根據(jù)碳纖維復合材料聯(lián)盟的最新研究《2016年全球CFRP市場》指出，未來幾年內(nèi)所有行業(yè)的碳纖維復合材料(CFRP)的平均增長率將達到11-12%。領先的碳纖維制造商正在尋找不同的業(yè)務發(fā)展方式，并擴大碳纖維復合材料在越來越多的應用中所起的作用。
開發(fā)新材料解決方案
西格里集團(SGLGroup)的做法是通過對纖維和材料運作部門的合并，為客戶提供一站式服務，同時支持其開發(fā)基于自動化生產(chǎn)流程的新材料解決方案。“我們不認為碳纖維增強塑料和復合材料會取代鋁和鋼，它們將會成為未來材料組合的一部分?！蔽鞲窭锛瘓F“復合材料-纖維和材料”業(yè)務部門的負責人Andreas Wüllner表示：“特別是，它們將最大化的物盡其用，充分發(fā)揮它們的性能優(yōu)勢，同時，盡可能容易地集成到現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝中來。”
為了實現(xiàn)這些目標，西格里集團還在德國奧格斯堡附近的Meitingen建立了一個新的輕量化及應用中心。該中心著重于生產(chǎn)過程和產(chǎn)品的開發(fā)，以及原型和小型系列組件的生產(chǎn)。此外，在今年的二月，西格里集團決定將纖維和材料領域的業(yè)務與輕量化應用結合起來。集團將復合材料業(yè)務和西格里汽車碳纖維公司(SGLAutomotiveCarbonFibers)的業(yè)務合并，成立了一個新的業(yè)務部門。新的業(yè)務部門“復合材料-纖維和材料”(CFM)由Andreas Wüllner負責領導。
新寶馬7系車身結構使用“碳芯”元素新材料，混合動力車是西格里集團認為有助于擴大碳纖維復合材料使用的一個領域。在這一系列應用中，新型號系列的車頂框架采用碳纖維編織物與鋁結合使用。
Andreas Wüllner表示，目前復合材料行業(yè)所面臨的主要挑戰(zhàn)之一，是要以自動化方式來生產(chǎn)復合材料，并將其與現(xiàn)有的生產(chǎn)方法相結合。
西格里集團還開發(fā)了智能材料混合概念，突出了未來汽車工程中不同材料綜合使用新的具體的可能性。這些包括預浸纖維束——基于50k連續(xù)碳纖維絲束的SIGRAPREG?TowPregs。由于其寬度的穩(wěn)定性和良好的纏繞行為，這些被認為特別適用于自動化生產(chǎn)過程。例如，它們可以結合新型快速固化預浸樹脂，比如西格里集團最近開發(fā)的“快速固化”E420環(huán)氧樹脂體系。E420材料工具箱具有快速固化時間(150℃時小于3分鐘)和良好的儲存穩(wěn)定性(常溫環(huán)境)等優(yōu)點。預浸半成品也具有優(yōu)化的自動化加工功能。140-150℃的高玻璃化轉(zhuǎn)變溫度使組件能夠在較高的溫度下脫模。
同時，西格里集團在葡萄牙建立了新的碳纖維原絲生產(chǎn)線，總投資額達3000萬歐元，以完成其內(nèi)部完整的基于碳纖維的解決方案價值鏈。
生產(chǎn)中的碳纖維
在復合材料與石墨材料及系統(tǒng)業(yè)務領域，西格里集團的增長計劃是實現(xiàn)50%的銷售增長率，而原絲生產(chǎn)也是這個可持續(xù)性盈利增長計劃中的一部分。未來，公司將重點扶持和加速與交通動力、能源供應以及數(shù)字化大趨勢相關的發(fā)展。
高拉伸模量纖維
赫氏公司(Hexcel)的目標是開發(fā)更高拉伸和模量的纖維，以滿足航空航天工業(yè)對碳纖維材料性能的快速增長。赫氏公司增強纖維產(chǎn)品管理的集團總監(jiān)Lyndon Smith認為，就目前碳纖維復合材料市場而言，碳纖維的應用在許多領域都在不斷增長，包括航空航天、風能、國防、太空、汽車領域和在全球工業(yè)的應用。
Lyndon Smith說：“持續(xù)的輕量化需求是行業(yè)發(fā)展的新動力。碳纖維提供了強度、耐用性，以及和獨特的設計方案?！盚excel認為，隨著設計師們將在未來的設計中學習如何優(yōu)化這項技術，碳纖維的應用將會越來越強大。更高拉伸和模量纖維的增長將使設計的靈活性更高，但這些參數(shù)必須考慮到性能與成本。
