10. Jeep全复合材料车顶接收器以低质量实现钢性能
传统上，人们相信更长的纤维增强可以产生更坚固的复合材料。然而，纳米复合添加剂的引入在一定程度上挑战了这一想法。现在，事实证明，一种专为注塑成型设计的新型超短碳纤维增强热塑性塑料 (CFRTP) 的性能优于短纤维和长纤维热塑性塑料，无论是玻璃还是碳。这些被称为 KyronMax 的材料由三菱化学先进材料公司（美国亚利桑那州梅萨市 MCAM）生产，尤其适用于难以实现良好纤维渗透的复杂形状。它们不仅超越了传统的热塑性复合材料，而且还优于金属。一个典型的例子是它们在 2021 款 Jeep牧马人SUV 和Stellantis 的角斗士皮卡的车顶接收器中的使用。这就是这个应用程序如何实现的背后的故事。
照片来源：Stellantis
9. Infinite Composites：用于太空、氢气、汽车等领域的 V 型储罐
Infinite Composites（美国俄克拉荷马州塔尔萨）成立于 2010 年，专门生产 V 型复合材料压力容器，这种压力容器由于采用全复合材料结构（主要采用碳纤维增强且无衬里）而成为各种储罐类型中最轻的。然而，制造在高压条件下保持可靠性的无衬里储罐一直是一个重大挑战，因为衬里通常充当防止气体或低温液体渗透的屏障。尽管存在这一障碍，Infinite Composites 仍成功制造了这些无衬里储罐，容量从 5 升到 325 升不等，适用于航空航天、航空、运输和天然气应用等行业。该公司已获得太空系统认证，并正在积极合作开发V型储氢罐，包括低温液态氢。通过广泛的测试，包括压力循环和安全评估，该公司已经证明了其技术在不同应用中的有效性，现在正致力于扩大生产规模以供更广泛的使用。
图片来源：Infinite Composites
8. 陶瓷基
8. 陶瓷基复合材料的新时代
复合材料的新时代
陶瓷基复合材料(CMC) 在陶瓷基体中使用陶瓷纤维来创建在高温下表现出色的坚固结构。GE 航空航天公司（原 GE 航空集团，美国俄亥俄州埃文代尔）生产适用于 LEAP 发动机的 CMC，与金属合金相比，该发动机可承受极端高温，从而实现更高的效率并降低燃料消耗。由于 CMC 能够应对这些极端温度，因此在航空航天领域的超音速和高超音速飞行器中变得至关重要。目前正在研究开发适用于更热环境的超高温 CMC。除了航空航天之外，CMC 在发电领域也越来越受到关注。某些纤维的供应有限一直是一个挑战，但公司正在提高产量以满足需求。尽管生产时间面临挑战，但正在进行的研究旨在改进 CMC 开发的制造方法和可持续性。本文将进一步探讨这种材料的这些进步和不断扩大的应用
图片来源：（左上，顺时针方向）：GE Aerospace、MATECH、Hypersonix 和 ©DLR-WF 通过 Ceramic Network
7. 慕尼黑工业大学开发了使用碳纤维复合材料的立方形适应性储罐，以增加储氢量
使用氢气运行的燃料电池电动汽车 (FCEV) 为气候目标提供了零排放解决方案，具有快速加油和 500 公里续航里程的特点。然而，其较高的成本与产量较低有关。为了削减开支，提出的解决方案涉及对电池电动汽车 (BEV) 和 FCEV 使用单一平台。目前用于储存氢气的圆柱形储罐不太适合纯电动汽车电池外壳，阻碍了这一想法的实现。然而，由慕尼黑工业大学（TUM，德国慕尼黑）领导的研究项目旨在开发枕形的立方体压力容器，以适应用于电池的平坦空间。这些项目 Polymers4Hydrogen (P4H) 和氢演示和开发环境 (HyDDen) 正在使用碳纤维复合材料创建舒适的氢罐原型，旨在简化 FCEV 的生产并降低成本。
6. MFFD热塑性复合材料机身的制造
多功能机身演示机 (MFFD) 计划于 2014 年在清洁天空 2（现为清洁航空）倡议下启动，旨在创新欧洲的飞机技术和可持续性。其目标之一是完全采用碳纤维增强热塑性聚合物复合材料建造一个长 8 米、直径 4 米的机身部分，将机身重量减轻 10%，经常性成本降低 20%，从而有可能加快飞机生产速度。空中客车研究与技术公司（德国不莱梅）领导了该项目，多次征求建议书，并吸引了 40 多家公司参与从自动化装配到测试方法等各个方面的工作。完成的下壳已送去总装，计划使用激光和超声波焊接技术。本文总结了已完成的制造步骤，并重点介绍了基于激光的机身接头共固结工艺。
5. 工厂参观：Spirit AeroSystems，贝尔法斯特，北爱尔兰，英国
