2020年全球复合材料产业发展的现状、机遇和挑战
2020-03-11
2020年1月，美国复合材料世界网站发布《复合材料2020-市场机遇繁多》系列研究报告，总结和展望了2020年全球复合材料产业发展的现状、机遇和挑战。
报告认为，进入2020年，影响复合材料制造业的主要因素包括机器人即自动化技术、高温热压罐固化工艺、热塑性复合材料技术、复合材料4.0和增材制造技术等。
报告指出，制造业喜欢将复合材料制造视做单独的、全球化的实体行业，通过形成各种高度工程化的零部件和结构来满足客户的需求。但实际上，复合材料行业是许多高度垂直市场(如航空、汽车、海运、消费品、风能等行业)的集合，这些行业以各种不同的方式消耗复合材料。使用的程度由零件性能要求、成本阈值、各地法规和客户需求具体决定。例如，商用航空制造业中的材料、工艺和成本等参数与休闲娱乐造船行业就存在很大不同。
复合材料本身具备多样性，因此它们可以满足负责多样的需求。可用的纤维、树脂、工具、工艺以及可选的专用精加工方法，使得制造几乎在任何应用领域均可应用的各类复合材料零部件成为可能。结合复合材料本身可提供的优异的强度、刚度、耐用性和轻质等固有属性，不难理解为什么其使用量会不断增长。
报告指出，尽管复合材料具有高度定制化的特性，但在未来几年中，由于材料和工艺总体上蓬勃发展的大趋势，无疑也将影响整个复合材料行业。
首先，机器人和自动化技术将会大量应用，在制造过程中逐步取代人力。驱使这种转变的主要原因，包括用户对于提高产品一致性和质量的期望、对于进一步降低制造成本客观要求以及对于更高批次、高效率生产的现实需求。
第二，复合材料行业将努力摆脱热压罐固化工艺的限制。热压罐在固化复合材料层压板方面的虽然优势明显，但其获取和操作的成本也居高不下。这也是目前生产过程中所面临的瓶颈之一，阻碍了生产效率和产量的提升。正因如此，在各个应用领域，人们已经更加充分认真地考虑将非热压罐(OOA)材料和工艺——例如热塑性复合材料、树脂灌注和树脂传递模塑(RTM)工艺等——逐步投入到生产制造，尤其在大型商用航空航天结构部件的制造中。
第三，热塑性复合材料的发展总体上呈明显上升趋势。主要因为这种材料具有以下特性：可使用OOA加工、更易于存储和处理(与预浸料相比)且易于回收利用。
第四，“复合材料4.0”时代降临。复合材料行业中的工业4.0版正式步入公众视野，其主要内涵是指复合材料行业具有了完整数字化制造过程——从设计到仿真，再到制造仿真，再到复合材料制造，再到故障排除，最后直到跟踪每个零部件性能状态等。这种能力的形成，将促使人们开发和使用更加复杂的算法，以控制满足未来制造环境、可制造下一代复合材料的智能机器。
第五，复合材料制造中的增材制造技术的大规模发展。短切纤维增强材料在基于热塑性复合材料增材制造中的初步应用，这表明使用连续纤维增强材料已经可以制造单独的零件、工装和模具组件。此外，业界还发现了基于热固性复合材料的增材制造技术，以及将增材制造与AFP/ATL相结合的新工艺的出现。
所有这些技术推动了高度动态和快速变化的复合材料行业继续向前发展。
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