Aerospace a domnit odată pe piața compozitelor avansate, dar o proliferare a materialelor și cererea consumatorilor are alte piețe pe urmele sale.

țesături avansate

Piața compozitelor avansate - axată în principal pe aplicații aerospațiale și alte aplicații cu toleranță ridicată, cu o rată de producție redusă - este adesea văzută ca parte a unei lumi complet diferite de industria polimerului armat cu fibră de sticlă (FRP) cu turnare deschisă. Dar înțelegerea de la membrii cheie ai Consiliului de înaltă performanță al ACMA sugerează altceva: spun că materialele avansate utilizate în industria aerospațială se îndreaptă acum spre piețele de consum competitive - și sunt esențiale pentru creșterea industriei FRP.

În raportul publicat recent „Oportunități de creștere în industria compozitelor globale 2013-2018”, firma de cercetare a pieței Lucintel, Las Colinas, Texas, prezice că piața materialelor avansate va crește mai repede decât orice altă piață din industria compozitelor globale în următorii câțiva ani . Materialele compozite avansate oferă o modalitate de diversificare și îmbunătățire a SUA existente produse de consum, cum ar fi bărci și articole sportive care utilizează în mod obișnuit e-sticlă sau esteri de vinil.

Iată trei moduri în care materialele compozite de înaltă performanță afectează în prezent utilizarea materialelor în S.U.A. industria compozitelor:

1. Fibra de carbon oferă industriei marine un impuls.

Matthew Bodoff, S.U.A. manager național de vânzări la Gurit, lucrează în industria compozitelor încă din anii '90. Potrivit lui Bodoff, cea mai notabilă schimbare a industriei FRP în ultimele decenii a fost acceptarea și utilizarea fibrelor de carbon pe piețele tradiționale din fibră de sticlă, precum SUA. industria marină.
„Companiile aerospațiale, cum ar fi Airbus, sunt în creștere, iar acest lucru determină într-adevăr creșterea materialelor avansate”, spune Bodoff, membru al High Performance Council. "Cu mai multă fibră de carbon disponibilă pe piață, producătorii de ambarcațiuni, care sunt în mod tradițional din fibră de sticlă turnată deschisă, trec la fibra de carbon." El observă că vânzările de fibre de carbon au „crescut exponențial” în ultimul deceniu. Statisticile editorului Smithers Apex susțin observațiile lui Bodoff, care prezic că piața globală a materialelor plastice armate cu fibră de carbon va crește cu o rată de 16% anual în următorii trei ani.

Catamaranele AC72 create special pentru America’s Cup 2013, cum ar fi cea folosită de Oracle Team SUA câștigătoare, măsoară 72 x 26 picioare și cântăresc 13.000 de lire sterline. Sunt ușoare și rapide datorită componentelor compozite avansate, cum ar fi aripile și corpurile de corp.

Un exemplu proeminent al scurgerii de fibre de carbon de la aerospațial la marin este utilizarea materialelor de înaltă performanță pe toate iahturile din America’s Cup. Membrii echipajului Oracle Team USA au finalizat una dintre cele mai mari victorii din istoria sportului, navigând la viteze record în catamaranul AC72. Iahtul avea o aripă de 135 de picioare realizată dintr-un schelet din fibră de carbon cuprinzând un con de nas și un spar principal. Puteți paria că designul a fost influențat de industria aerospațială: Tom Speers, șeful proiectării aripilor la Oracle Team USA, a lucrat anterior pentru Boeing ca inginer aerospațial. În plus față de aripă, iahtul include și tije și corpuri din fibră de carbon.

Nu numai că fibra de carbon este un campion pe piața de curse de iahturi, dar devine și un material popular printre navigatorii amatori. „Din punct de vedere recreativ, constructorii de bărci caută modalități de a-și diferenția produsul”, spune Bodoff. „Există o piață mare de bărci second-hand de bună calitate care împiedică vânzarea de bărci noi. Singura modalitate de a face ambarcațiunile uzate mai puțin valoroase este îmbunătățirea designului pe ambarcațiunile noi - și o modalitate este prin reducerea greutății. Clienții doresc să meargă mai departe cu un galon de gaz, iar fibra de carbon oferă o soluție. ”

2. Noile țesături slăbesc articole sportive.

În 2011, furnizorul compozit Saertex s-a asociat cu Bombardier Aircraft pentru a furniza țesături avansate, fără sertizare, pentru a fi utilizate în pielea superioară a aripii CSeries, pielea inferioară a aripii și aripile frontale și posterioare. În acea perioadă, țesăturile care nu erau sertizate - material nețesut din straturi de fibre așezate una peste alta la unghiuri diferite - erau relativ noi în industria aerospațială. Experimentul a fost un succes, iar alte companii aerospațiale au început să folosească țesături care nu sunt sertizate.

De exemplu, în martie anul trecut, Airbus a prezentat aceleași țesături avansate în călătoria inițială a A350 XWB. Jetliner-ul bimotor a folosit țesături din carbon non-sertizare în componentele nestructurale ale avionului, cum ar fi cadrele ferestrelor, cutiile cu aripi centrale, grinzile pentru chile și panourile de podea. Astăzi, aceleași țesături avansate sunt utilizate pentru a reduce țesătura din componentele structurale pentru echipamentele sportive.

