《2020年复合材料行业状态报告(2)——汽车市场和航空航天市场》

  • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
  • 编译者: 冯瑞华
  • 发布时间:2020-03-04
  • 美国《复合材料制造》杂志报道发布了年度行业状态报告,引用了6位行业专家对行业内重要材料和市场的关注。由于报告篇幅过长,我们采取分期推送的形式,今天为大家呈现汽车市场和航空航天市场的情况。(文中数据系原文所载,仅供参考。)

    汽车市场
    作者:Industrial Market Insight公司总裁Marc Benevento

    在全球范围内,轻型汽车(额定总重低于8500磅)每年大约消耗50亿磅(2,268,000吨)复合材料。热塑性基体复合材料占用量的大部分。复合材料和其他轻量化材料近年来有了强劲的增长,但在未来的一年里,复合材料在汽车领域的应用将面临一些不利因素。主要的增长抑制因素是全球轻型车辆市场相对平缓,以及美国燃油经济性标准的放宽。然而,随着原始设备制造商继续致力减少车辆重量,增长机遇仍将存在。

    美国燃油经济性标准的回降只是全球汽车采用轻质材料的一个小挫折。在美国以外对二氧化碳排放进行更严格的管制将继续推动全球车辆平台上减轻车辆重量的需要。此外,减轻重量对于扩大电动汽车使用范围至关重要,在这一小型但不断增长的细分市场中,对轻质材料的追求将继续下去。尽管美国燃油经济性法规“暂停”,但人们仍将继续对用于减轻汽车重量的复合材料感兴趣。

    为了利用这一利好,复合材料制件供应商将不得不提高其价值主张,而不是替代产品。在过去的十年里,高强度钢和铝是北美原始设备制造商致力减轻重量的最大受益者,尤以软钢为甚,从成本、可制造性和强度重量比的角度来看,软钢是汽车用钢的基准。显然,如果复合材料要成为主流汽车减重努力的首选,还有更多的工作要做。

    在不久的将来,复合材料在汽车上的应用将面临挑战和机遇。不利因素包括全球生产前景相对平缓以及北美轻质材料法规驱动力下降,将对复合材料增长构成障碍。然而,对轻型汽车材料的需求将持续增长,与铝和其他替代材料相比,复合材料可以展示出经济高效的特性,从而在困难的环境中赢得新的用途。

    航空航天市场
    作者:威奇塔州立大学国家航空研究所ATLAS主管Waruna Seneviratine

    航天航空工业仍然是复合材料的主要用户之一。据市场情报和咨询公司Morder Intelligence的一份报告显示,2018年,航空航天和防卫行业在碳纤维市场的收入份额接近50%,几乎相当于汽车、替代能源、建筑、基础设施和体育用品的总和。报告还说,飞机中碳纤维用量的增加,加上每年在市场上投放的飞机数量不断增加,预计将在2019年至2024年间为碳纤维市场提供巨大的增长机会。

    为了满足航空航天的积极需求,复合材料工业需要考虑的不仅仅是材料的开发和供应:制造过程必须经历重大的技术进步,未来的工程师必须配备先进的工具来适应日益复杂的环境。全球飞机制造商正积极寻求通过自动化和创新材料/工艺来提高制造速度和效率的方法。他们着眼于“未来工厂”(也称为工业4.0或智能制造业),在此将信息技术和运营技术结合运用。

    随着传感器技术和机械手的进步,工业机器人现在能够执行非常规的复杂功能,例如劳动密集型的先进复合材料铺层。通过使用先进的传感器、过程模拟软件和在线检测系统,可以实现劳动密集型无损检验的自动化,从而最大程度地减少故障,显著提高制件质量。配备先进传感器的在线检测系统可用来自动识别制造缺陷,并将数字信息输入机器学习算法,以便对后续制造作业采取纠正措施,以提高制件质量。

    加热技术和自动化制造技术的最新进展使得热塑性塑料用于自动化制造过程。原位固结省去了二次作业(如真空袋和热压罐/固化炉固化),从而显著降低了制造成本,提高了生产率。此外,采用适应性强的自动化无模具制造技术,通过机器人的协调运动,在无需热压罐的情况下制造出三维复合材料制品。

