拉擠成型是復(fù)合材料行業(yè)最有前途的部分之一。市場(chǎng)研究公司Markets and Markets的一份報(bào)告顯示，拉擠成型終端市場(chǎng)到2020年將達(dá)到20億美元，復(fù)合年增長率為4.8%。以下三個(gè)市場(chǎng)應(yīng)用，突出了拉擠產(chǎn)品的獨(dú)特功能和優(yōu)勢(shì)。

市場(chǎng)細(xì)分之一  風(fēng)能

十多年來，風(fēng)能一直是Zoltek公司工業(yè)碳纖維應(yīng)用的最大市場(chǎng)。東麗集團(tuán)（Toray Group）全資子公司Zoltek負(fù)責(zé)銷售和營銷的執(zhí)行副總裁大衛(wèi)?珀塞爾（David Purcell）表示：“大多數(shù)碳纖維制品都與航空航天和高端體育產(chǎn)品有關(guān)，這些領(lǐng)域往往對(duì)價(jià)格不那么敏感。而Zoltek從成本加成的角度出發(fā)，選擇從另一端進(jìn)入市場(chǎng)。獲得進(jìn)入航天項(xiàng)目的資格并不是我們的首要目標(biāo)。相反，我們?cè)噲D與玻璃纖維、鋁、鋼和其他基礎(chǔ)建筑材料競(jìng)爭。”

當(dāng)Zoltek在21世紀(jì)初開始為風(fēng)能市場(chǎng)銷售碳纖維時(shí)，大多數(shù)風(fēng)力葉片都是由玻璃纖維預(yù)浸料和織物組合而成。

“碳纖維織物可能會(huì)帶來操作上的挑戰(zhàn)并且有可能起皺，而且它們必須經(jīng)過灌注過程。預(yù)浸料可能也有相同的問題，并且它們對(duì)制造環(huán)境敏感。粘性程度隨著設(shè)施的濕度或溫度而變化。由于大多數(shù)風(fēng)力葉片制造設(shè)施都沒有受到氣候的嚴(yán)格控制，因此他們正在尋找更堅(jiān)固的設(shè)備。”Purcell說。

拉擠CFRP這種加式方式提供了解決方案。大約六年前，拉擠CFRP梁帽和風(fēng)葉進(jìn)入市場(chǎng)。Zoltek的拉擠型材是預(yù)固化的厚層碳纖維層壓板，適用于結(jié)構(gòu)加固應(yīng)用。

“拉擠成型工藝在最終的復(fù)合材料中鎖定了更好的纖維排列，這減輕了許多與織物和預(yù)浸料相關(guān)的加工問題。”Purcell說。

Zoltek的拉擠型材有多種標(biāo)準(zhǔn)形式，包括平板和圓條狀。該型材采用ZOLTEK PX35連續(xù)絲束碳纖維，由基于紡織品的前體制成，并采用專有工藝制造。50K纖維的拉伸強(qiáng)度為4,137MPa（兆帕斯卡），拉伸模量為242GPa（千兆帕斯卡）。

拉擠型材的一個(gè)最大的好處是易于存儲(chǔ)和處理。“你可以將它存放在帳篷外，因?yàn)樗且环N完全固化的復(fù)合材料。你還可以將它切割并研磨——無論你需要做什么，處理都非常簡單。”拉擠成型還可以縮短周期時(shí)間，特別是在梁帽制造方面。

“人們普遍認(rèn)識(shí)到拉擠成型是連續(xù)生產(chǎn)復(fù)合材料的極低的成本方式，產(chǎn)生的廢料非常少，可以全天候運(yùn)行。對(duì)于尋找特定價(jià)格點(diǎn)的終端用戶來說，這是非常有吸引力的。”Purcell說。除了風(fēng)能之外，Zoltek還看到了汽車行業(yè)保險(xiǎn)杠橫梁、車頂支撐結(jié)構(gòu)、車門防盜梁等對(duì)拉擠成型產(chǎn)品的興趣。

這些應(yīng)用比標(biāo)準(zhǔn)單向拉擠型材更復(fù)雜，但Zoltek自有解決的辦法，他表示：“當(dāng)我們向前進(jìn)一步整合我們更基本的拉擠型材時(shí)，我們也認(rèn)識(shí)到我們不可能成為所有領(lǐng)域的專家。當(dāng)最終用戶需要更復(fù)雜的形狀時(shí)，我們會(huì)與拉擠成型合作伙伴緊密合作。這就是他們?cè)黾觾r(jià)值的地方。”

