复合材料2020：一文了解复合材料市场发展
风电叶片
在2019年第二季度，美国安装了736兆瓦的新风能。该行业在今年上半年投产了1,577兆瓦，比2018年上半年增长了53%。
图片来源：AWEA
风能在可再生能源域继续占主导地位，并且一直是世界上最大的玻璃纤维增强复合材料市场。随着叶片越来越长，叶片制造商正在寻找在不牺牲性能的情况下减轻大型结构重量的方法，它也在与其他重型用户（例如航空航天业）竞争使用碳纤维。风电叶片仍然是复合材料的关键市场领域。
根据Acumen Research and Consulting 《全球行业分析，市场规模，机遇与预测，2017 – 2023年》的预测，全球风力涡轮机复合材料市场的价值到2023年可能超过120亿美元，并且预计到2023年将以9.6%的复合年增长率增长。
根据美国风能协会的报告，过去10年中，美国的风力发电量增加了近四倍，攀升至96,433兆瓦。在2019年第二季度，美国安装了736兆瓦的新风力发电能力。该行业在今年上半年投产了1,577兆瓦，比2018年上半年增长了53%。
根据AWEA的“美国风电行业2019年第二季度市场”数据，截至2019年第二季度末，在建和处于高级开发阶段的美国风电项目名册已达到41,801兆瓦，同比增长10％。据AWEA称，项目开发商在2019年第二季度签署了1,962兆瓦的购电协议（PPA），全年贡献了4,799兆瓦。
其中一些增长可能是由美国生产税收抵免（PTC）推动的，这是一项联邦补贴，为风电场运营的前10年提供每千瓦时税收抵免。当前的PTC在2016年通过，并提供了2.3美分/千瓦时的信用额度。PTC信用额逐年递增，直到2020年底到期。由于风能行业显然有能力自行维持而不需补贴，因此PTC不太可能续签。
至于美国的海上风电，截至2018年底，横跨东，大湖沿岸10个州的海上风电总管道超过25,000兆瓦。
全球风能市场增长迅速，2018年增长了9.5％。根据AWEA的数据，全球目前有591吉瓦的风电场用于发电。根据全球风能理事会（GWEC）的《 2018年全球风能报告》，新风能为51.3吉瓦，2018年安装了能源-陆上为46.8吉瓦，海上为4.5吉瓦。与2017年相比略有下降4.0％，但仍然是强劲的一年。GWEC表示，尽管某些市场起伏不定，但自2014年以来，每年的安装量已超过50吉瓦。中国在2018年继续以21.2吉瓦的新风电装机容量来领导海上风电市场。自2008年以来，中国一直以206吉瓦的陆上风电发电量领先市场。2018年，陆上风电的第二大市场是美国，为7.6吉瓦，目前陆上总装机96吉瓦。至于海上风电，中国在2018年首次安装了1.8吉瓦的装机，其次是英国，其次是在2018年安装了1.3吉瓦的装机。在全球范围内，海上风电在整个风电市场中的份额持续增长，达到2018年，新安装量为8％，占总安装量的4％。
风力涡轮机的尺寸也在继续增加。二十多年前，当第一批大规模的商业风力发电投入使用时，风力发电场包括额定功率为1兆瓦或更低的涡轮机，其玻璃纤维增强叶片的长度通常在10至15米之间。如今，叶片长度为65-80米的6-9兆瓦海上风机已成为常态。
2018年9月，三菱重工维斯塔斯（MHI Vestas）宣布其V164涡轮机平台已达到10兆瓦的额定功率，使其成为第一台商用双位数风力涡轮机。尽管10兆瓦的涡轮机要到2021年才能安装，但2018年4月在苏格兰阿伯丁湾的Vattenfall的欧洲海上风电部署中心（EOWDC）部署了8.8兆瓦版本的V164。尖端高度为191米，每个刀片长80米。
2019年初，西门子Gamesa可再生能源公司（SGRE，西班牙Zamudio）推出了SG 10.0-193 DD，这是该公司的首台10兆瓦以上海上风力发电机。它具有94米长的叶片（每个叶片的长度与一个足球场相同），提供29,300平方米的扫掠面积。据说一个SG 10.0-193 DD的年发电量足以为大约10,000个欧洲家庭供电。此外，西门子歌美a正在丹麦的奥尔堡建造世界上最大的风力涡轮机叶片试验台。该站点将能够对下一代SGRE转子叶片进行全面测试，并有望在2019年底之前全面投入运营。据报道，首批测试将在SG 10.0的94米长叶片上进行-193 DD海上风力发电机。
正在开发中的最大，功能最强大的风力涡轮机是Haliade-X，它是由GE可再生能源公司（法国巴黎）开发的。Haliade-X 12 MW高耸于海面上260米（是法国巴黎凯旋门标志性建筑的高度的五倍多），带有直径为220米的转子。107米长的叶片由LM Wind Power设计和制造，将是迄今为止最长的海上叶片，并且比足球场的尺寸还要长。通用电气于2019年7月在其法国圣纳泽尔的生产基地展示了首台用于Haliade-X 12兆瓦海上风力发电机的机舱。通用电气表示，这是朝着2021年将Haliade-X投放市场迈出的一步。
