2022年复合材料市场回顾及2023年市场展望：船舶及海洋领域用复合材料

根据美国国家海洋制造商协会（National Marine Manufacturers Assn，NMMA）发布的一份新闻报告，2022年10月新船销量已降至2019年新冠疫情前水平以下，NMMA主席Frank Hugelmeyer表示，这表明经济不确定性和消费者关注力竞争的预期回归正开始显现其影响。

据报道，截至2022年7月，新动力船销售额比2021同期低18%，比2019年疫情前低11%。然而，一些其他类别船舶的销量则继续超过了疫情前的销量，例如新的浮船、尾流运动船和游艇。

Candela P-12穿梭船将于2023年运行，它是一艘电动水翼船，使用碳纤维箔技术实现快速、平稳、零排放的通勤

此前，NMMA在2021报告称，2020年汽艇零售额达到13年来的最高水平，比2019年增长了9%。2020年，新船销量增长12%，达到31万艘，其中淡水渔船和浮船销量占动力船销量的一半。另一个高速增长的领域是用于尾流滑板和滑水冲浪的滑水艇，2020年新船增加了20%，达到1.3万艘。Hugelmeyer指出：“在过去两年创纪录的增长之后，现在是时候密切关注消费者需求，展望20年的趋势来看，2022年预计让将是行业健康的一年。”

总体而言，碳纤维增强聚合物（CFRP）在船舶上的使用继续缓慢增加，这是由于船主和运营商在寻求减少燃料消耗和环境影响的同时，对更高速度和性能的要求。

在动力船和帆船中，一个持续的发展趋势是箔，即：使用水翼水下机翼将船体抬出水面并“飞行”。箔片通常是穿透水面的V形叶片或留在水下的T形叶片。有些船同时使用这两种结构，它类似于飞机上的机翼，这些机翼产生升力，因此当船获得速度时（在大多数情况下速度为15-18节），其船体会从水中升起。箔片通常以较低的速度缩回并由电子器件驱动。

2022年8月，瑞典Candela公司宣布了P-12穿梭船计划，这是一艘水翼电动渡轮，将于2023年抵达斯德哥尔摩水域。Candela声称，这艘渡轮将是迄今为止世界上最快、航程最长、最节能的电动船，其特点是机翼、船体、甲板、内部结构、箔片支柱和方向舵均是采用碳纤维/环氧树脂并通过树脂注入打造。

P-12 Shuttle水翼电动渡轮模型。图片来源：坎德拉

用于工具和最终船舶零部件的增材制造(AM)也是近年来发展迅速的一个领域。MAMBO(Motor Additive Manufacturing Boat，增材制造船)被意大利建筑商Moi Composites称为第一艘使用连续玻璃纤维增强热固性复合材料的3D打印船。这艘6.5米长、2.5米宽的动力船展示了一种新的、独特的形状，这是传统制造不可能实现的。它是在生成算法的指导下使用机器人进行分段打印的，这种算法可以直接从数字结构模型中使用连续纤维进行打印，并且在尺寸上具有可扩展性，然后将这些部分层压在一起，形成最终的雕刻结构，而不需要船体和甲板之间的传统分割。

2021年9月，意大利大型增材制造专家Caracol首次展示了Beluga，这是一款使用回收聚丙烯（PP）和30%短玻璃纤维制成的3D打印帆船原型。Beluga是由Caracol和意大利NextChem公司联合研究项目的，NextChem是一家生产MyReplast再生塑料材料的绿色能源公司。

大型船舶采用复合材料的速度较慢，但同样引人注目。近年来，在378名成员组成的欧洲海上轻型应用网络（European network for Lightweight Applications at Sea，E-LASS）的支持下，两个欧洲联盟FIBRESHIP和RAMSSES在这一领域取得了巨大进展，推出了一系列示范项目，包括复合材料甲板、舵、直升机甲板、船体、模块化舱室和上层建筑，修补钢和复合材料与钢焊接接头。

截至2021年11月的最后一次会议，RAMSSES联盟指出，在四年多的时间里，它为海洋应用开发了13个可行的轻量化解决方案，并做出了持久的贡献，如“批准智能通道”，以提高海洋创新和审批流程的效率。

另一个正在进行的研究联盟FIBRE4YARDS是一个为期36个月的欧盟地平线2020项目，于2021年1月开始，涉及来自六个国家的13个合作伙伴。

据报道，FIBRE4YARDS的主要目标是通过使用“先进和创新的FRP制造技术”实施所谓的“造船厂4.0”，以保持欧洲在造船和船舶维修领域的领先地位。具体的工作包括研究FRP生产和连接技术，如拉挤成型、热塑性热冲压和连接技术、自动胶带放置(ATP)和自动纤维放置(AFP)、3D打印、自适应成型技术、设计和工程、数字孪生和智能制造、生命周期分析(LCA)、回收利用等。

