【編者按】Frost & Sullivan公司在2012年發(fā)表的一份報(bào)告中指出失欢，車用碳纖維復(fù)合材料的市場(chǎng)價(jià)值到2017年可能會(huì)增長(zhǎng)到9550萬(wàn)美元绝迁，年復(fù)合增長(zhǎng)率（CAGR）達(dá)30.6?%查奉。這份題為《車用碳纖維復(fù)合材料市場(chǎng)供應(yīng)鏈分析》（Supply Chain Analysis of the Automotive Carbon Fiber Composites Market）的研究報(bào)告指出廉屑，2010年這一市場(chǎng)的總收入已經(jīng)達(dá)到了1470萬(wàn)美元。Frost & Sullivan表示档玻，燃油效率和低碳排放法規(guī)在促進(jìn)車用輕量復(fù)合材料部件替代金屬部件方面發(fā)揮了重要作用怀泊。

　　Frost & Sullivan的資深研究分析師Sandeepan Mondal預(yù)計(jì)，熱塑性塑料比熱固性材料更有優(yōu)勢(shì)误趴，因?yàn)樗鼈儽葻峁绦运芰细菀谆厥张怼Ｓ捎趶U棄物法規(guī)和零部件回收的能力對(duì)材料選擇的影響越來(lái)越大，這一點(diǎn)就變得加重要了凉当。

　　市場(chǎng)對(duì)這兩種材料的巨大需求成為兩宗重大收購(gòu)事件的主要推動(dòng)因素枣申。最近的一次發(fā)生于2013年1月，荷蘭TenCate公司表示即將收購(gòu)Amber復(fù)合材料公司（Amber Composites）看杭。這家荷蘭公司發(fā)表了一份聲明說(shuō)：“全球復(fù)合材料市場(chǎng)的一個(gè)主要組成部分就是熱固性材料糯而，TenCate在這一市場(chǎng)的主要業(yè)務(wù)集中于航空、航天和雷達(dá)整流罩的應(yīng)用領(lǐng)域泊窘∠ㄍ眨”

　　
TenCate補(bǔ)充說(shuō)：“收購(gòu)Amber復(fù)合材料公司將幫助我們加快在歐洲熱固性復(fù)合材料市場(chǎng)的業(yè)務(wù)推進(jìn)。因此烘豹，收購(gòu)Amber后瓜贾，TenCate在歐洲的熱固性和熱塑性復(fù)合材料領(lǐng)域及其主要下游市場(chǎng)——工業(yè)和車用復(fù)合材料、模具材料和航空航天市場(chǎng)——增大了市場(chǎng)占有率苞誊√苁猓”

　　第二宗收購(gòu)在2012年，Cytec收購(gòu)了Umeco盘贤。Cytec工業(yè)材料公司（Cytec Industrial Materials）全球汽車市場(chǎng)經(jīng)理Alexander Aucken說(shuō)：“這次收購(gòu)有助于我們實(shí)現(xiàn)在工業(yè)材料（包括汽車）市場(chǎng)設(shè)定的增長(zhǎng)目標(biāo)鱼练，這一市場(chǎng)擁有巨大的增長(zhǎng)潛力和價(jià)值創(chuàng)造空間◎贾Γ”

　　在收購(gòu)?fù)瓿芍跋烊粒杼匾呀?jīng)像他所說(shuō)的“擁有熱固性和熱塑性復(fù)合材料的全系列產(chǎn)品址嘴。” Umeco的生產(chǎn)能力將有助于氰特發(fā)展和擴(kuò)大它的產(chǎn)品系列千有。

