收购更名A220。遗憾的是,2019年空客A380取消,这款开创诸多复合材料创新的巨无霸谢幕。

汽车领域:从狂热到理性

2013年宝马推出i8与i3,建立全球垂直供应链,引发碳纤维密集型车辆即将大规模普及的猜测。两年后改款7系亮相,约15个碳纤维结构件的多材料路线,暗示另一种量产路径。十年末,通用汽车发布Sierra Denali皮卡(压缩模塑碳纤维增强热塑性货箱),2019年中置后驱科尔维特配弯曲拉挤后保险杠梁。

回收领域:从零到商业化

碳纤维复合材料回收(超越废料纤维)领域,十年伊始几乎无供应基础,终局已有十余家供应商,多实现商业化下游应用供货。风电行业大放异彩,全球装机容量十年增逾三倍,成复合材料强劲市场。风电详情下月专文,此处聚焦航空航天与汽车。

全球视野下的研发主攻方向

虽身处美国,笔者2019年初访英国多家复合材料研究院,12月访德国南北多家弗劳恩霍夫研究所、DLR设施及服务航天汽车的生产基地。这些访问互证了美观察:跨国差异虽存,核心主攻方向全球一致——提速降本为主,回收与可持续性融入研发。国际合作攻坚非仅有益,更是复合材料真正替代传统材料的必由之路。

航空航天:路径渐明

尽管波音空客单通道机型替代机型无官宣,但大量航天研发聚焦于大型先进复合结构的高产率制造、加工、检测、装配技术。年产100-140架宽体机与年产700-900架单通道机(复合一级结构)截然不同。考虑无人机(UAV)与城市空中交通(UAM)如空中出租车,年产量或达数千。虽对热塑性关注度高,但载人飞机大型结构大概率仍用热固性(真空注入或非热压罐固化预浸料),热塑性用于夹件、支架、肋条等小型件。UAV/UAM领域将考量热塑性及汽车技术迁移(HP-RTM、拉挤、压缩模塑)。

汽车:迷雾重重

汽车界不确定性显著更大。碳纤维仍受青睐,但其价值须在电气化、出行服务、自动驾驶等驱动力下审视,而非单纯为轻量化而轻量化。十年间碳纤维复合材料循环时间与成本降50%以上,仍有下降空间。不连续碳纤维(再生或低成本前驱体/工艺)将在压缩/注塑复合料增强领域落地,自动化高、废品率低。宝马虽宣布i3产至2024年,但德系车企整体在连续碳纤维新应用上收缩。高量产一级结构碳纤维未来取决于成品成本降至18欧元/公斤(约10美元/磅)以下。过渡期方案包括连续玻纤或玻碳混杂结构,以及混合过模注塑部件深化开发。

未来十年复合材料将如何演进?飞行领域前景光明;地面交通仍需几个突破。

树脂

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