天然纤维、回收材料（如回收PET泡沫芯和回收碳纤维rCF）也正在探索用于船舶结构。例如，2022年初，英国RS Electric Boats的姊妹公司RS Sailing开始交付其第一艘Pulse 63电动刚性充气艇（RIB）。考虑到可持续性，该艇的许多部件都采用了英国Gen 2 Carbon公司提供的rCF复合材料，并使用了回收的PET泡沫芯来制造。亚麻纤维和生物基树脂也被考虑用于船的早期迭代。2022年5月，该公司宣布将搬到一个新的、更大的工厂，并扩大其团队，以满足客户对Pulse 63的需求。

Pulse63电动刚性充气船主要采用再生碳纤维复合材料和再生PET泡沫芯建造

另一项新的可持续材料创新是可愈合复合材料。2022年2月，美国Gunboat R.I.Newport和法国La Grande-Mott、瑞士CompPair Technologies宣布将开展合作，使用CompPair的HealTech复合材料面板建造和测试一艘双体船。CompPair的技术基于“智能”预浸料材料，该材料采用专有树脂设计，可在几分钟内修复复合材料面板的裂缝和分层。在其他市场中，CompPair将海洋和造船业作为其产品的增长领域。

Gunboat 6801采用自修复CompPair HealTech复合材料面板制造

除了更可持续的制造材料外，许多企业还正在努力为海洋组件在其寿命结束时提供回收解决方案，并使这些组件更可回收。复合材料零件的回收是复杂的，通常涉及对整个复合材料零件的机械分解（通过铣削、切碎或其他工艺）以供再利用，或采用某种化学或基于热的方法分离原始树脂和纤维材料，以单独重新利用。

在该领域，有许多组织正在研究解决方案，例如英国国家复合材料中心（ National Composites Centre，NCC）于2022年宣布，它正在支持一个新成立的联盟，来解决海洋工业中复合材料的回收问题，其长期目标是在英国建立一个大型FRP回收设施，称为蓝色复合材料项目，目前正在研究的主要回收技术是DEECOM，它是由英国Longworth开发并由Cygnet Texkimp商业化的加压蒸汽纤维回收方法。

为了实现和支持回收工作，部分公司也开始开发和采用新的树脂，这种树脂可以在零件的寿命接受时更容易地从纤维中分离出来。法国Arkema公司的Elium液态热塑性树脂就是这样一种产品，该产品在海洋工业中由美国Brunswick Corp.和Boston Whaler建造的完全可回收玻璃纤维复合材料船原型上进行了展示。

为了实现全球减排目标，各国政府和行业正在寻求更多的可再生和清洁能源解决方案。在海洋工业中，电动船已经成为传统燃料船的替代品，但氢燃料电池和其他清洁能源解决方案也正在兴起。

例如，100英尺长的Energy Observer帆船和Hynova 40生产动力船（40英尺长）都使用了日本丰田的Rex H2燃料电池。丰田还在一艘40英尺长的洋马EX38A捕鱼巡洋舰上安装了两个燃料电池和8个700 barIV型复合材料储氢罐。丰田和日本Yanmar公司宣布到2025年将在大型船舶上扩大和部署这种氢推进系统。

2022年，韩国现代重工集团启动了一个项目，与全球能源公司Shell（英国伦敦）、Doosan fuel Cell（韩国首尔）、HyAxiom（美国康涅狄格州东哈特福德）和DNV（挪威奥斯陆）合作，为大型船舶演示燃料电池。据报道，该项目将使用一个600千瓦的高效固体氧化物燃料电池（SOFC），在一艘174000立方米液化天然气（LNG）船上进行辅助发电，该船将于2025年由Shell运营。从长远来看，它们计划开发和供应高效、环保的船舶，这些船舶可以长期将燃料电池应用于推进动力源。

2022年8月，挪威HAV Hydrogen宣布，将为船舶推出一种基于甲板的集装箱氢气（H2）能源系统，以快速实现氢作为船舶燃料的商业使用。虽然该系统目前没有使用复合材料，但该公司表示复合材料H2储罐在这个领域有机会。

2022年10月，挪威Hexagon Composites专注于零排放的子公司Hexagon Purus加入了ZeroCaster项目研究，其目标是研究、评估和展示使用替代燃料系统的零排放船舶设计解决方案。Hexagon Purus将利用IV型复合材料气瓶技术，在压缩氢气的储存和分配方面贡献其知识和专长。

ZeroCoaster展示的零排放概念船舶

最后，另一种替代的绿色能源解决方案是机械转子帆，即利用风能作为船舶辅助动力的桅杆状结构。芬兰Norsepower用玻璃纤维和碳纤维复合材料重新设计了机械旋翼帆。2021，挪威船舶设计公司宣布设计一艘零排放任务货船，该货船由氢燃料电池和挪威电力公司的旋翼帆提供动力。

原文始发于微信公众号（艾邦复合材料网）：2022年复合材料市场回顾及2023年市场展望：船舶及海洋领域用复合材料