為了滿足這些需求，赫氏公司已經(jīng)推出了高模量纖維，如HexTow?HM63，以及HexTow?IM10——目前市場上最高的抗拉纖維。
赫氏公司的HM或高模量纖維是推向市場的最新研發(fā)產(chǎn)品。該公司表示HexTow?HM63對任意高強度高剛度方面的應用都是一種理想材料，這些應用包括空間探索、衛(wèi)星、無人機、商用飛機和直升機等以及高端運動和娛樂應用，如一級方程式、海洋運動、自行車和釣魚竿。
Lyndon Smith補充說：“在激動人心的高增長應用中，奧爾巴尼工程復合材料(Albany Engineered Composites)和SAFRAN選擇了IM712K用于制造LEAP發(fā)動機，是HexTow?碳纖維的應用范例。
對于未來，Lyndon Smith認為，提高結構中碳纖維的設計利用，將從輕量化和定向強度中受益，這將進一步優(yōu)化給定應用，同時最大限度地降低纖維成本。
赫氏公司還在法國Roussillon建設了一家新工廠，以擴大其碳纖維和原絲的生產(chǎn)能力。
來自新工廠的碳纖維將提供給包括空客A350XWB和SAFRAN的CFMLEAP發(fā)動機在內(nèi)的Hexcel的客戶。該工廠將于2018年初全面投入使用。Roussillon工廠位于靠近里昂的Hexcel編織和預浸料生產(chǎn)制造廠附近，這些設施還將從進一步投資中獲利2200萬美元。
空客A350XWB飛機是Hexcel碳纖維主要用戶，后者為飛機的所有主要復合結構提供預浸料?AIRBUSS.A.S2014–photobymasterfilms/A.DOUMENJOU
進一步的市場擴容
索爾維(Solvay)最近擴建了其美國生產(chǎn)線，使應用于飛機結構的碳纖維制造能力翻了一番。這家位于美國南卡羅來納州Piedmont的新工廠已經(jīng)獲得了波音公司的認證，用于制造機翼活動襟翼、發(fā)動機艙以及室內(nèi)應用等二級結構。
擴建包括將丙烯腈單體轉(zhuǎn)化為標準模量碳纖維的設施和設備。這種類型的纖維用于復合材料的生產(chǎn)，這些復合材料經(jīng)預浸漬，用于商用和軍用飛機的應用中。
三菱麗陽(MRC)正在增加其在日本大竹(Otake)生產(chǎn)中心的大絲束碳纖維的生產(chǎn)能力，從目前的2700噸到3900噸。新設施預計將于2017年7月至9月開始運行。加上美國Sacramento小絲束碳纖維工廠生產(chǎn)能力的增長，公司的碳纖維總產(chǎn)能將增長約30%，從10100/年噸增加到13300噸/年。
三菱麗陽(MRC)最近的其他舉措，包括與FiberlineCompositesA/S了一家合資公司，為風力發(fā)電機葉片制造和分銷碳纖維層壓板。MRC將向位于丹麥的合資公司提供在大竹生產(chǎn)的高性能大絲束纖維。該項業(yè)務將利用Fiberline的一種復合拉擠成型技術和加工技術，為風力發(fā)電機葉片市場提供輕質(zhì)、且價格具有競爭力的復合材料層壓板。
MRC最近還與意大利蘭博基尼汽車公司簽署了諒解備忘錄(MOU)，以考慮聯(lián)合開發(fā)汽車用碳纖維復合材料。這將使三菱麗陽(MRC)在CFRP中間材料和工藝技術方面與蘭博基尼的技術和開發(fā)輕型組件產(chǎn)品的知識相結合。
日本東麗公司(Toray)旗下TORAYCA?預浸料產(chǎn)品具有高強度中模碳纖維T800S通過空客公司認證，被選為空客A380的主結構原材料。東麗公司說，東麗已經(jīng)開始向空客位于德國的工廠供貨。A380是世界上最大、最寬敞的客機，旨在為乘客提供最平滑、最安靜的航班感受。2010年5月，東麗與空客集團S.E.簽署了碳纖維預浸料長期供應協(xié)議，主要用于空客S.A.S.。此次T800S碳纖維預浸料通過認證正是基于這份供應協(xié)議做出的決定。東麗一直為空客飛機提供TORAYCA?碳纖維，這是空客公司首次使用TORAYCA?預浸料。
此外，東麗還表示，正在將其高性能碳纖維TORAYCA?的供應量增加到空中客車業(yè)務中。該纖維已被Pratt&Whitney選用于制造PW1100G-JM發(fā)動機的風扇箱。PW1100G-JM是新型單通道飛機A320neo的引擎，該機型于2016年1月首次交付。此外，A330neo主要結構采用了高性能碳纖維TORAYCA?。