随着风力涡轮机尺寸的增大和叶片长度的不断增加，碳纤维在翼梁盖中的增强（已作为风力涡轮机转子叶片的加强件）已成为减少整体重量和增加叶片刚度以防止塔架撞击的有效方法。Zoltek Corp.碳纤维执行副总裁Philip Schell表示：现在约有25％的风力涡轮机采用碳纤维翼梁盖制造。尽管该数字呈上升趋势，但也强调了大多数涡轮机仍完全由玻璃纤维复合材料制成。他补充说，在考虑所有成本/性能折衷的情况下，可以为用碳纤维代替玻璃纤维制造越来越长的55米长的涡轮叶片的翼梁盖提供可靠的理由。
2019年6月，SAERTEX（德国萨尔贝克）宣布将其经过输液优化的618 gsm非卷曲碳纤维单向织物用于生产采用真空输液技术制造的原型87.5米，800毫米碳纤维翼梁原型。根据SAERTEX的说法，翼梁盖是生产时间最长的，由中国的风力涡轮机叶片制造商于4月完成，由WINDnovation Engineering Solutions（德国柏林）设计。
电子产品
电子产品： SABIC在最近的一项研究中证明，1毫米厚的外壳可以满足超薄笔记本电脑或平板电脑的所有相关行业性能规范。
图片来源:SABI
消费电子市场是不断变化的市场之一。智能手机，智能手表，平板电脑和笔记本电脑等产品发展迅速。OEM争先恐后地满足消费者的需求：更快的运行速度，更多的功能以及更长的电池寿命。
当涉及此类产品的封面，外壳和框架时，OEM寻求的材料是具有强烈的美学和设计自由度，良好的抗冲击性以及在薄壁薄型轻巧的情况下具有较高的刚度。还需要具有成本效益的大批量加工方法，这些方法可以满足每年数千万个单位的全球生产需求。
SABIC进行的可行性研究涉及使用两种热塑性复合材料来生产厚度为1毫米的笔记本电脑/平板电脑外壳。研究表明，混合热塑性复合材料设计对于挑战性的消费电子市场可能是可行的解决方案。
科思创的Maezio品牌的连续纤维增强热塑性（CFRTP）复合材料于2018年10月推出，也引起了电子行业的兴趣。该产品线包括单向（UD）增强胶带和由浸渍在聚碳酸酯（PC）基质中的碳纤维制成的片材。根据Covestro的说法，CFRTP可以针对性能，美观性和规模经济进行调整，并且可以用于许多行业的产品中。Maezio可以高产量和较短的循环时间进行热成型，据说每年可以减少数百万个零件的成本。还可以集成其他生产技术，例如包覆成型，自动胶带铺放（ATL）和自动纤维铺放（AFP）。Maezio的主要优点是可调性。仅有120微米厚的UD胶带可以以不同角度进行层压，以形成经过调整的片材，以满足各种性能和机械标准。所得片材坚固，坚硬，轻便，并具有自然的单向表面光洁度。另外，CFRTP复合材料是可回收的。
尽管盖子和外壳引起了广泛关注，但复合材料在室内电子元件中也起着重要作用。例如，三星于2018年推出的Galaxy Note9采用了水碳冷却系统，据说该系统可以使手机在大量使用时更平稳地运行。据三星称，冷却系统由热管或“散热器”组成，水相会发生变化以有效地散热。首先，充满水的多孔结构吸收热量，然后水变成蒸汽并通过管道移动。随着蒸汽开始冷却并变回水，该过程再次开始。
此外，数十年来，玻璃纤维/环氧树脂层压板已成为印刷电路板（PCB）的基础结构基材。这些标志性的薄绿色“卡”支持几乎所有数字技术的核心晶体管，电阻器和集成电路，并通过蚀刻或印刷在其表面上的导电路径将其电气连接。多层PCB的制作方法是，将具有高树脂含量（HRC）预浸料层的覆铜（蚀刻）层压板插入，然后压制成一体的结构。然后钻出孔并镀上铜，以形成连接内部蚀刻电路的通孔。芯用作结构单元，而HRC预浸料则在相邻的铜电路层之间提供介电绝缘。
根据行业消息来源，到2023年，全球PCB市场预计将达到801亿美元，从2018年到2023年的复合年增长率为3.3％.PCB市场的市场增长因素包括各种最终用户行业对自动化的采用增加，对无线设备的需求增加，设备的小型化，互连解决方案效率的提高以及对柔性电路的需求不断增加。
玻璃纤维/环氧树脂在电子市场的主导地位一直受到挑战，因为其中许多趋势（尤其是小型化，更好的热管理，提高的速度和性能以及3D打印）迫使PCB制造商重新审查其材料选择。
燃料电池和电池
Williams FW-EVX具有CFRP电池模块盒，该盒通过223折弯成型工艺制成。
图片来源|Williams Advanced Engineering
