跃谷前往法国参观JEC巴黎复合材料展2017 “复材创新”获奖产品

今年，创新奖提交的项目令人印象深刻，不仅在数量和多样性上，更重要的是质量。这13类获奖技术，涵盖了复合材料从原材料到加工应用的各个领域，如航空航天、汽车、建筑、海洋和更好的生活应用，获奖项目提供了复合价值链的完整概述，以及未来在复合材料领域的许多机会。

类别：航空
获奖者：IHI Corporation（日本）产品或工艺名称：用于航空发动机的创新复合风扇系统

IHI公司与合作伙伴一起，开发出一种创新的轻质复合系统风扇外壳和第一个热塑性复合材料结构导向叶片(SGV)。
为了提高飞机发动机的燃料效率，必须增加涵道比(发动机入口处的质量流率与进入核心的质量流率之间的比率)。但是这需要更大的风扇壳体，如果它是用传统材料制成的，则会大大增加发动机的重量并抵消一些增益效率。
IHI在主结构风扇外壳和SGV使用复合材料从而实现所的需涵道比。利用公司研发的碳纤维热固性材料制作风扇箱、碳纤维热塑性材料制作SGV，IHI比上一代飞机发动机节省了20%的重量，从而有助于进一步降低燃料消耗。
这个项目，这是第一次选择热塑性复合材料用于飞机发动机的主要结构部件。热塑性SGV在IHI的Soma工厂进行预浸料切割和铺层制造，其主要优点是它们在高速冲击之后所显示的低分层。用于风扇箱的热固性材料也被开发出来能够对高速冲击显示出优异的冲击能量吸收，这是这些发动机部件的主要标准之一。
这项创新成功应用于由PW1100GJM发动机驱动的空中客车A320neo。该发动机于2014年12月获得FAA认证， 而空客A320neo于2015年12月获得认证。
类别：汽车、结构
获奖者：Forward Engineering GmbH（德国）产品或工艺名称：T-RTM

该项目的目的是开发用于大批量生产的接近于净尺寸的T-RTM(热塑性树脂传递模塑成型)工艺。这种创新的工艺结合了热塑性树脂的优点和HP-RTM技术为复杂零件提供设计的自由。
为了展示工艺潜力，重新设计了罗丁R1敞篷跑车的顶壳结构。
车顶结构由具有混合织物和集成金属插入件的复杂多预成型件部件制成，使用HP-RTM 浸渍低粘度聚酰胺6(PA6)。这种低粘度允许更好的纤维浸渍、更高的纤维体积分数，从而改善机械性能和总体减少壁厚，降低材料成本。
为了进一步降低成本，昂贵的碳纤维部分地被玻璃纤维所代替，这要归功于在层内杂交的非卷曲织物(NCF)工艺。这样，少量的碳纤维就足以增加玻璃纤维层的刚度。与环氧树脂RTM相比，所有这些优化使车顶框架节省了16%的材料。
为了确保尽可能低的成本，Forward Engineering还专注于金属嵌件的集成，并最大限度地减少大批量生产中车顶组件的成本。在示范中使用两种类型的插入件：用于理想的基体粘附处理的铝铸件，其直接施加在干预成型件上;和由螺母施加的钢螺纹插入件。RTM工艺过程中，由于使用纯树脂包覆成型而带来额外的形状锁定，并且树脂还防止电偶腐蚀。
类别：汽车、外观
获奖者：LG Hausys（韩国）产品或过程的名称：单件车顶行李架

随着汽车制造商对减少其车辆的碳足迹的压力越来越大，减重正成为主要的先决条件。该项目的目标是减少传统上由铝制成的部件的重量和成本，这些部件在复合材料工业中基本上还没有人注意到。这项创新旨在通过使用连续纤维热塑性(CFT)复合材料来降低车顶行李架的重量和成本。为了实现这一目标，LG Hausys开发了一种制造工艺，其中由聚丙烯和玻璃纤维制成的CFT首先被预成形为所需的形状，然后包覆成型以形成支架，这将增加支架的刚性。在最后一步中，使用新的表面处理技术对所形成的行李架进行涂漆。
这个项目的优点是，该技术的开发是为了提高设计的自由度，能够更好地适应车顶行李架，这将有助于降低零件大规模生产的成本。这项创新将零件的重量从3.8公斤减少到2.76公斤，减重28%，同时保持了所需的性能。从组装的角度来看，这种CFT 车顶行李架也是有益的，将现有的铝车顶架的零件数量从5减少到1。
总体来说，与铝制车顶架相比，成本降低了5.2欧元/件。
类别：建筑
获奖者：ACCIONAConstrucciónSA（西班牙）产品或工艺名称：创新复合板，用于高速铁路隧道施工的钢和混凝土的替代品

