先進的纖維增強聚合物復合材料（FRP）將堅固的增強纖維與堅韌的塑料結合在一起，比鋼更輕、更堅固。雖然先進復合材料目前僅用于某些特定用途，如飛機、軍用車輛、衛(wèi)星和豪華汽車，但如果能夠有效降低其成本，這些材料可以幫助制造商提供更先進、更實惠的產(chǎn)品，例如：
具有破紀錄的燃油經(jīng)濟性的輕量化汽車
更輕更長的風力渦輪機葉片
天然氣燃料汽車用高壓儲氣罐
在汽車應用中，先進的復合材料可以在不影響性能或安全的情況下將乘用車的重量減輕50%，并將其燃油效率提高約35%——有助于在汽車的整個生命周期內(nèi)為家庭節(jié)省數(shù)千美元的燃料成本。
在風能行業(yè)，低成本復合材料的進步將有助于制造商制造更長、更輕、更強的葉片，并產(chǎn)生創(chuàng)造更多能源。事實上，將渦輪葉片的長度增加一倍可以使發(fā)電量增加四倍。
1、FRP關鍵供應鏈
1.1 纖維制造
碳纖維和玻璃纖維的制造都需要高溫過程。碳纖維由石油原料制成，這些原料被紡成“白色纖維”，這是一種在一系列高溫爐中加工的碳纖維前驅(qū)體，經(jīng)過氧化和碳化后，形成“黑色纖維”纏繞在線軸上。玻璃纖維是通過在高溫爐中熔化二氧化硅并將所得耐熱硼硅酸鹽紡絲制成的。
根據(jù)待制造部件的規(guī)格，纖維可以編織成織物或形成膠帶。在某些情況下，長纖維排列在一個方向上，或短切并設置在多個方向上。
1.2 復合材料構件生產(chǎn)
制造復合材料零件有許多不同的方法。通常，在零件制造之前或制造過程中，將堅硬的增強纖維與聚合物結合。這些零件的制造方法是將復合材料按零件的最終形狀鋪在模具上，然后在壓力下加熱。
對于一些具有角度較多、形狀復雜的零件，可以將纖維和樹脂一起放置在模具的型腔中，然后對其進行壓縮和加熱。對于管道和其他長部件，纖維和樹脂可通過模具擠出，然后在高溫下固化。
2 、FRP關鍵工業(yè)應用
2.1 輕量化機車
輕量化是提高運輸效率和燃油經(jīng)濟性，同時繼續(xù)滿足安全標準的關鍵戰(zhàn)略。車輛重量減輕10%可將燃油經(jīng)濟性提高6%–8%，或?qū)㈦姵仳?qū)動車輛的續(xù)航里程提高10%。
與傳統(tǒng)鋼材相比，玻璃纖維增強復合材料可減少25%−30%的質(zhì)量，而碳纖維復合材料則可以減少60%-70%的質(zhì)量。
2.2 風力渦輪機
高剛度、高強度、輕質(zhì)且抗疲勞的碳纖維增強塑料（CFRP）可以使風力發(fā)電所需的渦輪葉片更輕、更長。2018年，風能行業(yè)是碳纖維增強塑料（CFRP）的第三大消費領域，全球13%的碳纖維用于風力渦輪機。
預計該市場將在未來幾年內(nèi)持續(xù)大幅增長，到2025年成為碳纖維增強塑料的第二大市場，僅次于航空航天和國防。
2.3 壓縮氣體儲罐
氫氣和天然氣車輛的儲罐需要輕質(zhì)、高強度的材料來制造。盡管碳纖維增強塑料滿足車載存儲的目標性能標準，但其制造成本仍然過高。
2.4 工業(yè)設備
復合材料可以提高耐腐蝕性和其他性能，從而改善工業(yè)設備和部件的性能。例如，F(xiàn)RP復合材料可以制備：
更高效的熱交換器
風機和鼓風機
能夠承受腐蝕或高溫過程和環(huán)境的其他設備
延長使用壽命的管道和儲罐
更好的機械電氣絕緣部件
其他行業(yè)也可以通過用低成本、高性能FRP復合材料替代現(xiàn)有材料而獲益。例如建筑、道路和橋梁的結構材料；海船；飛輪儲能和輸電線。
3 、FRP未來發(fā)展動向
3.1 降低能耗
在未來10年內(nèi)，工業(yè)和能源應用領域的碳纖維需求預計將增長310%。這種快速增長需要減少生產(chǎn)CFRP所需的能源，因為它們的制造能耗可能是傳統(tǒng)鋼的三到五倍。
3.2 生產(chǎn)過程高效設計
纖維和零件制造都是復雜的過程。降低成本需要更有效、更可預測的制造過程，在不降低性能特征的情況下縮短周期時間。除了降低制造成本，更廣泛地使用FRP材料和結構還需要更多創(chuàng)新設計概念、預測建模、材料特性的穩(wěn)健表征、性能驗證和過程自動化。
3.3 復合材料制造的仿真模擬與驗證
開發(fā)一套全面的模擬工具，將復合材料從制造過程到壽命預測連接起來；通過實驗驗證的分析推進復合材料產(chǎn)品的認證，并將這些工具的使用方法傳遞給當前和未來的工程師。
3.4 復合材料3D打印技術
預測和測量3D打印元件中發(fā)生的各向異性變形；包括對沉積過程中各向異性元件形狀變化的描述；打印元素的性能預測等。
3.5 可回收性
可回收將節(jié)省大量能源并提高FRP復合材料的成本效益，特別是如果該工藝能夠在不損失質(zhì)量的情況下重復回收，并且僅占原始制造能源使用和排放的一小部分。先進的回收可以大大改善這些復合材料的生命周期能源足跡，并有助于實現(xiàn)許多行業(yè)不斷提高的回收目標。
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