自通用汽车于1966年推出首款通用汽车——GM Electrovan以来，全球25家汽车制造商已经部署了80多种概念车，演示器或试验车用燃料电池驱动的电动汽车。最近上市的是丰田Mirai。此外，还有许多以燃料电池为动力的卡车，公共汽车，赛车，摩托车，四辆铁路机车以及包括潜艇在内的一些海洋船只。燃料电池还为越来越多的固定系统提供动力，这些固定系统向其他结构提供热量和光照。根据全球分析师IHS Markit的预测，到2025年，电动汽车（BEV）的使用将扩大到西方国家所有车辆的90％，但氢燃料电池汽车（HFCV）可能很快随着新技术的发展，成为更具侵略性的竞争对手。已有11家大型公司成立了日本H2流动合作社和德国的H2流动德国公司，它们的目标都是增加H2加油站，目前的数量是100个，而现在是69个。尽管加利福尼亚州落后于车站（36），它拥有4，HCV公路上最多的HCV。IHS Markit进行的多客户研究预测，到2050年，在全球卡车和汽车制造商（例如丰田，尼古拉汽车，现代和博世）的带动下，氢在交通领域的份额将很大。IHS Markit建议，要实现这种增长，首先需要将氢价从当前水平降低。
非交通运输行业也有机会，包括为工业和当地电力使用能源脱碳。英国正在探索将其天然气网格转换为H2的可能性，该项目正在进行中的英格兰北部H21项目将于2028年开始。住宅和商业供暖和制冷约占欧洲最终能源需求的40％。
复合材料可以构成双极板，端板，燃料箱和质子交换膜燃料电池（PEMFC）系统的其他系统组件，仍然是领先的类型。过去，由于热固性材料具有较长的模具循环时间，较高的废品率以及无法生产与冲压金属板一样薄的模塑复合板，因此被认为仅限于较小的体积和固定应用。但是，最近，这些问题已得到克服，在功率密度是次要要求的高温和低温PEMFC中，与金属相比，复合材料具有明显的优势。切碎的碳纤维和石墨填充/乙烯基酯整体成型化合物（BMC）在低温PEMFC的双极板中得到了广泛的应用。随着数量的增加，BMC成本已显着下降。同样，
短切碳纤维也被用作多孔多孔背衬材料，用于PEMFC中的气体扩散层。通过湿法切碎的PAN基短纤维制备，这些纤维可以大批量，低厚度生产。现代汽车集团的新型NEXO燃料电池汽车正在使用SGL的SIGRACET气体扩散层。因此，西格里提高了在梅廷根工厂的SIGRACET产量。
丰田汽车公司于2018年3月开始销售其Sora燃料电池客车，它是日本首款获得型号认证的此类汽车。该公司计划在2020年奥运会和残奥会之前在东京推出100多辆Sora燃料电池公共汽车，并于2019年8月推出该公共汽车的更新版本。Teijin Carbon宣布已开发出多种燃料电池公共汽车。Sora的屋顶材料包括碳纤维复合材料，铝和工程塑料。该零件被制成一件形状复杂的零件，适合批量生产。
氢燃料电池也正在为飞机开发，其原型由Alaka'i Technologies和ZeroAvia于2019年推出。由Alaka'i开发的Skai具有碳纤维复合材料机身和降落橇，据说是首款完全由氢燃料电池驱动的eVTOL。ZeroAvia正在驾驶配备了碳纤维复合氢气罐的Piper Malibu进行改装。
尽管氢燃料电池似乎正在获得发展动力，但就目前而言，汽车行业仍继续将更多的鸡蛋投入电池动力篮。尽管一些市场分析师声称电池电动汽车不需要复合材料，但其他人则不同意。詹姆斯·奥斯汀（James Austin）在担任North Thin Ply Technology（NTPT，瑞士Penthalaz-Cossonay）总裁期间的采访中说：“ CFRP的许多电动机应用为我们带来了巨大的机遇。” 拖曳和薄层复合材料及制造系统。“我认为这里发生的事情比人们欣赏的更多。我们认为电动汽车（EV）将对我们公司的未来产生重大影响。”
另一家向电池盒供应产品的公司是SHD Composites，其预浸料使用的生物基聚糠醇（PFA）热固性树脂符合酚醛性能。它的PS200预浸料符合欧洲航空安全局（EASA）规定的飞机电池防火要求，并且已经在通用航空飞机的制造商中使用，在模拟飞机防火测试中，内部温度为1100°C，而外部温度为请勿超过250°C，并且电池盒不得燃烧或分解。Composites Evolution 还提供用亚麻，玻璃，芳纶，玄武岩或碳纤维增强的PFA预浸料，并通过了飞机和铁路的火焰，烟雾和毒性（FST）测试。
Williams Advanced Engineering展示了 结构CFRP电池盒外壳，用于轻便且可扩展的FW-EVX车辆平台。38个电池模块位于汽车的铝制和CFRP单壳内，提供电动汽车的动力。每个136毫米宽的电池模块都包含10个由LG Chem提供的袋型锂离子电池（对于笔记本电脑来说，它应该很薄）。将小袋堆叠并保护在CFRP盒子内。38个电池模块盒中的每个均使用扁平CFRP薄板和Williams申请专利的高度自动化223工艺制成。盒子表面的薄片部分已固化，在它们之间留有未固化的柔性铰链。这些允许将部分固化的片材折叠成盒子，然后进行最终固化和粘合以产生刚性外壳。每个盒子都是耐冲击，承重的外骨骼，有助于防撞安全。
石油和天然气
柔性轻质的热塑性复合管（TCP）与常规金属管相比，在深海应用中更易于运输和安装。此处缠绕的是Magma Global制造的6.7 ksi m管道的1.2公里。
图片来源| Magma Global Ltd.
