復合材料兩個新興市場的前景分析

前所未有的疫情挑戰使得各行各業的發展速度都有所停止,但是對于高品質產品的需求仍然炙手可熱。隨著復合材料廣泛的應用在工業的領域,也不斷的在一些新興產業中迸發活力。其中先進空中交通(AAM)市場是前者,而儲氫市場是后者。


先進空中交通(AAM)


先進空中交通原稱城市空中交通(UAM)。該市場的飛機將完全由蓄電池供電,可容納4-6人或運載同等貨物,垂直起降,可達到20至150公里的航程??瓦\服務將主要是空中出租車,讓乘客能夠在市中心間往返,據稱將于2023-2024年在一些城市開始服務。飛機重量至關重要,尤其是在需要達到大航程的情況下。研究證明,只有復合材料主結構才能滿足AAM飛機的強度、剛度和質量要求。


關于AAM的研制已有多例報道,近一例是6月14日的一則消息。美國研制垂直起降飛機的公司Overair宣布獲得了來自韓國韓華系統公司和韓華航空公司的1.45億美元投資,用來延續研制AAM飛機,使其名為Butterfly(蝴蝶)的全電動實驗飛機在2023年下半年上天飛行。該飛機使用復合材料,有六個座位,垂直起飛和著陸。

據估計,當AAM在2030年代初完全成熟時,每年可以生產多達10萬架飛機——這對航空市場來說是前所未有的。

然而,實現AAM的目標存在著很大的障礙。部署空中出租車服務意味著要建立目前不存在的基礎設施和市場空間。非復合材料的挑戰包括FAA認證、空中交通管制、電池密度限制、電池充電速度、用于自主飛行的人工智能軟件和垂直起落機場的建設等。復合材料自身的挑戰主要有兩點。先,每年制造數萬或數十萬個復合材料氣動結構將需要一定程度的工藝速度、控制和質量,這在當今是不存在的。第二個挑戰是認證。代AAM飛機將使用已經合格的、熱壓罐固化的、手鋪的預浸料制造,這對于每年1000-1500架的交貨量來說是合適的。在那之后,對于第二代飛機,AAM公司將不得不轉換到更新的材料和工藝,其中一些尚未經過資格認定。因此,第二代飛機很可能需要重新認證,這既耗時又昂貴。簡而言之,只有財力雄厚的AAM公司才能擁有達到成熟所需的資本。

29.4

儲氫容器


氫是一種清潔燃料。據預測,到2050年,氫可以滿足能源需求的25%,創造一個價值約10萬億美元的經濟體。


氫燃料可用于多個領域,包括航空航天、汽車、公共交通、卡車運輸、鐵路和海運等。在航空航天領域,氫很可能用于直接燃燒,但在所有其他市場,氫將用于燃料電池。氫燃料需要壓力容器來儲存。復合材料在儲氫中的價值和性能優勢已廣受關注。碳纖維復合材料制成的壓力容器具有卓越的重量和強度特性,成為了儲氫不可或缺的器具。預計到2030年將需要數百萬個儲氫罐,這給復合材料儲氫罐的供應帶來了緊迫感。


據介紹,2020 “JEC”展會上,儲氫壓力容器是一大熱點。許多纖維和樹脂供應商、設備供應商和制造商熱衷于分享他們為優化儲氫壓力容器所用產品所做的工作。美國碳纖維制造商赫氏公司(Hexcel)有關人士在談及儲氫這一新興市場時,興奮地說道:“氫是未來的能源,而對氫來說,碳纖維是關鍵。”他指出,目前的儲氫壓力容器每個約消耗50公斤碳纖維。重要的是,這種壓力容器需用航空航天級的碳纖維。Hexcel正在努力調整和優化壓力容器用的纖維和樹脂,以降低成本,提高性能。


儲氫容器也面臨著挑戰:原料供應和成本。碳纖維是壓力容器的選纖維,但適合應用的碳纖維類型和質量目前供應有限??梢怨降丶僭O,在未來幾年,碳纖維的供應量將增加,但建立一條新的碳纖維生產線是一個24個月的項目,成本高昂,而且耗時。關于成本,碳纖維相對昂貴并不是什么新聞,所以儲氫罐的制造成本也很高。但也可以公平地假設,隨著儲氫市場的擴大和成熟,成本會下降。
綜上所述,盡管AAM和儲氫代表著前所未有的增長機遇,但它們也代表著前所未有的挑戰??朔@些挑戰將是業內為之努力的課題。應該很有趣。