　　Aucken沒(méi)有透露氰特在車用熱塑性塑料和熱固性塑料方面的發(fā)展策略蚀弹。但是他說(shuō)：“我們?cè)诠I(yè)汽車市場(chǎng)的戰(zhàn)略規(guī)劃制定地非常周詳，而且進(jìn)展順利胶向。我們與捷豹路虎（Jaguar Land Rover）的聯(lián)盟是該戰(zhàn)略規(guī)劃的一部分减叫。汽車市場(chǎng)不斷變化，我們?cè)诟叨似嚭唾愜囀袌?chǎng)供應(yīng)先進(jìn)復(fù)合材料的悠久歷史正在延續(xù)裕坊，并且還在不斷開發(fā)新的復(fù)合材料以滿足市場(chǎng)的需求包竹。適于量產(chǎn)的材料、生產(chǎn)工藝和自動(dòng)化工藝的開發(fā)籍凝，以及供應(yīng)鏈的集中管理映企，是我們未來(lái)在這一市場(chǎng)與捷豹路虎以及其他與我們合作的汽車公司共同增長(zhǎng)的基石【苍。”

　　Aucken認(rèn)為，隨著汽車工業(yè)在復(fù)合材料設(shè)計(jì)和生產(chǎn)方面不斷獲取經(jīng)驗(yàn)挤渐，復(fù)合材料的使用以及對(duì)結(jié)構(gòu)一體化的需求將會(huì)越來(lái)越多苹享。把正確的材料應(yīng)用到正確的應(yīng)用中，再把他們連接起來(lái)浴麻，也就是采用相互匹配的模具得问、熱固性復(fù)合材料（預(yù)浸料模壓成型和樹脂傳遞成型/RTM）及熱塑性復(fù)合材料。這種做法讓多材料汽車解決方案逐漸成為行業(yè)規(guī)范软免。

　　優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)

　　同時(shí)擁有熱固性和熱塑性材料兩方面的經(jīng)驗(yàn)一定會(huì)給Cytec和TenCat帶來(lái)巨大的幫助宫纬，因?yàn)橛行┰O(shè)計(jì)者喜歡用熱固性材料，而有些喜歡用熱塑性材料膏萧。亨斯邁先進(jìn)材料公司（?Huntsman Advanced Materials）的市場(chǎng)經(jīng)理Klaus Ritter解釋說(shuō)漓骚，部件設(shè)計(jì)的過(guò)程通常也是評(píng)估每種復(fù)合材料的好處和壞處的過(guò)程。

　　“熱塑性復(fù)合材料具有三大優(yōu)勢(shì)尤稍〕母溃”Ritter說(shuō)，“首先弓匪，熱塑性塑料加強(qiáng)的抗沖擊性能是熱固性復(fù)合材料無(wú)法匹敵的晨偿。熱塑性塑料可以加快預(yù)浸漬纖維材料的加工速度，最重要的是盲拣，它擁有隨時(shí)進(jìn)行產(chǎn)品重塑的能力诊踢。但是，由于熱塑性塑料原本是固態(tài)的摘裕，纖維的浸潤(rùn)比較困難脸鸿。浸潤(rùn)需要用到特殊的技術(shù)和設(shè)備鹅但。這相對(duì)地提高了預(yù)浸漬的成本，而加工所需溫度較高捏裂，也增加了日常生產(chǎn)成本唧尊。”

　　
　　Ritter繼續(xù)說(shuō)到：“熱塑性塑料的其他缺點(diǎn)包括其蠕變性和較高的內(nèi)部張力吩屹，這是由于熱塑性塑料和增強(qiáng)纖維從很高的加工溫度冷卻下來(lái)時(shí)跪另，它們之間不同的熱膨脹引起的。而單向增強(qiáng)件的問(wèn)題就比較小煤搜，復(fù)雜的三維形狀就存在很大的問(wèn)題免绿，還會(huì)導(dǎo)致表面質(zhì)量的下降〔炼埽”

　　“熱固性復(fù)合材料的加工時(shí)間通常比較長(zhǎng)嘲驾，現(xiàn)在可以采用熱壓罐外高壓RTM（樹脂傳遞成型）快速成型方法實(shí)現(xiàn)五分鐘循環(huán)（一分鐘注射，兩分鐘固化）迹卢，對(duì)于不太復(fù)雜的壓塑成型操作辽故，每個(gè)部件只需要兩分鐘（固化只需要一分鐘）「睿”他說(shuō)誊垢。