毫不奇怪，固有的耐腐蚀复合材料越来越多地用于模制先前部署在许多海上石油和天然气钻井应用中的金属零件。由于海水中的盐分，海洋是地球上最大的自然腐蚀环境。结合人工倍增器（例如高温和高压）以及操作海上石油钻井平台所需的大量腐蚀性化学药品，溶剂和其他液体，这是随着时间推移可能腐蚀几乎任何材料的条件的秘诀-特别是金属。
油气复合零件包括不承重的顶部平台组件，例如消防水总管，高压和低压油管，处理容器和储罐，防火面板，格栅和扶手以及较新的海底结构，例如碳纤维棒脐带和用于保护井口，歧管和其他与海底加工有关的设备的组件。复合材料也正在进入更大体积，更苛刻的海上石油和天然气应用领域，例如生产商用来勘探，发现并最终将其从井口运到地面的管道系统。尽管许多工作仍在开发中（该过程包括冗长而严格的资格认证阶段），但此研发背后的推动力是巨大的。问题不在于是否，而是何时迫使海上石油运营商在海底结构性管道中更多地使用轻质复合材料。随着勘探公司在距海岸更远的地方开发海底油田，并且在前所未有的深度进行开采，这个问题变得更加关键。例如，在2003年，在墨西哥湾，只有35％的产量来自300米深的油井。到2015年，这一数字为95％。更重要的是，现在超过20％的海湾井深度超过2,000米。在这样的深度，传统的钢管系统带来了严重的后勤问题，而且成本很高。并以前所未有的深度做到这一点。例如，在2003年，在墨西哥湾，只有35％的产量来自300米深的油井。到2015年，这一数字为95％。更重要的是，现在超过20％的海湾井深度超过2,000米。在这样的深度，传统的钢管系统带来了严重的后勤问题，而且成本很高。并以前所未有的深度做到这一点。例如，在2003年，在墨西哥湾，只有35％的产量来自300米深的油井。到2015年，这一数字为95％。更重要的是，现在超过20％的海湾井深度超过2,000米。在这样的深度，传统的钢管系统带来了严重的后勤问题，而且成本很高。
Magma Global Ltd.和Airborne Oil & Gas正在引领深海应用热塑性复合管（TCP）的开发和鉴定，包括许多成功的鉴定和试点计划在2018年。
2019年6月，Airborne Oil＆Gas宣布成功完成了第一条基于碳纤维增强聚偏二氟乙烯（PVDF）聚合物的热塑性复合管（TCP）。该公司表示，这种管道提供了一种不会腐蚀的解决方案，可抵抗CO 2和硫化氢（H 2 S），并且重量轻且可卷绕，弯曲半径小。2019年，在巴西，西非，挪威等地宣布了几个合格和建造TCP深水提升管，下水道或出水管的项目。
陆上，一种称为水力压裂的复合材料辅助技术，通常称为“压裂”或“压裂”，在过去十年中一直使美国能够增加其陆上石油和天然气的开采量。该过程用炸药人为地压裂了低渗透性岩石地层，然后将加压的含砂溶液注入这些裂缝中，以促进石油和天然气的开采。每个井眼都需要10-40个称为“压裂塞”（以及伴随的“压裂球”）的多组分工具，以刺激多个产油层或产气层或“阶段”。这些关键部件通常由复合材料制成。
据估计，2014年对这些井下零件的需求超过每周超过20,000个零件。据报道，2016年，水力压裂水平井占美国钻探的所有石油和天然气井的69％-在977,000口生产井中，约有670,000口是水力压裂和水平钻井的。根据美国能源信息署的数据，2018年，在美国钻探新井的活跃石油和天然气钻井平台的平均数量为1,013，使2018年的总数保持最高水平自2014年以来。截至2019年7月，美国在役原油和天然气钻机数量已达到1,297。除了风能，EIA预测，到2020年，天然气将成为美国发电量增长最快的来源。
2018年，Exel Composites的公司的Diversified Structural Composites（DSC）公司为Ziebel的的钻井系统开发了一种光纤嵌入式碳纤维复合材料棒。DSC制造的长度为6.2公里，直径为15毫米的碳纤维棒（Z棒）旨在将多根光缆安全地输送到恶劣的井下环境中。通常，将杆部署到生产井或注入井中48小时，在此光纤传感器沿其长度测量温度和声振动。这实现了多种应用程序，包括流量分配，流体运动可视化，泄漏检测和增产液监控，这些对优化井和储层管理非常有价值。
体育休闲
在2019年，Arevo推出世界上第一个3D印刷碳纤维单体式生产自行车车架。
图片来源| Arevo
在20世纪最后十年，体育用品市场是先进复合材料市场的福音。碳纤维钓鱼竿广受赞誉-并广受欢迎。高尔夫球杆和网球拍不容忽视，在环法自行车赛等日益普及的自行车运动的带动下，碳纤维自行车从职业赛车运动发展成自行车越野赛和街头运动，并在1990年代和2000年代见证了众多创新，在材料和制造方法上。
运动器材中轻质和高性能材料的使用不断增加。根据市场研究公司Lucintel于2019年初发布的市场报告，复合材料在全球体育用品行业的使用继续增长，预计到2023年将达到5.79亿美元，并且预计从2018年到2023年，CAGR将以3.2％的复合年增长率增长。许多产品存在机会，包括冲浪板，滑雪板和滑雪板，自行车，球拍，高尔夫球杆，曲棍球棒和钓鱼竿。碳纤维增强聚合物（CFRP）复合材料预计将在预测期内保持最大份额，玻璃纤维复合材料也将出现适度增长。
