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复合材料自动铺放设备现状与发展趋势研究报告

产出机构:中国科学技术信息研究所   
提交机构:中国科学技术信息研究所   
产出日期:2017-12-26   
发布日期:2019-07-15   
作者:郑佳;李?;   

 

摘要: 

先进复合材料已经成为航空航天器主要结构材料,各类飞机的复合材料用量近年来迅速增加。飞机复合材料主承力构件主要采用预浸料成形技术制造,而自动铺放成形是替代人工铺叠、提高质量和生产效率的关键,在制造大型复合材料构件时优势极为突出。以大型飞机为例,从A380到B787,A350,其复合材料用量大幅度增加,正是由于自动铺放技术的发展与应用起到了关键作用。

有资料显示,美国采用预浸料—热压罐固化成型工艺制造航空领域碳纤维复合材料的成本中,材料占15%,预浸料铺叠占 25%,装配占45%,固化占10%,紧固工艺占5%,即预浸料铺叠和装配在成本中占了70%,这是控制碳纤维复合材料成本的关键环节,也是我国主要的技术差距。若丙烯腈原料的成本为1,则碳纤维可增值至3,复合材料可增值至10,其中由中间材料(主要是预浸料)到复合材料的加工过程增值可达到5.25,占整个增值比重的58.5%。

本报告在对碳纤维复合材料及其自动铺放技术与设备进行介绍的基础上,从市场与技术两个维度对复合材料自动铺放设备现状与发展趋势进行了研究。市场方面的研究,主要采用了前瞻产业研究院的数据;技术方面研究,主要采用了Innography专利数据库。

研究结果表明:截止到2017年,全球自动铺带技术专利申请数量共2020件,全球自动铺放技术专利申请量从2000左右开始加速上升,在2013年达到峰值,然后开始逐年下降。这可能与2014年B787与A350两种复合材料占比高的机型问世有关,相关企业在专利上进行了提前布局。

从不同国别角度分析,截止到2017年,从不同国家自动铺放技术专利申请数量排名可以看到,美国申请了1140件(56.4%),中国申请了234件(11.6%),日本申请了116件(5.7%),英国申请了102件(5.0%),德国申请了71件(3.5%)。五大国专利申请数量占比达到82.3%,显示出传统制造业强国美日英德,以及新兴工业国中国,在复合材料自动铺放技术上的优势,其中又以航空与化工双强的美国优势最为明显。

另一方面,截止到2017年,从全球主要机构自动铺放技术专利申请数量排名可以看到,美国航空制造巨头波音公司(The Boeing Company)340件(16.8%),比利时化工巨头索尔维公司(Solvay S.A.)176件(8.7%)。两大巨头专利申请数量占比达到25.5%,显示出欧美航空与化工企业在复合材料自动铺放技术上的优势,其中又以波音公司优势最为明显。

截止到2017年,在中国申请自动铺放技术专利的机构以中国本土科研机构为主,分散度极高,反映出我国在自动铺放技术上刚处于起步阶段,航空制造业企业与碳纤维领域的化工企业相关技术能力不强,实验室的科研成果尚未充分转化为产业技术能力。

关键字: 复合材料;碳纤维;自动铺放技术;自动铺带技术;自动铺丝技术;复合材料;碳纤维;自动铺放技术;自动铺带技术;自动铺丝技术;

目  录

摘  要...

1 复合材料自动铺放技术概况... 1

1.1 碳纤维复合材料的基本概念... 4

1.1.1 聚丙烯腈(PAN)基碳纤维产业链... 4

1.1.2 碳纤维复合材料产业链上的产品... 7

1.2 全球自动铺放技术及相关设备发展现状... 9

1.3 中国自动铺带ATL技术研究进展... 13

1.4 中国自动铺丝AFP技术研究进展... 16

2. 市场现状... 19

2.1碳纤维复合材料行业的市场现状与未来趋势... 22

2.1.1国际行业发展历程、现状及境外主要企业... 23

2.1.2国内行业发展历程、现状及主要企业... 23

2.1.3国际市场供给与需求分析... 26

2.1.4国内行业发展历程、现状及主要企业... 28

2.2 碳纤维复合材料在航空航天领域的应用... 31

2.2.1航空领域的应用... 31

2.2.2航天领域的应用... 37

3. 自动铺带机ATL专利分析... 39

3.1专利申请总体态势分析... 39

3.2国家竞争态势分析... 41

3.2.1美国... 41

3.2.2中国... 43

3.2.3日本... 44

3.2.4英国... 45

3.2.5德国... 47

4自动铺丝机AFP专利分析... 48

4.1专利申请总体态势分析... 48

4.2国家竞争态势分析... 50

4.2.1美国... 50

3.2.2中国... 52

3.2.3加拿大... 53

3.2.4德国... 54

3.2.5英国... 56

5 自动铺放技术发展趋势... 57

6 结论与建议... 58

参考文献... 59


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