    复合材料在航空工业中的未来前景是光明的,但它需要政府机构、飞机制造商、设备供应商、材料供应商和大学之间的合作,以确保开发出正确的材料,并创造出满足飞机需求的先进技术和制造工艺。

  • 原文来源:http://www.xincailiao.com/news/news_detail.aspx?id=553753
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    • 编译者:冯瑞华
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    • 人类对于天空的探索自古有之。进入20世纪后,航空航天科学技术兴起并迅速发展,对军事、经济乃至人类社会产生了深远影响。 我们都知道,航空航天飞行器需要在超高温、超低温、高真空、高应力、强腐蚀等各类复杂环境中工作,因此,性能上能够应对以上极端条件的材料就成为了航空航天技术发展的决定性因素之一。 近年来,航空航天材料技术水平不断提高,市场规模不断壮大,尤其是具备轻质、抗疲劳、耐腐蚀等特性的先进复合材料,成为了市场的“香饽饽”。ASD Reports咨询公司最新报告显示,预计到2022年,航空航天复合材料市场总额可达429.7亿美元。 2017年有哪些新型航空航天用材料问世?国内外材料领域龙头企业有何最新布局?各大院校和研究机构的技术研究有哪些突破性进展?新材料在线®对此进行了盘点,以飨读者。 以下以新闻发布时间为倒序,不分先后。 1. 美国联邦航空管理局出台增材制造路线图 10月23日消息,美国联邦航空管理局于9月底提交审查文件,制定了“增材制造战略路线图”草案,路线图包含重要的监管信息,涵盖认证、机器和维护、研究和开发的问题和考虑,以及对增材制造方面教育和培训的双重努力需求。该路线图综合了多方面的贡献,包括美国航空航天局,航空航天工业协会的增材制造工作组和美国军队,并且受到了2018年政府预算的支持。 2.波音公司60万美元助力飞机“增寿”材料研究 10月10日消息,波音公司向德克萨斯大学阿灵顿分校捐赠60万美元,用于测试复合材料部件。项目领导人UTA机械与航空航天工程教授Andrew Makeev表示,项目结束后,这一波音公司和空军希望了解并信赖的研究将能够用于分析预测复合机体结构的剩余使用寿命。该研究有助于提高航空业的可持续发展,管理以及维护飞机生命周期。此外,该项工作或对飞机设计和认证产生重大影响,利用发展能力预测复合空气强度和耐久性,势必会对行业产生影响。 3.Hexcel公司740万英镑研发用于前沿航空部件的碳纤维织布 9月18日消息,赫氏公司(Hexcel)计划设立一项总投资740万英镑的研发计划,旨在开发航空和汽车复合材料结构部件用碳纤维材料。这项为期四年的多轴向灌注材料(MAXIM)项目致力于研发新型碳纤维织物和树脂,生产出成本更低、生产效率更高的非热压罐成型复合材料部件,替代机翼等复杂的金属结构件。该项目支持新材料开发,使得航空工业复合材料相关技术能够全面满足未来项目对复合材料的大量需求。 4.威格斯公司加入热塑性塑料中心 开展航空航天相关研究 9月7日消息,威格斯公司作为第一级成员加入了荷兰恩斯赫德ThermoPlastic复合材料研究中心(TPRC),并将与波音、达赫、德迪恩航空、TenCate和Vaupell航空公司等其他一级和二级成员共同合作。威格斯航空航天总监蒂姆•赫尔表示,公司将进一步开发混合成型材料和工艺技术,旨在为工程师提供飞机部件设计和制造所需的开发工具。这项技术的改进有助于使之在航空航天供应链中发挥作用。 5.航材院-曼大成立石墨烯航空航天材料联合技术中心正式揭牌 7月10日至12日,中国航发代表团先后到访英国曼彻斯特大学和帝国理工学院,“航材院-曼大石墨烯航空航天材料联合技术中心”“航材院-曼大大学技术中心”和“航材院—帝国理工材料表征、加工及仿真中心”也在英国正式揭牌。联合技术中心的成立为中国航发和两所大学搭建了进一步深化合作、人才培养的平台,有利于中国航发提升基础科研能力,加快培养具有国际化视野的高层次科研人才队伍。 