【原创资讯】2020年工业领域用碳纤维复合材料市场展望

事实证明,复合材料储罐在全球多个区域地位都越来越重要。在南美,Tecniplas(巴西圣保罗)在制造大型复合材料储罐方面享有盛誉,该复合材料储罐储存物质包含从水到肥料到工业溶剂的所有物品。在美国,Ershigs(美国华盛顿州Bellingham)已建立了自己的利基市场,作为复合材料储罐,管道,管道和洗涤塔的供应商。

工业复合材料领域的典型代表是哈德森产品公司(美国德克萨斯州比德利,哈德森),该公司是风冷热交换器和轴流风机的制造商,公司的玻璃纤维Tuf-Lite轴流风机已经生产了60多年,在全球范围内已使用了25万多个。Tuf-Lite风扇系列始于1955年的Tuf-Lite I,具有玻璃纤维增强复合材料叶片。自创建以来,风扇经历了几次迭代。Tuf-Lite II于1984年推出,旨在提高风扇零件的可制造性,随后于2004年推出了Tuf-Lite III。Tuf-Lite II和Tuf-Lite III风扇设计在树脂传递模塑(RTM)制造过程中使用专有的乙烯基酯树脂。对于最新版本的Tuf-Lite IV,该公司采用了计算流体动力学(CFD)技术进行设计,重点是降低噪音和提高气流效率。Tuf-Lite IV体积增加了20%。Hudson求助于Wickert液压机(美国,肯塔基州,希伯伦;德国Landau),从而获得了新的定制压力机,该压力机可以更改叠层顺序,玻璃纤维类型,材料配置,层数,树脂注入点以及通风口的位置线,最终结果是更高效,更有效的风扇叶片。

复合材料在工业上最不常见的一种应用是轨道转向架,它是支持轨道车辆并提供牵引和制动作用的四轮或六轮卡车。在英国开发的原型转向架主要由回收的碳纤维复合材料制成,但在需要额外强度或刚度的地方补充了原始碳纤维复合材料。

转向架由ELG Carbon Fiber Ltd.(位于英国Dudley,Coseley)开发,该公司提供回收的碳纤维并进行了许多材料测试;Magma Structures(英国朴次茅斯)是轨道转向架的设计者和制造者;伯明翰大学(英国伯明翰)传感器与复合材料小组与岩浆公司合作,为转向架开发了嵌入式健康监测系统;以及哈德斯菲尔德大学(英国哈德斯菲尔德),该原型机将在其动态测试装置上进行初始的全面测试。英国阿尔斯通(伦敦)帮助组建了财团,并通过咨询和现有的转向架设计信息提供了额外的支持。该财团选择了ELG的Carbiso M,这是一种非织造毡,它是用标准模量纤维(强度为4至5 GPa)在环氧基体中制成的。他们证明了再生碳纤维/环氧树脂的疲劳性能与传统机织碳纤维层压板相似,并且比结构钢更好。Applied FEA Ltd.(英国南安普敦)进行的有限元分析(FEA)验证了疲劳服务载荷以及出色的静态载荷。原型比钢铁替代品轻36%。复合材料框架本身可节省64%的重量,但原型因油漆和连接钢制配件所需的攻丝板而遭受重量损失。仅考虑框架,就可减轻590公斤的重量,根据列车的服务类型和里程,每年可节省8,000至62,000英镑的运营成本。此外,每个转向架构架在其整个生命周期内均可减少多达68公吨的二氧化碳排放。

哈德斯菲尔德大学的哈德斯菲尔德附着力和滚动接触实验室动力学(HAROLD)测试装置将开发复合材料轨道转向架的原型

近年来,越来越多的复合材料用于储存低温液体的储罐中。沿着这些思路,Cimarron Composites(美国阿拉巴马州汉斯维尔)于2018年宣布,它在全复合低温储罐开发方面取得了跨越式发展,通过在加压液氮中使用碳纤维增强复合储罐实现了15,000个微应变性能环境。在如此高的应变水平下成功运行,可以使无纺织物混合箱结构(由纺织品和连续缠绕纤维的混合物制成)比以前在这些类型的箱中所需的结构薄得多,而无需成本和质量衬垫。据Cimarron称,由于材料和工艺的限制,早期的复合材料储罐计划仅限于3,000微应变,这导致了额外的质量。Cimarron的新储罐技术使用的材料系统可在极低的温度下发挥出色的性能,而不会产生微裂纹,这些微裂纹会为液氧,液氢或液甲烷等液体形成泄漏路径。

(来源:Composites World 本公众号编译)

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