　　據(jù)Ritter介紹，在結(jié)構(gòu)應(yīng)用中症见，纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂制成的熱固性復(fù)合材料的機(jī)械性能和抗腐蝕性能“甚至比金屬部件還要高喂走，重量則比金屬輕得多。熱固性復(fù)合材料良好的纖維浸潤(rùn)性能和相對(duì)較低的加工溫度有助于降低投資成本谋作，并保持最佳的產(chǎn)品質(zhì)量和機(jī)械性能兵故。”

　　Ritter稱缩棉，熱固性復(fù)合材料具有最低的蠕變變形折甸，它們“將外形和功能結(jié)合在一起，制造出非常輕的結(jié)構(gòu)部件颂梆。無(wú)論汽車零部件是碳纖維外觀還是噴涂表面绕众，都可以得到非常好的表面質(zhì)量。然而肴摊，毒性問(wèn)題通常被看作幾種熱固性材料系統(tǒng)的一個(gè)缺點(diǎn)姆已。”

　　據(jù)邁圖專用化學(xué)品公司（Momentive Specialty Chemicals）全球運(yùn)輸市場(chǎng)部總監(jiān)Francis Defoor說(shuō)碉晾，熱固性或熱塑性材料哪種更好急响，這個(gè)提問(wèn)本身就是錯(cuò)誤的。他說(shuō)陋窗，“這是一個(gè)比簡(jiǎn)單地選擇一種樹脂和一種增強(qiáng)材料更為復(fù)雜的問(wèn)題嘱悄。要根據(jù)特定的應(yīng)用和環(huán)境選擇合適的材料隅本。材料的選擇取決于你是需要一個(gè)很好的裝飾部件還是結(jié)構(gòu)部件；是要適應(yīng)特定的幾何形狀還是滿足特定的成本目標(biāo)兼呵⊥酶ǎ”

　　Defoor贊同傳統(tǒng)熱固性樹脂需要長(zhǎng)時(shí)間固化的說(shuō)法，但是現(xiàn)在可以實(shí)現(xiàn)兩分鐘一次的加工周期击喂，且不犧牲其他性能维苔。在一篇標(biāo)題為《下一代車用復(fù)合材料結(jié)構(gòu)量產(chǎn)用先進(jìn)熱固性基體樹脂技術(shù)》（Advanced Thermosetting Resin Matrix Technology for Next Generation High Volume Manufactureof Automotive Composite Structures）的論文中，Roman W. Hillermeier博士懂昂、Tareq Hasson博士介时、Lars Friedrich?和Cedric Ball認(rèn)為，環(huán)氧復(fù)合材料可以與傳統(tǒng)材料去競(jìng)爭(zhēng)的凌彬，例如鋼和鋁沸柔。

　　在這篇文章的摘要中，作者們稱：“…新技術(shù)是獨(dú)一無(wú)二的铲敛，因?yàn)樗鼈兙哂凶銐蜷L(zhǎng)的注射加工窗口褐澎，可以很好地浸潤(rùn)增強(qiáng)纖維，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)極短的固化周期伐蒋。這項(xiàng)研究的結(jié)果表明工三，采用現(xiàn)在的創(chuàng)新樹脂材料和加工技術(shù)，結(jié)構(gòu)復(fù)合材料部件能夠以較低的成本進(jìn)行大批量生產(chǎn)芯妇。”邁圖公司表示圈蛹，新推出的快速固化系統(tǒng)EpikoteTM Binder 05475/Epikure 05500固化劑肃刁，能夠借助RTM或液體壓縮成型工藝幫助汽車制造商實(shí)現(xiàn)更高的生產(chǎn)率。

