碳纤维在日本的成功故事

作者:Denzil Walton(技术文案撰稿人,本刊编译) 文章来源:AI《汽车塑化》 发布时间:2016-12-22
在复合材料市场的增长中,日本将扮演重要角色。特别是在碳纤维市场领域,日本已成为世界最大的碳纤维制造国,能够满足全球约70%的市场需求量。

到2020 年,全球复合材料市场预计将达到900亿美元,年复合增长率为7%~9%。在产量方面,亚太地区占世界总产量的近50%,到2018年,这一数字预计将提升到53%。

在复合材料市场的增长中,日本将扮演重要角色。特别是在碳纤维市场领域,日本已成为世界最大的碳纤维制造国,能够满足全球约70%的市场需求量。

日本的复合材料市场

碳纤维被认为是解决全球环境问题的一个重要贡献者!凭借轻量化的属性,碳纤维能够显著降低其所应用产品在整个生命周期中的二氧化碳排放量,因此,对碳纤维的需求正在广泛的应用领域中不断扩展,尤其是在风能、航空、汽车和压力容器等领域。

这不足为奇!因为制造商们的兴趣在于:生产出更节省燃料的飞机和汽车、增大风机叶片的尺寸来提高其效率,以及为交通运输的替代燃料(如氢)制造强大的轻质储存容器。碳纤维和碳纤维增强聚合物(CFRP)为此提供了最大程度的减重潜力,因而成为实现这些目标的主要候选材料。

日本在航空航天领域尤其强大,它主导着航空航天应用的CFRP结构的设计、制造和加工。比如,日本正在开发的一款小型商用飞机——三菱支线喷气式飞机(Mitsubishi Regional Jet),就是依靠CFRP结构来满足其高性能要求;而几乎35%的波音787结构,也由日本的产业主要使用CFRP来制造。

三大日本碳纤维制造商

全球对碳纤维的需求预计将以12.5%的年复合增长率增长,到2018年将达到9.2802万吨。所有碳纤维丝束的全球总额定产能,预计将从2012年的10.9230万吨增加到2020年的15.9万吨。目前,全球碳纤维市场的三大主要厂商都在日本,分别是:东丽工业公司、帝人株式会社和三菱丽阳株式会社。

作为世界最大的碳纤维生产商,东丽工业公司最近与波音公司签订了一份多年供货合同,为波音787 Dreamliner和777X 提供碳纤维。

三菱丽阳株式会社最近宣布了一项与兰博基尼公司的合作,主要围绕碳纤维板壳的大规模生产而进行研发。该项目预计将实现更适合于大规模生产的更高水平的自动化生产,因为这在加工稳定性方面具有很大的优势。

2016年9月,帝人株式会社宣布,该公司已同意收购大陆结构塑料控股公司(Continental Structural Plastics Holdings Corporation,简称“CSP”),这是北美一家领先的汽车复合材料供应商。通过这项收购,帝人株式会社拟在北美建立一个汽车复合材料产品业务,并加速其作为高性能复合材料的一级供应商而向全球汽车市场的扩张。

更多来自日本的复合材料新闻

日本的太空竞赛队Hakuto最近向Google赞助的Lunar XPRIZE探月竞赛(一项前所未有的竞赛,以向来自全球的工程师、企业家和创新者发出挑战,开发低成本的机器人空间探索方法)推出了其月球车设计。Hakuto的方法是一种基于轻质、耐热CFRP复合材料(由东丽工业公司提供)的 “Dual Rover”系统。

“在太空外层停留”方面,创新者Elon Musk已透露了有关其SpaceX Interplanetary Transport System的很多信息,包括该系统的燃料箱都将采用碳纤维制成。“SpaceX将人类带上火星及以外”的计划可能截止到2025年。通过与东丽工业公司的合作,Musk已确保了SpaceX项目的碳纤维供应,SpaceX的机身正由碳纤维取代铝来制作以便更轻,从而确保承载更多的货物。

就航空制造业而言,日本的第一个国产隐形战斗机原型X-2,采用了一种特殊的碳纤维复合材料,能吸收雷达波以防止飞机被发现。该喷气式飞机正在位于日本丰山的三菱重工公司的一家工厂进行研制。

再回到地面:日本汽车制造商马自达公司正在寻求采用一种经济上可承受的碳纤维来减轻其下一代MX-5 Miata汽车的重量。这是一个重大新闻,因为目前的MX-5采用的是钢和铝,而马自达目前还没有在其任何汽车上采用碳纤维。

同样是汽车行业,丰田汽车公司已围绕其下一代超级跑车而与宝马汽车公司展开了合作——丰田Supra将于2018年亮相。宝马也正在研制其自己的超级跑车——Z5将与联合开发的丰田Supra在许多方面有共同之处,包括碳纤维复合材料技术。目前,宝马所有的Z车型都采用了CFRP制成的结构柱和车顶结构。

在汽车向氢能源转变方面,日本是世界的领先者之一,这与开发更轻质的部件和材料从而降低能耗是完全一致的。三井、东丽和Hexagon Lincoln已签署了联合开发协议,为联合生产而开展可行性研究,并为日本的汽车提供CFRP的高压氢气瓶。

风能有望成为复合材料增长最快的市场之一。根据Lucintel的2016行业状态报告,2015年复合材料在风能市场总体增长了24.2%。研究咨询公司Markets and Markets预计,风电复合材料市场到2020年将达到55亿美元的市值。三菱人造丝有限公司和丹麦Fiberline Composites公司已就“成立一家合资公司”达成了共识,以便制造并分布用于风机叶片的碳纤维复合材料层合板。该合资公司旨在通过紧密整合的供应链,为风力涡轮机制造商提供具有竞争力的碳纤维部件,这将有助于降低风能价格。

最后,来自日本京都大学的研究人员已经发现,二硅化钼基的复合材料能够提高燃气轮机叶片的效率。

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