從2022“JEC世界”看復(fù)合材料可持續(xù)性動向

復(fù)合材料市場上第一個受新冠疫情影響的事情是2020年3月“JEC世界”展會的取消。取消展會的官方通知僅僅在展會開幕前六天發(fā)出，當(dāng)時被認(rèn)為只是由于病毒的未知軌跡而延期。然而，由于漫長的疫情持續(xù)時間和各種全球限制，這一決定導(dǎo)致了2020年和2021年面對面展會的取消。因此，當(dāng)2022年“JEC 世界”（已從3月改為5月）最終順利推出時，它標(biāo)志著全球復(fù)合材料行業(yè)的一個重大里程碑。

根據(jù)JEC的數(shù)據(jù)，此次展會有32000多名觀眾，大部分親自聚集在巴黎，參觀了1201家參展商的展品（還有一個同時舉行的網(wǎng)上展會）。雖然這兩個數(shù)字都低于2019年，但此次展會看來相當(dāng)活躍，在產(chǎn)品發(fā)布、內(nèi)容、商業(yè)活動和出席人數(shù)方面都超出了所有預(yù)期。

本屆“JEC世界”顯示了復(fù)合材料行業(yè)在材料、制造工藝和用途方面的新發(fā)展。有很多展臺展出了用于以下用途的材料、機械或模制件：電動汽車蓄電池外殼、儲氫壓力容器、城市空中交通（空中出租車）和超長風(fēng)力渦輪機葉片主梁等。

本屆“JEC世界”的會議節(jié)目清楚地突出了今年最具影響力的主題：用于可持續(xù)世界的復(fù)合材料?？沙掷m(xù)發(fā)展觀念持續(xù)上升，成為復(fù)合材料增長的關(guān)鍵驅(qū)動力，使各種應(yīng)用行業(yè)能夠?qū)崿F(xiàn)雄心勃勃的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)：從能源和運輸，到建筑和基礎(chǔ)設(shè)施，等等。這些會議強調(diào)了復(fù)合材料日益增長的應(yīng)用將為人類活動開辟令人振奮的新天地，改善人們的生活，開創(chuàng)一個更美好、更可持續(xù)的世界。

會議中重點討論了復(fù)合材料如何有助于減少二氧化碳排放、產(chǎn)生清潔能源、在面對不斷變化的氣候影響時具有適應(yīng)性和更長的壽命等問題，同時涉獵了使用天然纖維、使用生物基樹脂、回收利用各種材料（纖維、樹脂、復(fù)合材料等）、增加可再生能源的使用、進(jìn)行更穩(wěn)健和徹底的生命周期分析等可持續(xù)性話題。很明顯，當(dāng)前整個復(fù)合材料行業(yè)——以及整個世界——看來都在積極尋找可持續(xù)發(fā)展解決方案，以應(yīng)對當(dāng)今的挑戰(zhàn)。

以下是2022“JEC世界”展示的幾種凸顯可持續(xù)性主題的產(chǎn)品和技術(shù)實例。

電動汽車器件

德國朗盛集團(tuán)的Tepex?產(chǎn)品族是用各種纖維織物增強的熱塑性塑料片材。朗盛在2022“JEC世界”展會上著重推介其產(chǎn)品在電動交通和可持續(xù)性方面的應(yīng)用。該公司展出了Tepex在電動汽車前端支架和蓄電池底盤中的系列用途。另外該公司聲稱高電壓蓄電池外殼是Tepex在電動汽車中的潛在大用途。相關(guān)人士說：“該器件不需要任何金屬增強。它驗證了熱塑性復(fù)合材料在重量和成本降低、功能集成和電氣絕緣性能方面優(yōu)于金屬?！?/p>

儲氫容器

儲氫壓力容器是當(dāng)今復(fù)合材料的新興市場之一，展會上儲氫罐是流行（popular）展品，展商數(shù)量很多。談到儲氫容器這一新興市場時，美國碳纖維制造商赫氏公司（Hexcel）有關(guān)人士興奮地說道：“氫是未來的能源，而對氫來說，碳纖維是關(guān)鍵。”他指出，目前的儲氫壓力容器每個約消耗50公斤碳纖維。最重要的是，這種壓力容器需用航空航天級的碳纖維。Hexcel正在努力調(diào)整和優(yōu)化壓力容器用的纖維和樹脂，以降低成本，提高性能。

先進(jìn)空中交通

先進(jìn)空中交通（AAM）又稱城市空中交通（UAM），所用飛機是以電為動力的垂直起降飛機（俗稱空中出租車）。在索爾維集團(tuán)的展臺上展出了VX4飛機的模型，這是英國垂直宇航公司的AAM飛機。該飛機正在開發(fā)之中，其特點是采用索爾維材料制成的氣動結(jié)構(gòu)。據(jù)介紹，垂直宇航公司預(yù)計在2022年夏天試飛VX4的原型，該公司正在與索爾維集團(tuán)合作，為未來的飛機開發(fā)下一代材料。其相關(guān)人士說，關(guān)鍵是要使這架自動化的、采用非熱壓罐固化工藝和熱塑性材料制造的飛機“經(jīng)得起未來考驗”。