　　塞拉尼斯公司（Celanese）的工程塑料業(yè)務(wù)泰科納（Ticona）認(rèn)為奇茫，熱塑性塑料帶是減輕重量的關(guān)鍵孙泵。

　　在2012年JEC美國(guó)復(fù)合材料展覽會(huì)上，泰科納的技術(shù)投放經(jīng)理（technology launch manager）Michael Ruby發(fā)表了一篇關(guān)于玻纖增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料單向帶的技術(shù)文章上绅，文章的題目為《采用單向織物和單向?qū)訅簬岣逥-LFT復(fù)合材料的沖擊性能》（Improving impact performance in D-LFT composites with UD-Tape based fabrics & laminates）崇审，該文概括了泰科納在汽車車身底板護(hù)罩（underbody shield，英文簡(jiǎn)稱UBS）方面的研究岛宵，描述了提高復(fù)合材料硬度/強(qiáng)度和抗沖擊性能的方法任汪，即采用連續(xù)原絲、玻纖增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料單向帶生產(chǎn)纖維織物以及定制層壓坯料滚吱。

　　
　　泰科納認(rèn)為枷窿，熱塑性聚合物與連續(xù)纖維復(fù)合材料結(jié)合使用，可以生產(chǎn)出輕量且耐用的部件荣月。泰科納說(shuō)管呵，這些部件能夠減輕重量梳毙、降低成本，而且能夠在極端環(huán)境下使用捐下。

　　該公司開發(fā)了一種采用長(zhǎng)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料在線配混技術(shù)（D-LFT）制成的汽車車身底板護(hù)罩账锹。所用復(fù)合材料采用連續(xù)纖維半成品織物和層壓材料增強(qiáng)，以提高硬度和抗沖擊性能坷襟。

　　碳纖維

　　企業(yè)之間競(jìng)爭(zhēng)的增強(qiáng)和更快的固化周期很可能會(huì)促使更多的汽車設(shè)計(jì)者采用增強(qiáng)聚合物奸柬。部件的整合已經(jīng)進(jìn)行了很多年。正如Axon汽車公司（Axon Automotive）正在證實(shí)的啤握，此領(lǐng)域內(nèi)還有很多工作可做鸟缕。

　　英國(guó)公司Axon開發(fā)了一種城市汽車，這款B級(jí)車尺寸的車型大小非常接近于雪鐵龍C1排抬，但是據(jù)說(shuō)整個(gè)車身框架的重量只有50公斤懂从。

　　輕型汽車可以將油耗和尾氣排放降到最低，市場(chǎng)對(duì)輕型汽車的需求促使該公司開發(fā)了“黑車身”碳纖維復(fù)合材料系統(tǒng)蹲蒲。據(jù)說(shuō)番甩，一輛城市汽車的“黑車身”系統(tǒng)僅重50公斤；一輛中型轎車則僅重80公斤牲羊。Axon還說(shuō)磅芬，能夠快速建立經(jīng)濟(jì)性汽車平臺(tái)的方法，還有可以隨著需求變化而增加的最佳初始產(chǎn)量有著巨大的發(fā)展?jié)摿Α?

　　“結(jié)構(gòu)整合度越高蛮血，需要制造的部件就越少着癞。”Axon公司總經(jīng)理Steve Cousins解釋說(shuō)芽刨。

　　Cousins說(shuō)役霍，在一副經(jīng)典的白車身中有350個(gè)部件，而Axon公司的黑車身中的部件數(shù)量則較少瘩浆，制造速度要快得多磷尊。據(jù)Cousins介紹，一個(gè)3米高的橫梁只需要10分鐘的灌注成型時(shí)間胡炼。

　　Axon采用Axontex技術(shù)制造非常輕但強(qiáng)度和硬度非常高的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)梁豹女。該公司表示這一系統(tǒng)不僅能夠滿足所有的硬度和碰撞標(biāo)準(zhǔn)，而且可以在外部車身板中采用任何你所需要的材料碍蚊，從鋼材到熱塑性塑料以及介于兩者之間的任何材料拷肌。該公司與斯高特巴德（Scott Bader）合作開發(fā)的碳纖維復(fù)合材料樹脂系統(tǒng)Crestapol 1250 LV已被用于其城市汽車的車身框架中，用以實(shí)現(xiàn)更低的成本和更高的強(qiáng)度旨巷。