6.赫氏公司为空客H160直升机供应复合材料 6月29日消息,赫氏公司和空客公司在巴黎航展上透露,空客直升机已经要求赫氏公司提供了一系列H160直升机部件的复合材料,包括机身、尾翼和转子叶片。此外,赫氏公司还将为空客中型实用直升机项目提供增强件,预浸料,蜂窝材料和胶黏剂,直升机预计于2019年投入正式运营。 7.索尔维和福克联手开发飞机复合材料 6月29日消息,索尔维和GKN航空福克业务部已形成合作伙伴关系,索尔维将成为福克轻质复合材料的首选供应商。两家公司表示,与传统的金属解决方案相比,热塑性复合材料可以将飞机部件的重量降低25%。索尔维复合材料全球业务部门总裁Carmelo Lo Faro表示,与福克业务部的合作,是索尔维成为向航空、石油、天然气和汽车行业提供热塑性复合材料领先供应商的重要一步。 8.美国空军实验室正开发飞机用液态金属天线技术 6月13消息,美国空军实验室(AFRL)研制了一种内部填充液态金属的通道系统,可以根据所需频率和方向进行重新配置天线,并在70MHz到7GHz的频率范围内间进行了测试,该工作或可精简飞机上的通信设备。目前该研究已完成在实验室的测试和试验,正计划在无人机上进行试验。科学家认为这种液态天线技术可在7-10年内获得应用。 9.中俄联合研制新一代远程宽体飞机C929 复合材料比重或超50% 5月22日,中国商飞与俄罗斯联合航空制造集团的合资企业——中俄国际商用飞机有限责任公司在上海成立,该合资公司主要负责中俄联合研制新一代远程宽体飞机C929项目的运行工作。据俄罗斯联合航空制造集团总裁斯柳萨里介绍,C929飞机的复合材料比重将超过50%。复合材料的产能方面,预计将以俄方为主,也可能应用部分中国研制生产的。 10.俄罗斯研制出耐高温超硬的复合材料 能大幅减轻飞机重量 5月12日消息,莫斯科大学的物理学家们合成出一种新型聚合物复合材料,强度远超航空铝钛合金,为建造超轻型飞机和卫星提供可能。科学家通过两个简单环节利用不饱和炔烃、氮化合物和苯,制备出呈橙色状复合新型聚合物基体。含有这些成分制备出的聚合物超级坚固,并能承受约400摄氏度的加热温度,保持结构稳定不变形。据了解,莫斯科大学实验室合成的数批材料试样,已交由巴拉诺夫中央航空发动机研究院和喀山图波列夫国家研究型技术大学等机构进行测试。 11.欧盟成功研制航天专用特种碳纤维及预浸料 5月5日消息,由来自葡萄牙(协调国)、西班牙和爱尔兰的科研团队合作完成的EUCARBON项目,成功建立欧洲第一条面向卫星等航天领域用特种碳纤维生产线,从而有望使欧洲摆脱对该产品的进口依赖,确保材料供应安全。EUCARBON项目于2011年11月启动,致力于提升欧洲在航天用碳纤维及预浸料方面的制造能力。项目历时4年,总投入320万欧元。除了航天领域,项目也在积极发掘特种碳纤维在汽车工业和能源领域应用的潜力。 12.先进材料助力 国产大飞机C919首飞成功 5月5日, 国产大型客机C919在上海浦东机场成功完成首飞任务。C919大型客机的研制,实现了以第三代铝锂合金、复合材料为代表的先进材料首次在国产民机上大规模应用,总占比达到C919飞机结构重量的26.2%。C919在机体选材上开创了两个全国首次,一是先进铝锂合金的应用,一是复合材料应用范围从方向舵等次承力结构到平尾等主承力结构,国内首次在民用飞机的主承力结构、高温区、增压区使用复合材料。 13.汉高胶粘剂技术业务部门西班牙建新航空航天生产线 4月18日消息, 汉高公司胶粘剂技术业务部门已开始在西班牙Montornès地区建造新航空航天应用生产线。新生产线将满足轻量化和自动化等日益增长的全球航空航天工业需求。该生产线将包括新的厂房和设备,以增加生产和仓储能力。第一批产品预计将于2019年交付。通过Montornès的新工厂,汉高粘合技术公司将利用汽车行业的丰富经验,高品质产品和创新能力,进一步支持客户的需要和对成本的控制。 14.