当两条24公里长的Pajares高速铁路隧道遇到连续渗水问题，并且已经达到总长度的30%的时候，市场上很少有可用的解决方案能够解决这个问题。
Acciona开发的创新型复合板材证明是这种苛刻施工工作的最佳解决方案，因为它们能够满足所有技术挑战，同时符合与此类型应用相关的阻燃要求。
这一创新的挑战是多样的，因为必须满足许多标准。从机械观点来看，复合材料的使用可以满足结构要求，同时也足够薄而不用改变隧道的直径，且与悬链系统相容。复合材料提供的设计上灵活性也使得Acciona能够开发具有防漏接头和锚固系统的系统。9.2米长的板块也足够灵活，能够适应隧道的形状及其不规则性。
该项目的另一个问题是需要在交货计划内生产多达15,000个面板，并尽可能降低复合面板的生产成本。为了实现这一点，Acciona选择了拉挤成型工艺，并开发了一种低成本的树脂注射系统和纤维浸渍室，适用于阻燃树脂项目制定的粘度。这种新的系统使人们能够在34分钟内生产一个复合板。
在这种应用中，复合材料与传统的建筑材料相比，还有低维护和高耐腐蚀性的优点。最后，由于复合板的轻质性质，在隧道中处理和安装也更容易、更快速。
总结并说明该项目的规模：总共生产了15,000多块面板，涵盖约20万平方米的隧道，共1700吨复合材料。
类别：工艺流程
获奖者：IRT M2P（法国）产品或过程的名称：快速成型

这一创新是Fast RTM与合作伙伴开发的一系列创新的结果。
Pinette P.E.I.(紧凑型压力机和装卸设备)、Compose(净形零件创新工具)、SISE(经济高效的温度调节系统)、Chomarat(优化的增强材料)、Hexion& Arkema(反应性树脂)、Composite
Integrity(闭模工艺)， 以及Renault,Faurecia& Hutchinson(一体化设计)，以上几家公司分别提供不同技术或工艺，共同努力，成功提供了该项目的解决方案。
所有这些个别的成果，最终发展建立了具有工业规模的平台，显示出使用反应RTM工艺大规模生产结构复合材料汽车部件的可行性。这种全自动化平台基于C-RTM(压缩树脂传递模塑)，与反应性热塑性和热固性树脂兼容，能够比RTM更快更好地浸渍零件，使工艺更灵活，适应汽车制造商的需求。
由于自动化环境(装载和卸载)和特别为该项目开发的尖端设备，Fast RTM平台可以在120秒的一个周期内生产大型(最多3平方米)，充分净形、功能化和结构复合材料部件。为了确保最终部件的可追溯性和质量，该平台还配备了自动数据采集系统，过程参数可追溯;以及能耗测量系统和在线非破坏性控制系统。
这项创新的初始目标是大众汽车市场，FastRTM项目专注于技术和经济优化的解决方案，集合了功能化、净形和全自动化过程，从而尽可能降低了成本和时间周期。鉴于此，该工艺很容易被其他需要更高生产率的行业采用，如航空、铁路和整个交通部门。
类别：制造
获奖者：福伊特复合材料有限公司（Voith Composites 德国）产品或过程名称：Voith Roving铺放机

这一创新是一种全自动化的直接纤维铺放机，称为Voith Roving 铺放机(VRA)。
VRA使用未处理的粗纱和粘合剂粉末以产生净形干堆。该堆叠在四个不同的步骤中生产：首先，将粗纱展开并组装在50mm宽的带材上，在线上在带材上施加粘合剂，然后通过在线质量控制检查带材宽度，通过几对夹持器将捆扎带放置在可旋转/可移动的工作台上。
该制造方法的主要优点是所得到的预制件完全适应最终部件的机械要求和负载，具有很大的灵活性和快速适应性。VRA已经与用于生产汽车大批量CFRP材料的自动化生产线相连，它提供了更高的效率和更好的集成。
此外，尽管各个夹持器相当标准，该VRA是可扩展的：通过使夹持器的数量加倍，铺放速率可以增加两倍。并且几个单元可以被平行放置在上游生产线中，这与标准干纤维铺放机相比具有强大的优势。
除了提高生产率，这种创新还能极大地降低生产成本。使用未处理的粗纱和粘合剂是因为它们的成本效益，得益于VRA，这些原材料可以在一个步骤中直接由纤维加工成可用的预成型坯，无需使用昂贵的中间步骤或半成品，而且几乎没有浪费。
类别：可持续性
获奖者：Faurecia（法国）产品或工艺名称：NAFILite微孔发泡材料