自行车仍然是复合材料使用中最引人注目的市场。2019年，阿雷沃在德国弗里德里希港（Friedrichshafen）举行的Eurobike 2019上发布了全球首个3D打印的碳纤维一体成型生产自行车车架。该公司还生产3D打印的热塑性轮辋。自行车部件是通过公司的“ Arevo DNA”技术生产的，该技术是一种增材制造（AM）工艺，具有专利软件算法，据说可以实现生成设计技术，用于“真正3D”构造的自由运动机器人和直接能量。用于各向异性复合材料优化的几乎无孔的结构沉积。Arevo表示，其过程将自行车车架的设计和最终制造从18个月缩短至几天，从而显着降低了生产成本。据说其他好处包括串行功能，
正如CW报道的那样，自行车制造业面临的挑战 是缺乏严格的碳纤维复合材料自行车车架设计和制造标准。缺乏标准和监督会导致产品质量不合格，并由于复合结构的故障而导致人员受伤或死亡。尚无法律约束力的结构安全标准可满足高性能复合材料自行车常见的骑行者负荷和环境条件（制动，冲击负荷，疲劳，振动，材料老化或降解，材料磨损和磨损）。此外，现有的ASTM D-30测试方法尚未得到ASTM的F-08自行车委员会的认可。
国际标准化组织于2014年和2015年分9个部分发布了其自行车的ISO 4210标准（自行车制造的最新标准）。ISO 4210是“为响应世界各地的需求而开发的，其目的是确保符合本国际标准的自行车在实际中尽可能安全。范围仅限于安全考虑，并特别避免了组件的标准化。”
话虽如此，许多自行车制造商都非常重视安全性。一个很好的例子是HIA Velo，它结合了复合材料，使其产品更加耐用。HIA Velo与Innegra Technologies合作，将Innegra S高模量聚丙烯织物（其尺寸适合与环氧树脂相容）并入Alfa自行车车架的各个区域，以提高车架的耐久性。同样，美国加利福尼亚州圣安塞尔莫市的Derby Rims LLC制造的自行车轮辋（车轮）结合了碳纤维和高分子量聚丙烯（HMWPP），具有更高的韧性。
在水上运动中，生态责任感和可持续性一直是人们关注的焦点，许多制造商都在使用天然或再生纤维和生物复合材料。眼镜蛇国际公司就是一个很好的例子，该公司以其可持续技术和产品而闻名。它的CocoMat椰子纤维技术和基于生物的冲浪板符合可持续冲浪所设定的最高ECOBOARD要求，并带有ECOBOARD GOLD徽标。
定制化的增长趋势以及高端制造商满足运动员个人独特需求的愿望为3D打印打开了大门。例如，Krone Ltd.在其高端高尔夫球杆的制造中就采用了这一工艺。面对球杆尺寸和重量的严格限制，以及高尔夫球手对提高球手表现（球距，杆面倾角，速度和旋转），“感觉”和平衡感的日益增长的需求，公司创始人Mark Kronenberg接触了CRP集团，在Formula 1赛车领域拥有3D打印方面的多年经验。CRP集团公司包括生产增材制造材料和技术的CRP Technology，以及具有高精度CNC加工经验的CRP Meccanica。
这三家公司共同开发了KD-1，这是一种复合杆身杆头，由增材制造的主体组成，采用选择性激光烧结（SLS）并采用可烧结碳纤维/聚酰胺粉末Windform SP；Ti6A14V钛制击打面，由方坯材料数控加工，然后喷砂和清洁；和黄铜配重，也经过CNC加工和喷砂处理。空心体的晶格几何形状可在数小时内打印，可优化其刚度，而碳纤维/聚酰胺则具有高延展性和冲击吸收性。据克朗说：机加工的钛金属面贴合并粘合到车身上。机身上与脸相对的四个Helicoil插入件接受附有黄铜砝码的紧固件。
公用事业基础设施
MitaşComposites可以对长达12米，直径800毫米的复合照明灯杆进行灯丝缠绕。
来源|MitaşComposites
根据美国钢铁协会的数据，北美大约有1.85亿个电线杆，估计每年需要更换250万根木杆。这些电线杆支持电力和电信线路。木杆通常会因老化，损坏和腐烂而更换。为了解决这些缺点，在1960年代开发了纤维增强聚合物（FRP）复合杆，该杆首先安装在夏威夷，作为解决木杆退化和钢杆腐蚀的解决方案。复合材料杆更环保，因为它们不需要使用有毒的化学防腐剂，如杂酚油，五氯苯酚或铜化合物。这种化学处理也使得用过的木杆的处置非常昂贵。尽管钢杆的使用寿命为60-80年，而木材的使用寿命为40-50年，除了重量轻，刚度高和维护成本低外，它们还必须进行镀锌或涂层处理以防止腐蚀，并且具有导电性，难于维修且难以在野外进行攀登和安装。复合电线杆具有最长的使用寿命，最少的维护，最轻的重量以及易于安装的钻孔能力。
根据Lucintel的数据，目前复合材料电杆在整个电线杆市场中所占的份额不到1％，但预计其份额将从2018年的2.28亿美元以5.7％的年增长率增长至2006年的3.18亿美元。2024年。电力传输和分配目前约占全球复合材料电线杆市场的71％，但是在取代传统材料的推动下，照明灯（占23％）的增长率可能相对较高。
2019年，巴斯夫股份有限公司宣布通过其公司的Elastolit聚氨酯（PU）和连续玻璃纤维通过长丝缠绕生产的Boldur电线杆现已上市，并已被美国的电线杆分销商使用。日本。据说，超极杆可承受恶劣的天气条件，并在受自然灾害影响的地区保持可靠的电力供应。