　　福特汽車公司也在使用碳纖維材料廓块，該公司正與陶氏汽車系統(tǒng)（Dow Automotive Systems）合作研究先進(jìn)的碳纖維復(fù)合材料在量產(chǎn)車中的應(yīng)用。福特公司提高燃油效率戰(zhàn)略的主要內(nèi)容之一就是，到2020年带猴，將新的汽車和卡車重量減少750磅（約340公斤）昔汉。

　　福特公司首席技術(shù)官和副總裁Paul Mascarenas解釋說(shuō)，有兩種方法可以減少汽車的耗油量：研究和創(chuàng)新拴清。他們正在“研究如何提高燃油到動(dòng)力的轉(zhuǎn)化效率靶病，以及降低動(dòng)力傳動(dòng)系需要做的功】谟瑁”

　　“福特主要通過(guò)減小發(fā)動(dòng)機(jī)和電氣設(shè)備的尺寸來(lái)解決轉(zhuǎn)化問(wèn)題娄周，而整備質(zhì)量的降低和動(dòng)力學(xué)性能的提高才是降低能耗的關(guān)鍵。＂他說(shuō)沪停，＂福特正在對(duì)一系列新的材料煤辨、改進(jìn)的設(shè)計(jì)流程和新的制造技術(shù)進(jìn)行調(diào)查，它們能夠令汽車滿足日益嚴(yán)格的安全和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)盒止，同時(shí)減輕重量侥锨。”

　　“我們通過(guò)使用輕量高強(qiáng)度的聚合物和結(jié)構(gòu)連接技術(shù)已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展扑跌，因此與福特公司的合作順理成章扇殃。”陶氏汽車系統(tǒng)研發(fā)總監(jiān)Florian Schattenmann補(bǔ)充說(shuō)创皿。

　　陶氏汽車和福特公司已經(jīng)簽訂了一份合作開發(fā)協(xié)議投戴，雙方將在幾個(gè)領(lǐng)域內(nèi)展開合作，攜手研發(fā)爸蝠。這個(gè)研發(fā)團(tuán)隊(duì)將致力于建立一個(gè)經(jīng)濟(jì)的車用碳纖維資源梢跳，并開發(fā)適合量產(chǎn)車的零部件制造方法。這次合作將結(jié)合協(xié)議雙方最突出的優(yōu)勢(shì)十旗，包括福特在設(shè)計(jì)仲峡、工藝和量產(chǎn)車生產(chǎn)上的能力和經(jīng)驗(yàn)，以及陶氏汽車在研發(fā)笑驶、材料科學(xué)和聚合物量化加工方面的優(yōu)勢(shì)职颜。

　　這次的聯(lián)合開發(fā)還將利用陶氏化學(xué)公司通過(guò)與土耳其碳纖維生產(chǎn)商AKSA以及美國(guó)能源部橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（ORNL）的合作所展開的研究工作胞饭。

　　如果這次的合作能夠獲得成功嫌变，那么碳纖維零部件可能會(huì)在本世紀(jì)后期出現(xiàn)在福特的新車中。產(chǎn)品開發(fā)團(tuán)隊(duì)的目標(biāo)就是滿足50 mpg（英里/加侖）以上的新燃油效率標(biāo)準(zhǔn)躬它，以及延長(zhǎng)電動(dòng)汽車的里程腾啥。

