為什么采用熱塑性復合材料（TPCs）的速度比預期的要慢，誰最有能力加速它的使用？
雖然許多人一直在討論并倡導熱塑性復合材料（TPCs）作為下一個材料技術突破，TPC具有高容量、輕量化的技術優(yōu)勢，其應用也已經超過十年了，但市場滲透率尚未達到之前的預期。為什么TPCs的采用速度慢于預期，誰最有可能加速它的使用？
朗盛用于輕量化汽車工程的Tepex 連續(xù)纖維增強熱塑復合材料
到2022年，TPC全球市場預計將增長到近420億美元，包括塞拉尼斯（Celanese）、巴斯夫（BASF）、索爾維（Solvay）、朗盛（Lanxess）、帝斯曼（DSM）、普立萬（PolyOne）和RTP在內的領先材料市場參與者，將為廣泛的市場應用提供大量樹脂選擇和產品形式。
TPC材料的好處清單
TPC材料的好處清單當然非常引人注目。熱塑性復合材料可在熔融狀態(tài)下可成為無定形狀的制品，并可再加熱熔融而制成另一種形狀的制品，還可重復多次再生使用而其物理機械性能不發(fā)生顯著的變化。另外，它可一次性制成形狀十分復雜而尺寸十分精密的制品，生產周期僅需數分鐘。由于熱塑性塑料經過增強后，性能大為提高，有些機械性能已跨進了金屬強度的范圍，從而大大擴展了復合材料的使用范圍，可以代替金屬和木材。
對飛行器而言，它們能帶來數倍于其競爭對手熱固性塑料的出眾的抗沖擊性，具有防火、低煙、無毒的特性，耐受大多數航空流體，以及制造前在材料倉庫中的無限儲存期。由于可熔融加工，它們能采用熱成型，之后也可在新應用中再成型。它們可采用熔接制造具有高度完整性的連接口，避免因采用緊固件而增加重量又耗費成本。在其使用期結束時，它們還可回收。其生產工藝通常都比較快，一般無需采用熱壓罐固化。生產過程中的揮發(fā)性有機物排放也根本不成問題。還可以采用纖維自動鋪放設備及其他自動化設備。這類復合材料適用于高度集成結構，這一特點加上其重量輕的特質，使之在最小化結構件數量方面與熱固性材料一樣富有價值。
汽車行業(yè)非常重視生產周期，比起領先的商業(yè)飛機制造商每月力爭生產10到12 架飛機，這個行業(yè)每天都要生產成百上千的汽車。的確，熱塑性復合材料可以在僅僅幾分鐘的生產周期內加工完成，僅是熱固性塑料部件所需固化時間的一小部分。與在航空領域中一樣，這種材料的減重能力非常關鍵，尤其是在電動及混合動力汽車上。對于汽車制造商來說，另一個巨大的好處是，熱塑性塑料能幫助他們迎合生命周期結束后的回收指標，現(xiàn)在國內國際的監(jiān)管部門都已強制執(zhí)行。
原料和中間成本的比較是復雜的，考慮到大宗商品TP樹脂（例如聚酰胺、聚丙烯）和更高性能的工程基質（聚芳酮，如PEEK、PEKK和PAEK）之間的巨大價格差異，以及TPC中間供應鏈的不同成熟度階段。因此，TPC的一些更明確的成本優(yōu)勢涉及重新設計以前金屬部件的選項，從而簡化制造或裝配的后續(xù)步驟。
那么，是什么阻礙了它們停滯不前呢？從最高層次看，增加使用熱塑性塑料的主要障礙包括一套不那么廣泛接受的設計數據，以及對材料性能和整體技術的熟悉程度，遠不及其表兄弟熱固性產品。在一些高性能的TPC應用程序中，我們還沒有完全穩(wěn)定和足夠一致的原材料來維持公差，并且與熱固性塑料所見的空隙含量百分比相匹配。熱塑性塑料通常需要160-300℃的熔體溫度和高壓來浸漬增強纖維或注塑模具部件。所需的復雜且通常昂貴的工具和機器與用于傳統(tǒng)熱固性復合材料成型的非常不同。
推動TPC應用的兩種途徑
我們認為，在過去的20年里，對技術開發(fā)的投資一直偏向于熱固性材料。但是現(xiàn)在，由于航空結構和汽車市場都在尋找熱塑性塑料以減少循環(huán)時間，并從高壓釜中生產出更容易回收的復合材料，人們正在重新評估這一問題。我們假設，仍處于起步階段的TPC行業(yè)可以在兩個不同的行業(yè)部門的幫助下克服這些障礙，實現(xiàn)其預測潛力，以兩種截然不同的方式來解決這個問題。
鋼骨架熱塑性復合材料管
方法1：TPCs為復合材料帶來工業(yè)規(guī)模。第一個領域是由大型工業(yè)化學解決方案提供商所主導，那些具有熱塑性能力的企業(yè)，通常在規(guī)模上至少比他們在熱固性復合材料領域的同行要至少高出一個數量級。我們看到這些化學巨頭，他們有著深厚的樹脂和聚合物的專業(yè)知識，加上熱塑性材料行業(yè)的成熟度，它們有著良好的地位和推動力，從而促進TPC行業(yè)的轉型。
