2020年全球復合材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀、機遇和挑戰(zhàn)
2020-03-11
2020年1月，美國復合材料世界網(wǎng)站發(fā)布《復合材料2020-市場機遇繁多》系列研究報告，總結和展望了2020年全球復合材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀、機遇和挑戰(zhàn)。
報告認為，進入2020年，影響復合材料制造業(yè)的主要因素包括機器人即自動化技術、高溫熱壓罐固化工藝、熱塑性復合材料技術、復合材料4.0和增材制造技術等。
報告指出，制造業(yè)喜歡將復合材料制造視做單獨的、全球化的實體行業(yè)，通過形成各種高度工程化的零部件和結構來滿足客戶的需求。但實際上，復合材料行業(yè)是許多高度垂直市場(如航空、汽車、海運、消費品、風能等行業(yè))的集合，這些行業(yè)以各種不同的方式消耗復合材料。使用的程度由零件性能要求、成本閾值、各地法規(guī)和客戶需求具體決定。例如，商用航空制造業(yè)中的材料、工藝和成本等參數(shù)與休閑娛樂造船行業(yè)就存在很大不同。
復合材料本身具備多樣性，因此它們可以滿足負責多樣的需求?？捎玫睦w維、樹脂、工具、工藝以及可選的專用精加工方法，使得制造幾乎在任何應用領域均可應用的各類復合材料零部件成為可能。結合復合材料本身可提供的優(yōu)異的強度、剛度、耐用性和輕質等固有屬性，不難理解為什么其使用量會不斷增長。
報告指出，盡管復合材料具有高度定制化的特性，但在未來幾年中，由于材料和工藝總體上蓬勃發(fā)展的大趨勢，無疑也將影響整個復合材料行業(yè)。
首先，機器人和自動化技術將會大量應用，在制造過程中逐步取代人力。驅使這種轉變的主要原因，包括用戶對于提高產(chǎn)品一致性和質量的期望、對于進一步降低制造成本客觀要求以及對于更高批次、高效率生產(chǎn)的現(xiàn)實需求。
第二，復合材料行業(yè)將努力擺脫熱壓罐固化工藝的限制。熱壓罐在固化復合材料層壓板方面的雖然優(yōu)勢明顯，但其獲取和操作的成本也居高不下。這也是目前生產(chǎn)過程中所面臨的瓶頸之一，阻礙了生產(chǎn)效率和產(chǎn)量的提升。正因如此，在各個應用領域，人們已經(jīng)更加充分認真地考慮將非熱壓罐(OOA)材料和工藝——例如熱塑性復合材料、樹脂灌注和樹脂傳遞模塑(RTM)工藝等——逐步投入到生產(chǎn)制造，尤其在大型商用航空航天結構部件的制造中。
第三，熱塑性復合材料的發(fā)展總體上呈明顯上升趨勢。主要因為這種材料具有以下特性：可使用OOA加工、更易于存儲和處理(與預浸料相比)且易于回收利用。
第四，“復合材料4.0”時代降臨。復合材料行業(yè)中的工業(yè)4.0版正式步入公眾視野，其主要內涵是指復合材料行業(yè)具有了完整數(shù)字化制造過程——從設計到仿真，再到制造仿真，再到復合材料制造，再到故障排除，最后直到跟蹤每個零部件性能狀態(tài)等。這種能力的形成，將促使人們開發(fā)和使用更加復雜的算法，以控制滿足未來制造環(huán)境、可制造下一代復合材料的智能機器。
第五，復合材料制造中的增材制造技術的大規(guī)模發(fā)展。短切纖維增強材料在基于熱塑性復合材料增材制造中的初步應用，這表明使用連續(xù)纖維增強材料已經(jīng)可以制造單獨的零件、工裝和模具組件。此外，業(yè)界還發(fā)現(xiàn)了基于熱固性復合材料的增材制造技術，以及將增材制造與AFP/ATL相結合的新工藝的出現(xiàn)。
所有這些技術推動了高度動態(tài)和快速變化的復合材料行業(yè)繼續(xù)向前發(fā)展。
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