拉挤成型工艺应用前景可期，市场规模预计达34亿美元
拉挤成型工艺应用前景可期，市场规模预计达34亿美元
据美国《复合材料世界》杂志网站2月15日报道，凭借着高度定制化和无与伦比的耐用性，拉挤材料应用范围十分广阔，需求不断增长。市场研究公司Markets & Markets预计，从2019年到2024年，全球拉挤市场的复合年增长率将达到4%，预计达到34亿美元。拉挤工艺起源于20世纪50年代初，用于制造截面恒定的纤维增强塑料复合型材。70多年后的今天，制造商和材料供应商正在探索改变这一工艺的方法。拉挤材料的主要优点之一是其所具备的长跨度强度。萨沙·埃布所曾任职于三菱重工维斯塔斯海上风电合资公司（MVOW）(2020年秋，维斯塔斯同意收购三菱重工在MVOW中的股份，并已将MVOW并入维斯塔斯集团)。在埃布所看来，长跨度强度也是拉挤材料成为风力涡轮机结构构件的“首选材料”的原因之一，其中最著名的是充当转子叶片骨架的主梁。埃布所表示，应用拉挤成型的碳纤维增强复合材料（CFRP）主梁比早期应用的开模铺层工艺更为有效，“主要优点就是所有的纤维都在正确的方向上。从理论上讲，(通过开模工艺)你可以放入单个的单向纤维层，但如果全部灌注，就很有可能产生褶皱。如果应用拉挤工艺，几乎可以完全消除这种情况。”埃布所预计，随着风电市场的持续增长，风电部件向拉挤工艺的持续转变将推动对拉挤技术需求的显著增加。美国能源部预计，美国风能发电量将从2020年的113.43千兆瓦增加到2030年的224.07千兆瓦，到2050年增加到404.25千兆瓦。风电市场快速增长需要另一个关键特征：低成本、可复制的快速制造技术。埃布所表示，这是拉挤工艺的另一个明显优势。“你可以用预制好的部件以非常可控的方式进行组装。对于最关键的部分，这是非常有利的。”加快风力涡轮机的制造速度将使生产商更具竞争力，并将进一步降低能源成本，从而令安装风力涡轮机更具吸引力。美国能源部在2019年《风能技术市场报告》中指出，数量更多且更高效的风力涡轮机，正在将风能成本降至每千瓦时不到2美分的历史最低水平。美国能源部的报告还表示，增加转子直径对提高涡轮效率起着重要的作用。拉挤技术是制造下一代更大、更高效的海上风电叶片转子的关键技术。目前，已研发出来的大型涡轮机，可以在北海海域较为恶劣的环境下高效运行至少30年，北海海域平均风速约为每小时35.4千米。
位于英国海岸的Burbo Bank海上风电场使用维斯塔斯风电叶片（叶片长为79.8米），将发电量由原来的90兆瓦提升到了258兆瓦。埃布所还表示，风力涡轮机制造商将继续深入研发材料强度和负荷能力，以更好地确定涡轮安全运行的最低设计标准。他说:“我认为，在结构设计计算中，很多分项安全系数都是默认添加的。我认为，如果设计师们注意到这一点，他们可以显著减少材料。从根本上说，我并不认为改进这些因素是一个巨大的挑战，但这需要正确的关注点。”此外，埃布所表示，制造商正在关注如何提高CFRP部件的防雷击。尽管CFRP部件结构上能有效防雷击，但它们在防雷击方面还是存在挑战。“最好还是全部采用玻璃和不导电材料，这肯定需要开展大量的工程工作，进行高保真度、多物理性的模拟，以得到良好的防雷击系统。”耐用性是拉挤工艺的一个重要优点，也是吸引风电制造商的原因之一。但对于医用植入物来说，耐用性更为重要。瑞士连续纤维增强热塑性板材(CFRTP)材料供应商Suprem一直致力于推动生产技术的进步，以支持用CFRTP制造更耐用的医疗产品。虽然碳纤维已经成为许多复合材料制造商寻求强度和刚度的首选增强材料，但制造商发现先进的玻璃纤维也可以满足拉挤结构材料更高的性能强度要求。欧文斯科宁公司产品总监帕特里克·哈勒表示，提高增强材料的性能可以显著影响部件的拉伸、弯曲模量和强度。虽然许多制造商都专注于调整树脂以实现特定的性能，但围绕玻璃纤维制造工艺、注入玻璃纤维的化学成分和涂层的创新，也有助于制造商实现更强的增强材料。更高性能的玻璃纤维，能确保结构部件在更长的跨度上保持刚度和强度，如风力涡轮机叶片。哈勒表示，“很多拉挤部件本质上是结构性的。通过增加8%到12%的弹性模量，既可以使部件更薄，也可以使部件之间的跨度更长，这可以减轻系统的重量，降低系统的成本，拓宽设计的灵活性等。”在许多情况下，面对的挑战是确定在什么地方使用性能更高、成本更昂贵的增强纤维最有意义。同样需要平衡的行为是，决定什么时候值得在重新设计部件和工具上投入成本，以支持材料的变化。哈勒表示，“我们的客户了解自己的产品，了解自己的工艺，了解自己的设计。但我们能给予帮助的事就是将改进的材料与市场应用中的改进部件联系起来。”例如，使用轻度更高的玻璃纤维可以使汽车部件更薄、更轻，从而提高电动汽车的燃油经济性或续航里程。
编译自美国《复合材料世界》杂志网站
转自：中国复合材料工业协会。
本文网址：http://www.sws-bj.com/news/464.html
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