商业航空生产商Diehl Aircabin与德国代傲航空Diab签署长期供应协议 3月28日消息,商业航空的客舱内饰生产商Diehl Aircabin与代傲航空Diab签署了长期协议,将为其供应Divinycell F和其他用于客舱内部应用的结构泡沫芯材料。与Nomex蜂窝解决方案相比,使用Divinycell F可以节省高达20%的重量,显著地降低了成本。且Divinycell F生产线拥有业界最短交货时间和最高生产能力。 15.明日宇航入股鲁晨新材达成战略合作 开拓航空航天领域高端复合材料的应用 1月25日消息,成都鲁晨新材料科技有限公司与四川明日宇航工业有限责任公司成功结为战略合作伙伴,共同进军航空航天高端复合材料制造领域。鲁晨新材始终致力于碳纤维、芳纶等高性能复合纤维材料的研发与应用。而明日宇航是目前是中国最大的飞机结构件民营配套基地,以飞机结构件减重技术的开发和服务为技术主线,与鲁晨新材高性能复合纤维材料在航空航天领域“质量轻、强度高”的应用,将形成珠联璧合。
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    • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:冯瑞华
    • 发布时间:2020-04-27
    • 进入2020年以来,国外在航空航天领域用复合材料又有了系列新进展,航空领域如美国陆军未来攻击侦察机,航天领域包括英国商业火箭计划、美国空间可展开结构项目及今年7月即将进行的火星登录计划。为此小编将带来近期尤其是2020年以来,国外在航空航天领域用复合材料最新进展。 01 复合材料使陆军未来攻击侦察机(FARA)的性能提升 美国陆军未来攻击侦察机(Future Attack Reconnaissance Aircraft,简写FARA)已进入西科斯基公司的RAIDER X的原型机阶段,该机基于S-97型RAIDER并采用了复合材料机身。 FARA将飞入要求苛刻且竞争激烈的环境中,因此它必须具备出色的垂直升力,这是美国陆军六大现代化优先任务之一,而且必须具有坚韧和快速的性能。西科斯基公司的RAIDER X是一种快速、灵活、可生存的复合同轴直升机,它提供了陆军所需的关键部件,包括机动性、高巡航速度、紧凑的占地面积和高热悬停(在高海拔和高温下的悬停能力)。 作为陆军未来垂直升力追踪的一部分,RAIDER X被选中进入FARA竞争性原型项目的第二阶段,因此西科斯基将继续研究RAIDER X原型,为飞行测试项目做准备。基于西科斯基s-97型掠袭机的“掠袭者X”将受益于s-97的X2技术,该技术结合了刚性、对转叶片、电传飞行控制和综合辅助推进系统。洛克希德马丁公司将提供从数字设计到任务系统的服务。 为了满足S-97的严格要求,西科斯基与包括旋转复合材料技术公司、Hexcel公司和鹰航空技术公司合作。直升机机身由复合材料制成,在极端条件下提供所需的重量、强度和韧性。“X2的力量正在改变游戏规则。它结合了低速直升机性能的最佳元素和飞机的巡航性能,”西科斯基实验试飞员比尔·法尔说,他是一名退役的陆军飞行员。“我们今天乘坐的S-97突袭机的每一次飞行都降低了风险,优化了我们的FARA原型RAIDER X。”西科斯基还将继续致力于X2技术计划,作为RAIDERX项目的一部分。 02 碳纤维增强铝基复合材料推动商业轨道火箭飞速发展 总部位于英国的私人低成本轨道发射服务公司Orbex正在制造商用轨道火箭Prime,它由轻质碳纤维和铝复合材料的优化混合加工而成,与同尺寸型号火箭相比,重量下降了30%。 Orbex公司为未来几年制定了系列宏伟计划,包括从尚未建成的太空港(spaceport)发射小型卫星,并在2022年为新客户TriSept发起专门的特别发射任务。实现这些崇高目标的关键是Orbex的Prime,这是一种轨道火箭,由碳纤维和铝复合材料的优化混合物制成。 Orbex在其苏格兰总部安装了高速碳纤维缠绕机。公司官员解释说:“这台18米长的机器可以自动完成复杂混合物的快速编织,从而制造出主要的火箭结构。”