为了满足汽车行业的环境问题，本创新致力于减少整个材料生命周期中对环境的影响。
尽管传统复合材料可以减少车辆在使用寿命期间二氧化碳的排放，但生物来源的复合材料有助于进一步减少制造过程和报废处理期间的这种影响。
由Faurecia开发的NAFILite微孔发泡材料的目标是进一步降低复合材料对环境的影响。
NAFILite结合了基于注射( 具有开模技术)的微孔发泡工艺与现有NAFILean材料等级：由20%大麻纤维和聚丙烯制成的可注射和可回收材料。具有20%可再生含量的NAFILean化合物在封闭的模具中注入添加剂。然后轻轻打开模具以适应材料的膨胀(由于释放CO2)。
所得到的泡沫比当前市场用于汽车内部注塑结构部件的要30%。重量节省，可再生天然纤维和可回收的热塑性材料的组合，将对环境的影响降低高达30%。
此外，为了达到汽车OEM的质量标准，最终材料的微孔结构在鲁棒性、适应性和表面光洁度方面提供改善的感知质量，并且还呈现与标准材料相比良好的热机械性能。
类别：船用
获奖者：VABO Composites（荷兰）产品或过程的名称：“即插即用”复合船门

传统上，船舶门是钢或铝制成的，既不利于重量，又不耐腐蚀。腐蚀是一种威胁并涉及很高的成本，最终会被替代也是很自然的。
这种创新提供了另一种选择，因为VABO Composites开发了一种“即插即用”复合船门和舱门，旨在替代现有的金属解决方案。
门和舱门由RTM 在模块化模制系统中生产，因此能够以较低的成本生产多个尺寸的舱门。核心和后期生产加工由CNC铣削完成，所有其他部件在VABO车间组装和检查，以确保产品可直接用于游艇、游轮、商船等。
这种创新舱门的优点很明显，复合材料有很大的耐腐蚀性，并且比金属轻：一个设备齐全的舱门尺寸为1800x800毫米，重量不超过45公斤，即节省大约60%的重量，从而提高了船舶的平衡和燃油效率。此外，复合舱门的维护成本也低，因为不需要润滑，并且它们还有一些附加的功能。
这种舱门成功通过耐火试验并具有良好的声学阻尼和绝缘性能，这意味着没有必要像铝和钢门那样添加绝缘。
类别：3D打印
获奖者：+ LAB - 米兰理工大学（意大利）产品或工艺名称：智能制造连续纤维复合材料3D打印机：Atropos

Atropos是第一个能够使用热固性树脂3D打印连续纤维复合材料的6轴机器臂的名称。
这台3D打印机使用的是一种在树脂溶液浸泡过的纤维，当这种纤维从打印头中出来时在UV光的照射下会立即固化，这使我们能够制作出精确的形状、结构，而且还能将不同的纤维结合起来。该机器可以以精确和可重复的方式放置它们。
基于固化时间短于一秒的热固性树脂的选择，使得我们可以以约50mm /s的速度放置连续纤维，从而快速产生特征为与常规热塑性树脂相比显著更高工作温度的产品。
为了优化对象的内部和外部形状，+ LAB开发了一种切片算法，可以预先计划机器的运动，在最终目标中显现增强材料的最大应力。此外，该算法还可以将纤维/基质比率改变高达60%。通过这些特性，可以根据其用途获得具有优化性能的轻质且可定制的部件。
该项目的主要优点是能够控制纤维方向，得益于由+ LAB开发的算法，生产的零件能够拥有最佳的纤维各向异性的特性。因此，具有相同形状的不同部件可以根据其工作负载来制造和定制。
类别：软件
获奖者：e-Xstream（卢森堡）联合获奖者：Solvay（法国）产品或工艺名称：Digimat AM