對于像塞拉尼斯Celanese和索爾維Solvay這樣的大型企業(yè)來說，復合材料的吸引力在于提高利潤率，并利用大批量應用的機會，比如作為汽車中的金屬替代品。新的復合材料和應用的開發(fā)也為進一步區(qū)分他們的產品提供了空間。
我們預計在這種情況下，看到的熱塑性塑料轉換方法將包括：通過整合大規(guī)模制造技術將目標產品成本降低；通過在內部實現(xiàn)復合材料和復合材料生產來進一步鞏固供應鏈；并利用現(xiàn)有的與原始設備制造商的強大關系。也會出現(xiàn)重大的并購活動。在最近的交易中，我們已經看到了這種趨勢的證據：索爾維收購了Cytec，擴大了其產品組合，并提升了其在航空和汽車市場的活動能力。Celanese還在2017年收購Omni Plastics和Nilit Plastics，為該產品組合增加了額外的復合能力和材料技術。
方法二：用TPCs擴展復合材料的覆蓋范圍。熱固性復合材料成型行業(yè)的結構比工業(yè)TPCs的結構更為分散，與TPC行業(yè)整體相比，其規(guī)模較小，一體化程度也較低。隨著輕量化技術變得更加成熟，預計將繼續(xù)以令人印象深刻的增長率(5年CAGR估計為6-7%)，這些應用的利潤率也更高，而這些應用的規(guī)模仍然小于熱塑性塑料。
市場上熱塑性塑料和熱固性塑料市場的區(qū)別在于，后者對纖維增強有更多的經驗，并使用更復雜的多組分樹脂體系。
對于熱固性復合材料的供應商來說，將其擴展到TPCs是增加產量的機會，也有可能進入熱固性復合材料不太完善的市場，因為它們的循環(huán)周期太慢，成本過高或可回收性是先決條件。比如，帝人（Teijin）和TenCate。這兩家公司都擁有強大的紡織能力，它們無疑加快了TPC的發(fā)展步伐，并在最近的行動中展示了我們之前提到的TPC方法的關鍵方面。
TenCate的熱塑性產品的范圍現(xiàn)在幾乎反映了其熱固性產品的范圍：UD帶和預浸料、增強層壓板和大體積模塑化合物，可提供一系列主要性能更高的熱塑性基質。這是中小型系列材料性能的重點，例如航空航天前沿、地板、支架和蓋板等，我們期望從這種方法中看到。TenCate還正式確定了其行業(yè)和研究合作，通過合作伙伴加強內部競爭力和發(fā)展，例如熱塑性復合材料研究中心（TPRC）的一級成員和其他歐洲財團和集群，如熱塑性可負擔一級飛機結構（TAPAS）和歐洲熱塑性汽車復合材料協(xié)會（eTAC）。
帝人（Teijin）公司開發(fā)了用自己的碳纖維加固的TPC材料，并為低于60秒的汽車零部件提供高速加工技術。它還增加了零件生產能力和專業(yè)知識，收購了模塑商Continental Structural Plastics，并在歐洲推出了再生碳纖維增強熱塑性材料。
最終，我們預測這兩種方法的各個方面將在接下來的五年時間里顯現(xiàn)出來，對整個價值鏈的深入理解是這一復雜掛毯成功的關鍵。最大的熱塑性塑料玩家被放置的很好，而且顯然非常熱衷于部署他們的發(fā)展和財務火力。最近的熱塑性汽車項目，如賓利Bentayga和奧迪Q7 SUV的底盤引擎護罩、燃料箱和中心隧道的封面，均由LANXESS Tepex TPCs品牌生產。這些都是熱塑性技術領導者參與真正的工業(yè)規(guī)模復合材料應用的例子，這些應用很難與熱固性復合材料相匹配。因此，我們看到化學材料巨頭最有可能實現(xiàn)最大規(guī)模的應用。
復合材料制造專家專注于高性能的TP材料，并采用下游的收購策略，以促進其知識與技術的快速應用，尤其適合于在諸如航空航天或醫(yī)療等更多利基應用中的發(fā)展。我們也期待在此看到并購活動，因為這些技術領先企業(yè)是主要熱塑性塑料制造商，他們希望將熱固性和熱塑性復合材料專業(yè)知識整合到其運營中來，這是具有吸引力的目標。
有種趨勢也開始慢慢呈現(xiàn)出來，就是在材料間競爭日益激烈化時，熱塑性復合材料越來越多地被應用在新產品上，這種趨勢將直接影響熱塑性復合材料的行業(yè)動態(tài)。（文章來源于網絡）
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