能源市场上的钢塔，配电杆，输电杆和变电站结构的制造商米塔斯集团（MitaşGroup）投资了一条用于制造复合电线杆的灯丝绕组生产线。具备自动化功能的设备具有每月1,000根的制造能力，使Mitaş成为土耳其首批复合电线杆制造商之一，并使该集团得以发展和多样化其现有产品范围。
复合材料的卓越强度也推动了传输电缆的增长。用于输电线路的铝导体复合芯（ACCC）电缆由CTC Global生产。与传统的铝芯钢丝增强（ACSR）电缆相比，ACCC电缆的特点是碳纤维复合材料棒拉制有绝缘玻璃纤维复合材料的薄护套，以防止铝包裹物引起电腐蚀。ACCC电缆的强度重量比大约是钢的六倍，而热膨胀系数则低十倍。ACCC电缆还可将功率损耗降低25-40％。使用传统电缆，仅因长距离传输电力而损失的电力多达25％。
同样，塞拉尼斯公司和南美最大的电线和电缆生产商南线有限公司共同开发了C7架空导线，该导线具有轻便和高强度的特点。塞拉尼斯制造的Celstran连续纤维增强热塑性棒（CFR-TPR）的重，多元素复合芯。据报道，C7架空导线不仅增加了容量，而且还消除了对新的塔架和电线杆的需求，从而在避免成本方面带来了好处，而如果尝试使用传统的钢芯导体电缆来增加这种需求，则必须满足这一需求。它的传输容量几乎增加了一倍，但比相同直径的铝芯钢绞线（ACSR）电缆呈现出的垂度更低。
此外，复合材料通过提供耐腐蚀，耐用且持久的地下管道解决方案，在翻新美国老化的地下饮用水基础设施中也可以发挥重要作用。用于管道的复合材料的一个例子是中东的一个水利工程。该项目选择的管道是Amiantit Europe（德国Mochau）的管道产品Flowtite Grey，其目的是用于水，污水，废物和原材料的管理。
由《地下建筑》杂志于2019年2月出版的第22届年度地下建筑市政污水调查显示了多年来最强劲的行业预测，每个类别均显示出增长。下水道基础设施的新安装预计将在2019年增长3.7％，达到54亿美元，其中水利建设将增长3.9％（38.5亿美元）。修复工程继续超过新建筑，下水道修复工程预计将在2019年增长4.1％或49亿美元，而供水则增长4.5％至22亿美元。2019年美国下水道，水和雨水管道基础设施的预计支出计划总计197.5亿美元，总体增长3.7％。
这项调查还测量了非开挖施工和修复方法的影响，在这些方法中，使用复合材料来衬砌现有管道（现场固化管道或CIPP）。在预算紧缩的时期，非开挖式修复作为一种成本有效且成功的权宜之计，赢得了人们的青睐。结果，在美国和国外，非开挖工作已经在建筑和修复的各个方面立足。调查显示，有52％的城市更喜欢使用非开挖的CIPP进行修复，而对于新建筑，约有25％的项目使用了非开挖的CIPP。
2018年，美国国会通过了《美国增长和基础设施新扩展创新材料（IMAGINE）法案》，旨在促进基础设施项目中复合材料等创新材料的使用增加。
同时，长丝缠绕玻璃纤维/聚酯复合材料已在海水反渗透（SWRO）脱盐的多个阶段中得到了广泛的应用。世界各地的SWRO工厂都使用长达数英里的耐腐蚀玻璃纤维增强聚合物（FRP）低压管道作为分配网络（主要是在陆地上），以将海水输送到工厂，分配所产生的饮用水，进行输送。盐水（盐和杂质）返回海洋，并用于工厂内部处理管道和能量回收装置。纤维增强塑料还形成用于海水淡化厂的储罐和管道，其中包含用于海水淡化工艺水氯化的次氯酸钠（NaOCl），亚什兰。
但是，使用玻璃纤维储罐抵抗腐蚀会导致在填充或排空储罐（尤其是包含石油基液体的储罐）或排空储罐时产生静电荷的可能性，因为产品移动会在液体和储罐壁之间产生静电荷。为了解决这一风险，玻璃纤维罐制造商历来在树脂中使用抗静电填料（通常是炭黑或导电云母）来消散任何静电荷。但是，通常需要高达30％的填料比例，这使得玻璃纤维的浸湿更加困难，并且降低了树脂的固化速度。OCSiAl提供的TUBALL石墨烯单壁碳纳米管的用途 （位于卢森堡的勒德朗日和美国俄亥俄州的哥伦布市）可以通过消散储罐内部和外部的静电荷来提供静电放电（ESD）保护。
工业应用
Hudson Product的Wickert压力机，用于成型Tuf-Lite IV风扇叶片。
来源|Hudson Product
尽管在航空航天和汽车等高性能终端市场中使用复合材料通常会引起业界的广泛关注，但事实是，消耗的大多数复合材料都用于非高性能零件。工业终端市场属于该类别，在这里材料性能通常强调耐腐蚀性和耐久性，特别是在涉及化学品和气体存储的应用中。
实际上，事实证明，复合储罐在几个地理区域都越来越有价值。在南美，Tecniplas（巴西圣保罗）在制造大型复合储罐方面享有盛誉，该复合储罐包含从水到肥料到工业溶剂的所有物品。在美国，Ershigs（美国华盛顿州伯灵汉）已建立自己的利基市场，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就是哈德森产品公司（Hudson Products）（美国德克萨斯州比德利，哈德森，风冷热交换器和轴流风扇的制造商）。该公司的玻璃纤维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，以提高风扇零件的可制造性，随后在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，Tuf-Lite IV，该公司采用计算流体动力学（CFD）技术进行设计，专注于降噪和高效气流。