Грядущее десятилетие:ясность с большой долей неопределенности

Вступая в десятилетие 2020-х годов, стоит задуматься о том, что 2010-е принесли сообществу композиторов и как эти инновации могут или не могут повлиять на будущее. На традиционном рынке композитных материалов в аэрокосмической отрасли Boeing 787 поступил на вооружение в 2011 году, а в 2015 году последовал Airbus A350 XWB с аналогичной интенсивностью использования композитных материалов. CSeries от Bombardier. узкофюзеляжный самолет с крыльями, пропитанными смолой, был введен в эксплуатацию в 2016 году. Затем Airbus приобрела самолет CSeries продуктовую линейку в 2018 году, переименовав ее в A220. Наконец, к сожалению, 2019 год ознаменовался отменой Airbus A380, огромного самолета, который явился пионером многих композитных инноваций.

Что касается автомобилестроения, в 2013 году компания BMW потрясла отрасль, выпустив i8 и i3 представляя, устанавливая глобальную вертикальную цепочку поставок и заставляя многих предполагать, что эра автомобилей с интенсивным использованием углеродного волокна скоро наступит в массовом порядке . Два года спустя BMW представила обновленную 7-Series . , автомобиль из нескольких материалов с примерно 15 конструктивными деталями из углеродного волокна, что, возможно, указывает на альтернативный путь к массовому внедрению. В конце десятилетия General Motors представила модель Sierra Denali пикап с формованным корпусом из термопласта, армированного углеродным волокном, а в 2019 году - версия Corvette с задним расположением двигателя и изогнутой пултрузионной балкой заднего бампера.

В области переработки композитов, особенно композитов из углеродного волокна (помимо лома волокна), десятилетие началось практически без базы поставок и закончилось более чем дюжиной поставщиков, многие из которых поставляли коммерческие партии для последующих приложений. Отрасль ветроэнергетики продемонстрировала свое знаменательное десятилетие, увеличив производственные мощности во всем мире более чем в три раза и доказав, что она является сильным рынком для композитов. В следующем месяце я более подробно расскажу о ветре, поэтому остановлюсь на авиакосмической и автомобильной промышленности.

Хотя я живу в США, в начале 2019 года у меня была возможность посетить ряд исследовательских институтов в Великобритании, специализирующихся на композитах, а в декабре я посетил несколько институтов Фраунгофера и объекты DLR на севере и юге Германии, а также а также несколько производственных предприятий, обслуживающих аэрокосмический и автомобильный рынки. Эти визиты и обсуждения дополняют мои наблюдения в США относительно того, куда движутся разработки материалов и процессов в начале 2020 года. Хотя на определенном уровне между странами существуют различия, основные направления действительно глобальны - преобладают повышение скорости производства и сокращение затрат при вторичной переработке. и устойчивость - неотъемлемая часть этих исследований и разработок. Все подтверждает, что международное сотрудничество для решения этих проблем не только полезно, но и необходимо, если композиты действительно вытесняют традиционные материалы.

Пока остаются вопросы, будущее композитов в аэрокосмической отрасли становится несколько более ясным. Несмотря на отсутствие официальных заявлений о замене однопроходных приверженцев Boeing и Airbus, очевидно, что многие аэрокосмические исследования сосредоточены на предоставлении технологий для производства, обработки, проверки и сборки больших передовых композитных конструкций с более высокими темпами. Одно дело поставлять от 100 до 140 широкофюзеляжных самолетов в год, и совсем другое дело - ежегодно строить от 700 до 900 узкофюзеляжных самолетов с композитной основной конструкцией. Если учесть смежные рынки беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) и городской воздушной мобильности (UAM), такие как воздушные такси, объемы, вероятно, будут исчисляться тысячами ежегодно. Хотя существует значительный интерес к термопластам, большие конструкции для пассажирских самолетов, скорее всего, останутся в термореактивных реактивах (препрегах для отверждения, пропитанных вакуумом или вне автоклава), с термопластами в зажимах, скобах, ребрах и других более мелких компонентах. Ожидается, что на рынках БПЛА и UAM отрасль рассмотрит термопласты, а также внедрит технологии, разработанные для автомобилестроения, такие как литье смолы под высоким давлением (HP-RTM), пултрузионное и компрессионное формование.

С другой стороны, автомобильный мир демонстрирует значительную неопределенность. Интерес к углеродному волокну по-прежнему велик, но его ценность теперь следует рассматривать в свете других движущих сил - электрификации, мобильности и автономности, а не только облегчения ради облегчения. За последние 10 лет продолжительность цикла и стоимость композитов из углеродного волокна сократились на 50% и более, но это еще не все. Прерывистое углеродное волокно, переработанное или полученное из более дешевых прекурсоров / процессов, найдет применение в качестве арматуры для компаундов для прессования или литья под давлением, где автоматизация высока, а процент брака низок. Хотя BMW недавно объявила, что продолжит выпуск i3 До 2024 года автомобильная промышленность Германии в целом отказывается от новых применений непрерывного углеродного волокна. Будущее углеродного волокна в первичных конструкциях большого объема будет зависеть от снижения стоимости готовых деталей до менее 18 евро за килограмм (примерно 10 долларов за фунт). Возможные промежуточные решения включают сплошное стекловолокно или гибридные конструкции из стекла и углерода, а также усиление разработки гибридных формованных компонентов.

Что принесут композиты следующие 10 лет? Для летающих вещей будущее выглядит светлым. Но для наземной техники нам еще нужно несколько прорывов.