Trey Sawtelle, co-președinte al furnizorului de țesături fără sertizare VectorPly din Phenix City, Alabama, și membru al consiliului de administrație al ACMA și al Consiliului de înaltă performanță, a lucrat intens cu SUA competitive. producătorii de schi și snowboard în ultimii ani. El a observat că utilizarea țesăturilor multi-axiale a fost deosebit de benefică pentru piața sportului. „Utilizarea crescută a fibrei de carbon în aceste aplicații sportive competitive a fost sfântul graal pentru această industrie”, spune el. „Puteți merge la fel de puternic și ușor cum doriți folosind țesături avansate.”

Țesăturile moderne sunt capabile să reducă cantitatea de fibre din zonele neesențiale. Aceasta a fost o schimbare crucială pentru producătorii de schiuri. „Nu cu mult timp în urmă, făceam schiuri de zăpadă, care sunt lungi și înguste, folosind rovings țesute sau covoare tăiate. Acestea nu au permis constructorului să optimizeze produsul ”, spune Sawtelle. „Nu aveți nevoie de un covor tăiat sau de o țesătură de 90 de grade pentru a construi un schi lung și subțire; într-adevăr aveți nevoie doar de o fibră și o țesătură de zero grade. Cu o țesătură non-sertizantă puteți proiecta o [țesătură] strict unidirecțională. Așadar, scoateți o greutate inutilă, dar îndepliniți în continuare specificațiile mecanice pentru acea parte. ”

3. Materialele avansate sunt adaptate la produse specifice.

Când Sawtelle a început să lucreze în industria compozitelor, piața a fost în primul rând plină cu țesături roving. „Am observat o creștere semnificativă pentru țesăturile avansate în ultimii cinci ani”, spune Sawtelle. „Acest lucru a schimbat modul în care am reușit să depășim țesăturile țesute pentru aplicații de uz final.”

Datorită cercetării materialelor, țesăturile avansate devin din ce în ce mai puternice și mai personalizabile pe baza nevoilor specifice produsului. „Ca urmare a reglementărilor sporite pe piața aerospațială, putem fi acum mult mai specifici asupra locului în care stabilim greutatea aeriană a țesăturilor noastre”, spune Sawtelle. „Să presupunem că aveți un grad zero, un grad șaizeci și un minus șaizeci de grade, puteți crea un triaxial specific cerinței produsului de utilizare finală din punct de vedere al proprietății mecanice. Acest lucru a schimbat totul și ne-a permis cu adevărat să proiectăm orice cu orice material de care ar putea avea nevoie clienții noștri. ” Sawtelle spune că producătorii pot crea acum piese compozite mai subțiri, mai atrăgătoare din punct de vedere estetic, orientate către produsul de uz final.

Mike Bracey, vicepreședinte de vânzări la BGF Industries din Greensboro, N.C., care a colaborat recent cu Innegra Technologies, LLC pentru a produce țesături avansate pentru sporturi nautice, este de acord că produsele personalizabile reprezintă viitorul pentru piața materialelor avansate. „Încet, dar sigur, inginerii se îndepărtează de metalele tradiționale în favoarea compozitelor care pot face exact ceea ce au nevoie”, spune Bracey, membru al High Performance Council. „Odată cu noile țesături de pe piață - de exemplu, bi-direcționale, unidirecționale, multi-axiale - utilizatorii finali primesc mai mult pentru buck-ul lor cu compozite decât au avut până acum.”

Dar țesăturile nu sunt singurele materiale care își fac drumul de la industria aerospațială la alte industrii și sunt adaptate pentru a îndeplini cerințele specifice. Rășinile, cum ar fi rășinile fenolice, care sunt utilizate în mod tradițional în produse aerospațiale sau balistice la temperaturi ridicate, sunt modificate cu greutăți moleculare mai mici pentru a fi utilizate în afara mașinilor cu autoclave. Acest lucru a deschis posibilitatea utilizării rășinilor fenolice în produse rezistente la coroziune. Un exemplu de acest profil este utilizarea recentă a rășinii fenolice în conductele de apă de sub fântânile Memorialului și Muzeului Național din 11 septembrie de la World Trade Center din New York. Există aproximativ 4.300 de picioare liniare de conducte cu diametru mare, cuprinzând un strat interior de ester vinilic armat cu sticlă și un strat exterior de aproximativ 60% fenolic armat cu sticlă.

Promovarea industriei PRF

Pentru majoritatea industriei compozitelor din FRP, utilizarea materialelor de înaltă performanță a fost considerată un lux rezervat companiilor aerospațiale. Dar cererea în creștere pentru materiale avansate sugerează că mai multe companii sunt interesate să utilizeze fibre avansate: cererea totală doar pentru fibră de carbon este de așteptat să crească de la 52.560 tone în 2013 la 102.460 tone în 2020, conform Composites Forecasts and Consulting LLC.

„Pe măsură ce materialele de ultimă generație au devenit mai comercializate, traducerea valorii acestor materiale este mult mai transparentă”, spune Sawtelle. „Procesele de fabricație s-au schimbat, producția de materiale a crescut, prin urmare prețurile generale au scăzut la materialele avansate și le-au făcut mult mai relevante pentru aplicațiile de zi cu zi.”