天然纖維

瑞士亞麻纖維材料專業(yè)廠商Bcomp公司強調(diào)，公司對天然纖維復(fù)合材料越來越感興趣，并越來越多地將其用于商業(yè)用途，包括最近與德國寶馬汽車集團(tuán)合作開發(fā)的系列汽車零部件，以及在展會上展出的數(shù)艘大量使用亞麻纖維復(fù)合材料的船艇。寶馬宣布已推出其M4 GT4賽車系列的新款，隨著Bcomp公司成為寶馬M賽車的正式合作伙伴，M4 GT4系列的發(fā)展將可持續(xù)性提升到了一個新的水平，把Bcomp公司的ampliTex和powerRibs天然纖維復(fù)合材料技術(shù)廣泛應(yīng)用于一系列汽車部件，如發(fā)動機罩、車門、行李艙、后翼板及幾種車內(nèi)器件。。

Bcomp公司展臺上還展出了一個摩托車剎車蓋，該剎車蓋獲得了2022年JEC復(fù)合材料體育、休閑和娛樂類創(chuàng)新獎。與合作伙伴奧地利KTM技術(shù)公司共同開發(fā)的剎車蓋是把亞麻纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)粘接到一個PA6塑料制件上形成。

法國Demgy公司著力推介了它在零廢物工藝、使用天然纖維和回收材料方面的新研發(fā)和商業(yè)能力。其展品包括由天然纖維復(fù)合材料制成的自行車鞍座和頭盔。

循環(huán)經(jīng)濟

例1。風(fēng)力發(fā)電機制造商西門子歌美颯可再生能源公司憑借其可回收葉片獲得了2022“JEC世界”可再生能源類的創(chuàng)新獎。該創(chuàng)新是一種可輕易溶化和回收的海上風(fēng)力渦輪機葉片。這種可回收葉片具有該公司久負(fù)盛名的高質(zhì)量和使用壽命。退役后，可通過在弱酸條件下溶解其基體來回收葉片，從而防止不必要的填埋。其增強材料、芯材、塑料和金屬零件都可以很容易地以良好的質(zhì)量和價值回收利用?；w可再生成為具有可觀性能的熱塑性材料?；厥盏幕w和增強材料可以重新用于適當(dāng)?shù)挠猛尽?/p>

例2。在2022“JEC世界”展會期間，英國國家復(fù)合材料中心（NCC）宣布與合作伙伴Cygnet Texkimp公司和Longworth公司合作的一個新項目取得成功。該項目使用Longworth公司的DEECOM加壓蒸汽回收再生工藝，從回收的壓力容器中再生連續(xù)碳纖維，并驗證這些纖維完好無損，足以再制造成新的壓力容器。NCC的下一步研究包括對再生材料和再生壓力容器的分析。該項目是NCC規(guī)模更大的氫氣項目的一部分。

例3。英國Gen 2 Carbon公司是一家利用回收碳纖維廢料生產(chǎn)非織布的制造商，其產(chǎn)品在汽車、風(fēng)能、電池和其他市場領(lǐng)域的用途和需求不斷增長。該公司的技術(shù)采用噴水切割和熱解工藝，用來回收航空航天和汽車廢料中的長纖維，并將其重新用于非織布。該公司計劃繼續(xù)擴大其業(yè)務(wù)，以滿足不斷增長的需求。

碳纖維的可持續(xù)性

關(guān)于碳纖維的未來，除了明顯的成本問題外，現(xiàn)在的挑戰(zhàn)是纖維制造過程的高二氧化碳排放量，這是汽車制造商回避使用它的第二個原因。風(fēng)電市場已經(jīng)學(xué)會了戰(zhàn)略性地將碳纖維只用于葉片主梁帽中，而使用碳纖維的一臺渦輪機在幾個月內(nèi)就能償還制造和安裝它所用的所有能量。航空航天，包括新興的UAM（城市空中交通）市場，可以繼續(xù)采用碳纖維結(jié)構(gòu)，因為UAM可實現(xiàn)蓄電池供電的飛行，可大大減少排放。美國能源部有一項“地球計劃”，在十年內(nèi)以每公斤1美元的價格提供清潔的氫，與今天相比，成本降低了80%。有專家建議復(fù)合材料行業(yè)也需要一個類似的碳纖維項目，重點是在類似的時間框架內(nèi)將二氧化碳足跡減少80%或更多。在碳纖維制造中，生物基聚丙烯腈前驅(qū)體、干紡、使用清潔能源的電爐、碳捕獲等技術(shù)可能在開發(fā)解決方案方面發(fā)揮作用，尤其是在汽車等工業(yè)市場。此外，在2019年推廣的回收碳纖維的可用形式，在今年展會上又有展示（用回收纖維制作的下游中間體和模塑件），證明循環(huán)經(jīng)濟確實正在興起。