Hudson求助于 Wickert液压机 ，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。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。在英国开发的转向架原型车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。转向架是由 ELG公司开发的，该公司提供回收的碳纤维并进行了许多材料测试。 Magma Structures，轨道转向架的设计者和制造者；伯明翰大学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；哈德斯菲尔德大学的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）帮助组装了该财团，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）在环氧基质中制成的。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.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。仅考虑车架，估计就可减轻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，每个转向架框架都可以减少二氧化碳 复合框架本身可节省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。仅考虑车架，估计就可减轻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，每个转向架框架都可以减少二氧化碳 复合框架本身可节省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。仅考虑车架，估计就可减轻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，每个转向架框架都可以减少二氧化碳整个生命周期内的排放量多达68公吨。
还出现了越来越多的复合材料在用于储存低温液体的罐中的使用。沿着这些思路，美国马萨诸塞州汉斯维尔市的Cimarron Composites 公司于2018年宣布它在全复合低温罐的开发方面取得了飞跃，在加压的液氮环境中使用碳纤维增强复合罐达到了15,000的微应变性能。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。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。
工业建筑
Core Composites已开发出其全复合材料，快速建造 的未来联合作战避难所。
来源：Core Composites
在21世纪 21世纪，最引人注目的人类故事之一是对容纳地球上不断增长的人口的资源的需求不断增长，并且人们日益意识到这些资源是有限的，而且在许多情况下越来越稀缺。这种对比非常明显的一种情况是住宅。联合国预计全球住房危机将加剧，到2025年将有超过4.4亿城市家庭需要负担得起的住房。但是，环保主义者警告说，地球森林的可持续性（建造这些住房的木材来源）面临严重风险。。这场冲突极大地激起了人们对基于纤维增强复合材料的快速建造技术的兴趣。随着新世纪的第三个十年开始，复合材料制造商在住房领域的努力正在加快。
在快速构建应用程序中使用复合材料的一个例子是Core Composites）开发 的 全复合材料军事避难所。未来联合防空洞（JWSOF）由美国陆军医疗司令部资助，是下一代外科手术式刚性墙体掩体，外部采用20英尺ISO集装箱，可扩展通过一系列轻型复合材料膨胀墙，屋顶和地板。Core表示，与传统的铝制避难所相比，避难所更坚固重量减轻25％。该复合系统包括碳纤维织物，阻燃树脂，PET泡沫芯和多面输液制造工艺。Core Composites使用了 A＆P Technology项目的QISO碳纤维织物。
复合材料在海洋码头结构中的使用也在增长。例如，连接新泽西州内陆（美国）和长滩岛的Manahawkin海湾大桥。新泽西州交通部（NJDOT）当局希望用能量吸收结构包围桥梁最深的结构墩，以防止大型失控船只对其造成损坏。豪斯说，在这种情况下，NJDOT指定的冲击载荷力为40.76 kip-ft，它是由200吨料斗驳船产生的，这是NJDOT知道会在桥下铺水的最大船只。Manahawkin桩将是 护舷板，这将需要抵抗横向载荷。空心管将被充分向下压入海床，以使土壤摩擦力提供固定性，将其固定到位。然后，这些管将用混凝土填充。