随着增材制造(AM)在过去几年的惊人增长率，e-Xstream设立了一个解决方案，帮助AM行业从原型制造转变为实际制造复合材料的部件。
该创新结合了不同的软件程序，为材料开发、过程模拟和打印零件性能提供解决方案。
从材料的角度来看，e-Xstream将为工程师提供工具(Digimat-MF和Digimat-FE)来专门为AM设计高级复合材料。
关于工艺模拟，Digimat-AM是一个创新的软件程序，完全致力于为增强材料的熔融沉积建模(FDM)和选择性激光烧结(SLS)印刷工艺建模。Digimat-AM的目标是通过优化制造过程质量(例如最小化部件变形)和预测打印部件的性能来实现“第一次正确打印”。
Digimat平台还能够根据材料和打印工艺参数(如工具或烧结激光路径)模拟印刷零件的性能。这种独特的工具是AM开发和设计复合材料零件的重要一步，使3D打印零件的性能和效率达到行业所需的水平。
Digimat是软件市场上唯一的为终端用户和打印机OEM打印零件带来可靠性的软件，这要归功于翘曲预测，通过模拟评估许多过程参数，消除了先前需要的用于优化这些的试验和错误的成本参数。此外，由于可以评估打印方向的影响，数字模拟减少了对许多机械测试的需要。
类别：SPORTS 体育运动
获奖者：Leibniz-Institutfür-Polymerforschung Dresden e.V. （IPF）（德国）产品或过程的名称：反曲弓弓把

这一创新是由碳纤维复合材料制成的新一代弓把。
虽然复合材料在弓把中的使用现在相当普遍，这种弓把是利用非常规但应力适应设计，使其比目前的解决方案(碳或铝)轻40%，同时还改善了质量比刚度，参考由铝制成的弓把相比，质量比刚度提高约43%。
为了能够制造实际零件，IPF使用量身定做的纤维放置(TFP)技术，通过在IPF Dresden发明的一种工艺，能够生产四个具有桁架状结构的预制件。利用这种高度通用的技术，IPF设法证明了可变轴复合设计的能力。 因为最先进的复合材料制造主要基于多轴设计，所以如果不可行的话，实现应力适应设计可能相当困难。
根据预先计算的可变轴方向的复合材料的应用，可以以最佳可能的方式利用纤维的各向异性性质，从而产生最优异的部件性能，并且有助于利用更少的资源，并节省成本。
该项目的另一个重要阶段是制造工艺的发展。由于零件的复杂形状，具有各种孔和插入件，不可能开发闭合的加压RTM模具。相反，准闭合工具制造有用于树脂入口和空气压力排出区域的特殊插入件。最终固结过程基本上是闭模注入过程，这有助于降低制造成本，因为不需要RTM加压装置，且不影响部件质量。
类别：原材料
获奖者： 科思创Covestro Deutschland AG（德国）产品或工艺的名称：Desmocomp®，一种复合材料的新型解决方案

建筑和基础设施制造商对复合材料的关注重点之一是它们能够抵御环境的恶化，特别是紫外线。为了解决这个问题，科思创开发了Desmocomp® 基质材料。
该聚合物基于脂肪族聚氨酯(PU)，并且具有良好的耐候性和耐紫外性以保护复合材料免受环境影响，因此不需要使用UV稳定剂、UV遮蔽物和保护涂层。
为了给户外应用提供完整的解决方案，Desmocomp® 还可以依赖于PU 的良好机械性能，如尺寸稳定性(低热膨胀系数)、绝热性、良好的耐化学性和耐火性，以及抗涂鸦性能 。
首先开发的拉挤成型工艺是用于基础设施中复合材料的主要工艺之一，Desmocomp® 可用于开放和封闭模具，并且得益于创新的单组分系统，易于加工，成本效益高，无需注射箱、计量混合泵或额外投资。
类别：美好生活
获奖者：BrødreneAA（挪威）产品或工艺名称：挪威2016 年船舶峡湾的愿景

Nærøyfjord峡湾被联合国教科文组织列入世界遗产名录，当BRødrene AA被委托开发一艘用于NæRøyfjord旅游的游览船时，其面对的挑战是满足大众旅游需要的同时尽可能降低对环境影响。BrødreneAA的解决方案是设计一艘有许多外部开放空间的观光船，有着广阔的窗口区域，以及双体船设计，以减少波浪颠簸和峡湾海岸的冲刷。
为了实现了设计师的意图，提供必要的刚性，唯一的解决办法是碳纤维增强复合材料和碳夹芯材料。
所有船舶的结构部件均由碳夹层板(甲板、墙壁、楼梯、天花板……)制成，包括构成双体船结构的42米长和5米高的船体，使用喷丸真空灌注工艺，从而使Vision of the Fjord成为最大的碳纤维制商业客船。Saertex提供了纤维织物，DIAB提供了用于复合材料夹层的低重量芯，以及Reichhold提供了橡胶改性乙烯基酯。
重量轻的夹层板还能令船舶以低功率的电动马达来推动，使其更清洁、更安静。在这个项目中，使用复合材料是强制性的，以能够提供所需的设计，同时使船舶在运行过程中保持环境友好。