还安装了一个全尺寸的高压灭菌釜,从而能够处理大型火箭零件,例如一级燃料箱等,这些零件已准备好应对太空中的极端环境,包括承受高达500倍大气压的巨大压力。 由于采用了碳纤维增强铝基复合材料,每枚Orbex Prime火箭的重量仅为1.5吨,比相同尺寸的火箭轻30%,并且能在60秒内从0加速到1,330 km / h。Orbex Prime火箭发动机采用3D打印技术一体制造,从而消除了因连接而产生缺陷的风险。Prime由生物丙烷提供燃料,与煤油基火箭燃料相比,该生物燃料燃烧干净,可减少90%的碳排放。Orbex火箭的设计可重复使用,不会留下轨道碎片。 Orbex首席执行官Chris Larmour表示:“我们正在以前所未有的方式制造火箭……NewSpace(参与太空飞行的私营企业)的重点是提供更快、更好和更便宜的太空通道。在机器人装配线上花费数亿美元或雇用数以千计的员工来生产重型金属火箭是一种过时的方法。建立现代太空业务意味着更新制造精神,使其更快、更敏捷、更灵活。这就是我们在Orbex所做的。” 03 美国宇航局资助加速复合材料可展开结构设计项目 隶属于美国普渡大学的商业软件供应商AnalySwift有限责任公司获得了美国宇航局(NASA)的一笔拨款,将用于进一步开发其SwiftComp软件,该软件为高应变复合材料制成的可展开结构提供高效、高保真的建模技术。 AnalySwift LLC从NASA获得了125000美元的小企业技术转让(STTR)赠款,以帮助其进一步开发SwiftComp软件。这项技术是由普渡大学工程学院航空航天学教授余文斌开发的。该公司从普渡大学研究基金会技术商业化办公室获得技术许可。 AnalySwift总裁兼首席执行官艾伦•伍德(Allan Wood)解释道:“Swift Comp将材料和结构的基本组成部分的细节作为输入,然后输出宏观分析所需的结构特性。它可用于组合梁、板和壳,以及三维结构,用于微观力学和结构建模。” ”除了可展开的复合材料吊杆,NASA还可以找到该软件的其他用途,包括在太空环境中的活体容器和可折叠面板、卫星巴士、漫游车、天线等。也可以用于飞机的柔性机翼和垂直升降飞机的结构。该软件还获得了卫星和移动电话部件(包括印刷电路板)的使用许可。 04 复合材料航空壳将为美国“流浪者号”火星探测器提供保护 洛克希德·马丁公司(Lockheed Martin)使用平铺的酚醛浸渍碳消融剂(PICA)热保护系统开发了一种隔热板,以保护火星探测器2020Rover流浪者在进入火星表面、降落和着陆过程中免受强烈的热量。 NASA今年将开展前往火星的任务,这将是该行星有史以来最具挑战性的进入、下降和着陆(EDL)序列之一,因为火星车将降落在一个充满巨石和沙丘的地区。整个旅程将花费近七个月的时间,而火星车预计将在火星表面停留两年。 洛克希德·马丁公司的机壳是直径最大约15英尺的有史以来最大的用于行星飞行的飞机,其设计目的是保护流动站免受EDL期间高达3800华氏度的温度影响。机壳(隔热罩和后壳的组合)由夹在M55J高模量碳纤维-环氧树脂面板之间的铝蜂窝结构组成,并通过九个弹簧分离机构固定在一起。 隔热罩使用平铺的酚醛浸渍碳烧蚀剂(PICA)热保护系统来防止灼热。隔热罩的空气动力学特性还可以起到“刹车”的作用,当航天器以接近12,000 mph的速度进入火星稀薄的大气层时,有助于减慢航天器的速度。 “即使我们有为好奇号流浪者建造几乎相同的航空器外壳的经验,直径近15英尺的复合材料结构在10年后的建造和测试中也面临着同样的挑战,” Mars 2020航空器外壳项目经理尼尔·蒂斯说。“我们已经为NASA探索火星40年来建造了每个火星航空器进入系统,因此我们从这一经验中汲取了宝贵经验,以构建这一重要系统。”洛克希德·马丁公司(Lockheed Martin)最近将火星2020火星探测器的机体交付给了发射场,即美国宇航局在佛罗里达州的肯尼迪航天中心。“火星2020”火星车正在加利福尼亚州帕萨迪纳市NASA的喷气推进实验室进行测试,该任务将于2020年7月发射,并于2021年2月在Jezero陨石坑降落在火星上。