为了制造绒头，将Vectorply Corp. 提供的重型四轴织物与Polynt Composites或其他供应商提供的聚酯或乙烯基酯树脂混合使用 。真空灌注与离心铸造相结合的制造工艺。旋转封闭的模具以帮助在注入过程中压实纤维。四轴织物确保至少50％的纤维沿绒头长度轴向延伸，并且大约25％的纤维最终作为环向增强材料。其余的方向为45度。所有的桩都涂有凝胶，并使用Polynt Composites或 INEOS Composites提供的产品，以增加耐用性和外观。
展望未来，Lucas叙事艺术博物馆，该博物馆目前正在南加州大学附近的洛杉矶博览会公园内建设。该博物馆由电影制片人乔治·卢卡斯（George Lucas）和他的妻子梅利迪·霍布森（Mellody Hobson），阿里尔投资公司（Ariel Investments）联合总裁兼总裁建立，由建筑师马彦松设计，并采用高度有机且形状非常规的设计，将采用新的公共绿色空间。最先进的电影院，研究图书馆，大量现场教育场所，餐厅，零售和活动场所。它还将大量使用复合材料。
民用基础设施
内华达州运输局（NDOT）最近使用Composite Advantage的纤维增强聚合物（FRP）FiberSPAN系统在内华达州88号州际公路上建立了共享使用路径。
图片来源：Composite Advantage
复合材料重量轻，耐腐蚀，强度高，使用寿命长，这些特性使其自然适合基础设施项目。尽管复合材料已被用于修复道路，桥梁，水/排水系统和海堤，以及建造弹性结构，但尚未广泛采用。
但是，复合材料在基础设施中的作用正处于一个有趣的时刻。2018年8月，美国引入了两党立法，旨在鼓励对基础设施项目进行研究和使用创新材料。该法案被称为“ 美国增长和基础设施新近发展的创新材料（IMAGINE）法”，旨在引导参与建筑和基础设施项目的决策者考虑将创新材料作为一种选择。立法背后的想法是，对收益和特性复合材料的教育将帮助设计师和工程师重新考虑基础设施项目。
老化的基础设施继续为复合材料提供潜在的巨大市场。根据美国道路和运输建设者协会2019年的一份报告，在美国600,000座桥梁中，有47,000座桥梁状况不佳，需要紧急维修。
衰落的桥梁只是鼓励开发许多启用复合材料的技术的基础结构问题之一。由于钢筋的腐蚀和破坏而导致的混凝土早期变质已得到充分证明。常规维修可能耗资数十亿美元。在许多地方，易腐蚀的钢筋混凝土的使用寿命被限制为25年，而不是其倡导者曾经承诺的75至100年。因此，使用复合钢筋的生命周期成本优势（更不用说安全性优势）继续克服了反对变更的城市的阻力。
正在取得进展。越来越需要人们认识到复合材料（特别是纤维增强聚合物（FRP））在修复基础设施中所起的作用，因此，人们对桥梁设计的关键需求是能够抵抗腐蚀并延长使用寿命。人行天桥等项目正在缓慢地帮助建造。
例如，内华达州交通运输部（NDOT）使用Composite Advantage的（FRP）FiberSPAN系统在内华达州28号州际公路上建立了一条共享使用的路径。NDOT和塔霍运输区开辟了新的塔霍2019年6月的东岸步道（East Shore Trail）。每年的28号州际公路是一条两车道的山腰公路，与太浩湖未开发的海岸线相距11英里，每年有超过100万的游客前来旅行。NDOT发起了一条共享使用路径项目，以支持未来20年交通流量翻番的预期，同时保护该地区的生态系统，并解决站点停车位有限和缺乏安全通道的问题。选择Composite Composite的FiberSPAN来满足在该地区不平坦的斜坡上构建共享使用路径的需求。在该路径的11英里处安装了32个40英尺的桥跨段。跨度被分组以创建五个不同的桥梁，这些桥梁用于坡度过大而无法提供平坦步行表面的区域。FRP甲板宽134英寸，最薄部分的结构厚度为5英寸，交叉斜率为1％。面板涂有1/8英寸防滑聚合物聚集表面，重8.8 psf。甲板重量（包括磨损面，路缘和栏杆）为12 psf。规格要求要求行人荷载为90 psf的均匀活动荷载。甲板的中跨挠度限制为L / 500，上层建筑的中跨挠度限制为L / 360。车辆的最大负载为H-5，后轴负载为8,000磅。中跨FRP挠度限制为L / 300，
除桥面甲板外，Composite Advantage的产品还包括复合桩和挡泥板系统，用于修复陈旧的滨水基础设施，包括新泽西州开普梅半岛南端的海滨度假胜地的桥梁和位于詹姆斯敦的苏格兰渡轮码头。弗吉尼亚
在世界其他地区，复合材料在取代民用基础设施方面的应用也在不断发展。2019年，Fiber欧洲与可持续基础设施系统合作在澳大利亚生产复合材料桥梁。FiberCore Europe的InfraCore Inside技术可实现满足所有标准和政府要求的复合结构，同时提供100年的几乎免维护的使用寿命。在荷兰，比利时，英国，法国，意大利，瑞典，挪威，中国，美国以及现在的澳大利亚，已经安装了900多种桥梁和锁闸，从自行车和人行桥到世界上最长的复合桥。
增材制造等技术也开始在基础设施项目中发挥更大的作用。例如，Royal HaskoningDHV，CEAD和DSM设计了轻巧的3D打印的纤维增强聚合物（FRP）人行天桥原型。桥由玻璃纤维填充的热塑性PET（DSM的Arnite）组成，在3D打印过程中用连续的玻璃纤维增强。据说这种组合具有很高的强度，多功能性和可持续性。
文章来源：compositesworld，由 carbontech 翻译整理