空中客车 A220 的前身是庞巴迪 CS100/CS300，现已发展成为空中客车加拿大有限公司旗下生产的单通道飞机系列。这些飞机最初于 2008 年推出，于 2016 年投入商业服务。空中客车公司于 2018 年收购了该系列飞机的多数股权，并将其重新命名为 A220 系列。
空中客车公司的目标是大幅提高产量，到本世纪末将每月生产 6 架飞机增加到 14 架。它暗示 A220-500 变体正在开发中。A220 超过 40% 的关键结构由复合材料组成，具有耐腐蚀性和重量优势，从而提高燃油效率并减少排放。机翼由Spirit AeroSystems （英国贝尔法斯特）生产，在这种以复合材料为重点的结构中发挥着至关重要的作用，Spirit 正在为增加该领域的产量和未来发展做好准备。CW最近参观了 Spirit 的工厂，探索其制造工艺以及为即将开展的工作做好的准备情况。
4. 工厂参观：美国新罕布什尔州罗切斯特市奥尔巴尼工程复合材料公司
Albany Engineered Composites (AEC) （美国罗切斯特）自 2013 年以来一直处于高质量、自动化复合材料制造的前沿，为 CFM International（美国俄亥俄州辛辛那提）生产碳纤维复合材料部件，如风扇箱、叶片和垫片LEAP 飞机发动机。这些部件在空客、波音和中国商飞的飞机中发挥着至关重要的作用，使 LEAP 发动机成为窄体飞机的标准选择。该发动机的开发商赛峰集团在一次活动中透露，LEAP发动机在全球市场上占有重要份额，大量积压订单表明其作为全球复合材料风扇叶片最大消费者的地位。AEC 从初创公司到工业化大批量生产设施的历程展示了航空航天业的未来，强调了制造规模和一流质量之间的关键联系。该公司的成功故事为整个航空复合材料供应链提供了宝贵的见解。
3. OceanGate背后的教训
今年早些时候， OceanGate 的泰坦潜水器失事后，前CW 出版商杰夫·斯隆 (Jeff Sloan) 花时间反思了他 2017 年接受 OceanGate 首席执行官斯托克顿·拉什 (Stockton Rush) 的采访。在采访中，他们讨论了泰坦前身Cyclops 2中碳纤维复合材料的创新使用。拉什强调了深海环境、减重、设计细节和制造耐用潜水器安全性方面的挑战。尽管拉什对探索充满热情，但他的技术专长似乎存在差距，需要依赖专业供应商来开发复杂的船体。美国海军报告显示泰坦失去联系的地点附近发生了内爆，证实了拉什和他的团队的悲惨损失。关于事故原因的猜测充斥着各个媒体平台，对潜在责任的讨论也愈演愈烈。
2. 低温压缩氢气，存储和加氢站的最佳解决方案？
氢在向清洁能源转变的过程中发挥着关键作用，对于在气候危机不断升级的情况下遏制CO 2排放至关重要。氢能委员会的“氢能洞察 2022 ”报告强调了这一点，重点关注了 680 个全球大型项目，到 2030 年，氢能投资将达到 2,400 亿美元，较 2021 年激增 50%。康明斯（美国印第安纳州哥伦布市）执行主席 Tom Linebarger 强调需要采取多种解决方案来实现零排放的未来，并引用了氢的关键作用。氢行业内的适应性解决方案势在必行，以满足不同的需求，例如存储和为不同的车辆和飞机提供燃料。最近的文章探讨了多种存储选项，例如用于重型运输的 IV 型压缩氢气 (CGH 2 ) 储罐、液氢 (LH 2 ) 储罐以及用于移动应用的低温压缩氢气 (CcH 2 ) 的出现。
1. 工厂参观：Joby Aviation，美国加利福尼亚州玛丽娜
未来，当历史学家记录 2020 年代和 2030 年代的商业航空航天业时，先进空中机动性 (AAM) 可能会占据显着位置。这种叙述仍然不确定——它是否会描述新的全球流动范式的迅速崛起，还是公众的缓慢采用。在 2023 年的起步阶段，AAM 拥有巨大的前景，Joby Aviation（美国加利福尼亚州圣克鲁斯）在引领这场革命的竞争中处于领先地位。Joby 雄厚的资金、制造能力、飞行测试以及即将在 2025 年进入市场，使其成为 AAM 领域的主要竞争者。AAM 发展的一个关键要素是以前所未有的规模使用复合材料和制造技术，Joby 等公司在运输和航空航天级复合结构方面进行创新时，正在开辟这一道路。Joby 邀请CW参观其位于加利福尼亚州玛丽娜的复合材料制造工厂，这突显了 CW 对引领这些进步的承诺。
原文始发于微信公众号（艾邦高分子）：2023 年复合材料世界十大文章