　　
　　回收

　　現(xiàn)在設(shè)計(jì)者們?cè)诰酆衔锖驮鰪?qiáng)材料的選擇上非常挑剔。但是冯吓，位于英國(guó)Bristol市的國(guó)家復(fù)合材料中心（National Composites Centre）的業(yè)務(wù)支持工程師Nigel Keen說(shuō)倘待，相比于可回收的特性，加工速度才是目前對(duì)熱塑性塑料最有利的因素。因?yàn)楝F(xiàn)在無(wú)論是熱塑性塑料還是熱固性塑料凸舵，都有了符合歐盟標(biāo)準(zhǔn)的回收解決方案祖娘。然而，回收仍然是一個(gè)難題啊奄，盡管汽車制造商在進(jìn)行零部件設(shè)計(jì)時(shí)都已經(jīng)考慮了這個(gè)問(wèn)題渐苏。

　　據(jù)說(shuō)，采用熱固性材料可以實(shí)現(xiàn)百分之百的回收菇夸。Eco-Wolf公司市場(chǎng)銷售部經(jīng)理Bruce Ogilvy說(shuō)琼富，該公司的回收系統(tǒng)會(huì)變得越來(lái)越受歡迎，因?yàn)槠囆袠I(yè)面臨著一個(gè)壓力泻漏，那就是如何證明由熱固性材料制造的零部件存在可行的回收方法翎噩。

　　“隨著原材料成本不斷增加，垃圾填埋的相關(guān)法規(guī)不斷發(fā)展哆念，對(duì)廢棄物重新利用的能力變得越來(lái)越有吸引力治弯。”O(jiān)gilvy說(shuō)随去，“然而起初亮钩，用回收材料替代一定比例的純料所節(jié)約的成本并不理想。因?yàn)槿颖茫?dāng)垃圾填埋的成本降低時(shí)巢驶，其他的相關(guān)花費(fèi)卻增加了，所以闭厕，所降低的成本就成了主要的考慮因素个滓。我們目前正與一些公司合作建立纖維回收工廠，既回收玻纖增強(qiáng)材料多吁，也回收碳纖維復(fù)合材料尼可。“

　　Eco-Wolf公司的回收系統(tǒng)主要包括兩部分将鸵，一個(gè)是Eco粉碎機(jī)（Eco-Grinder）勉盅，這臺(tái)設(shè)備結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，其專門的設(shè)計(jì)可在應(yīng)對(duì)材料磨蝕性的同時(shí)保持玻纖或其他天然纖維的完整性顶掉。這使纖維得以重新添加到新產(chǎn)品中草娜。

　　第二部分是一臺(tái)Eco分散浸潤(rùn)機(jī)（Eco-Dispensing Macerator）。這是一臺(tái)氣動(dòng)設(shè)備痒筒，可以將來(lái)自Eco粉碎機(jī)的材料計(jì)量后輸送到已有的分散設(shè)備中宰闰，并從那里根據(jù)操作員的要求注射到樹脂流中。Eco-Wolf公司提供一種適配器簿透，可以重新利用廢料而不改變樹脂系統(tǒng)移袍。

　　Ogilvy說(shuō)Eco-Wolf“開發(fā)了一種獨(dú)一無(wú)二的碳纖維加工方法，因?yàn)樵谔祭w維回收過(guò)程中無(wú)需進(jìn)行加熱，因此不會(huì)顯著降低碳纖維的拉伸強(qiáng)度葡盗∶螅”最終，設(shè)計(jì)者可能會(huì)被迫作出妥協(xié)觅够。這是因?yàn)槁肥ǎ酆衔锖吞祭w維材料的選擇可能會(huì)在某種程度上取決于工藝實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的難易程度。此外恼芙，盡管固化時(shí)間在某些工藝中已經(jīng)縮短结晒，但是在汽車工廠內(nèi)引入一種新的復(fù)合材料生產(chǎn)工藝并不是簡(jiǎn)單地找出所有變量，例如設(shè)計(jì)龟冻、材料碎准、尺寸和成本，就可以了陋抵。對(duì)于二次工藝的影響也必須有深入地了解焚怨，例如噴涂工藝『沉看著汽車制造商如何實(shí)現(xiàn)未來(lái)的減重目標(biāo)是一件很有意思的事铺描。

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