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2020年全球復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀、機遇和挑戰(zhàn)
2020年1月，美國復(fù)合材料世界網(wǎng)站發(fā)布《復(fù)合材料2020-市場機遇繁多》系列研究報告，總結(jié)和展望了2020年全球復(fù)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(fù)合材料制造業(yè)的主要因素包括機器人即自動化技術(shù)、高溫熱壓罐固化工藝、熱塑性復(fù)合材料技術(shù)、復(fù)合材料4.0和增材制造技術(shù)等。
報告指出，制造業(yè)喜歡將復(fù)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(jié)構(gòu)來滿足客戶的需求。
但實際上，復(fù)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(fù)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(fù)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。可用的纖維、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(yīng)用領(lǐng)域均可應(yīng)用的各類復(fù)合材料零部件成為可能。結(jié)合復(fù)合材料本身可提供的優(yōu)異的強度、剛度、耐用性和輕質(zhì)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(fù)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(fù)合材料行業(yè)。
首先機器人和自動化技術(shù)將會大量應(yīng)用，在制造過程中逐步取代人力。驅(qū)使這種轉(zhuǎn)變的主要原因，包括用戶對于提高產(chǎn)品一致性和質(zhì)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(fù)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(fù)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(yīng)用領(lǐng)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(fù)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(jié)構(gòu)部件的制造中。
第三，熱塑性復(fù)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(yù)浸料相比)且易于回收利用。
第四， “復(fù)合材料4.0”時代降臨。復(fù)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(nèi)涵是指復(fù)合材料行業(yè)具有了完整數(shù)字化制造過程——從設(shè)計到仿真，再到制造仿真，再到復(fù)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(fù)雜的算法，以控制滿足未來制造環(huán)境、可制造下一代復(fù)合材料的智能機器。
第五，復(fù)合材料制造中的增材制造技術(shù)的大規(guī)模發(fā)展。短切纖維增強材料在基于熱塑性復(fù)合材料增材制造中的初步應(yīng)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(fù)合材料的增材制造技術(shù)，以及將增材制造與AFP/ATL相結(jié)合的新工藝的出現(xiàn)。所有這些技術(shù)推動了高度動態(tài)和快速變化的復(fù)合材料行業(yè)繼續(xù)向前發(fā)展。