市場(chǎng)細(xì)分之二  基礎(chǔ)設(shè)施

Creative Pultrusions 公司自1973年以來一直生產(chǎn)玻璃鋼拉擠（FRP）制品。其利基市場(chǎng)之一是濱水應(yīng)用，包括基礎(chǔ)樁、艙壁和護(hù)舷系統(tǒng)。該公司提供管樁、板樁及一些復(fù)合材料配件。

“木材一直是建筑的主要材料，但木材也有問題，因?yàn)樗鼤?huì)向環(huán)境中滲透化學(xué)物質(zhì)，而且使用不會(huì)持續(xù)很長時(shí)間。”Creative pultr的營銷和產(chǎn)品開發(fā)總監(jiān)達(dá)斯汀?特魯曼（Dustin Troutman）表示。混凝土和鋼材傳統(tǒng)上也被用于濱水應(yīng)用，但它們?cè)邴}水中會(huì)腐蝕。

有許多原因讓復(fù)合材料成為的理想選擇：它們堅(jiān)固、耐腐蝕。而且它們?cè)诤I應(yīng)用方面還具有另一個(gè)優(yōu)勢(shì)。

“復(fù)合材料是護(hù)舷系統(tǒng)的理想選擇，因?yàn)樗麄冇心芰ξ蘸艽蟮膭?dòng)能。因此，我們利用人們所認(rèn)為的缺點(diǎn)——缺乏剛度——將其與復(fù)合材料的高強(qiáng)度結(jié)合起來，作為一種吸收能量的構(gòu)件。”Troutman說。

從高端住宅到大型商業(yè)項(xiàng)目和軍事設(shè)施，Creative pultr的產(chǎn)品無所不包。2016年，該公司為位于圣地亞哥美國海軍基地洛馬的新國防燃料支援站（DFSP）提供了132根管樁。88英尺長的SUPERPILES采用聚氨酯樹脂制成，并采用電氣級(jí)E玻璃和E-CR玻璃加固。直徑為16英寸的管道厚度為1/2英寸，在打入圣地亞哥灣之前，在碼頭填充了6000 P.S.I.膨脹混凝土。

可膨脹混凝土在樁和混凝土之間創(chuàng)造了“復(fù)合作用”——使它們成為一個(gè)樁結(jié)構(gòu)單元，Troutman說：“承包商使用了一種特別制定的混凝土配方，以滿足粘合規(guī)范和創(chuàng)造復(fù)合出材料。”在安裝之前，西維吉尼亞大學(xué)建造的設(shè)施中心通過測(cè)試填入特殊混凝土的樣本來驗(yàn)證混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度。

細(xì)分市場(chǎng)之三 公用事業(yè)

2013年，龍卷風(fēng)肆虐俄克拉荷馬城時(shí)，鋼鐵傳輸塔在時(shí)速210英里的大風(fēng)下扭曲，向地面傾斜，兩塔之間的鋁導(dǎo)體電纜被扯斷。但有一個(gè)部件完好無損——拉擠復(fù)合芯。

“有了復(fù)合材料，電塔和輸電線路將更加堅(jiān)固。”復(fù)合材料支持與解決方案公司（CSSI）的所有者Clement Hiel博士說：“薄型鋼在龍卷風(fēng)中會(huì)彎曲；適當(dāng)設(shè)計(jì)的復(fù)合材料型鋼不會(huì)有這個(gè)問題。”

Hiel博士于2001年創(chuàng)立了CSSI公司，旨在擴(kuò)展復(fù)合材料技術(shù)的知識(shí)基礎(chǔ)并開發(fā)創(chuàng)新產(chǎn)品。其中一種產(chǎn)品是用于傳輸線的鋁導(dǎo)體復(fù)合芯（ACCC）電纜。傳統(tǒng)上，公用事業(yè)依賴于鋁導(dǎo)體鋼筋（ACSR）電纜。ACCC采用CFRP棒，周圍環(huán)繞著薄薄的GFRP絕緣層，可防止電偶腐蝕。它們通過拉擠成型同時(shí)制造。

采用復(fù)合材料而不是高強(qiáng)度鋼作為鋁傳輸電纜的芯材有很多好處。一個(gè)主要的優(yōu)勢(shì)與線路損耗有關(guān)。電力通過一個(gè)由塔和輸電線路組成的巨大互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)從發(fā)電廠輸送給消費(fèi)者。據(jù)《科學(xué)美國人》雜志報(bào)道，美國電網(wǎng)包括20萬英里的高壓輸電線路和550萬英里的地方配電線路。Hiel說，長距離傳輸會(huì)造成6%到24%的電力損失。

“過去，電網(wǎng)運(yùn)營商和監(jiān)管機(jī)構(gòu)認(rèn)為線路損失是一個(gè)棘手的問題，但這似乎就是生活的一部分。他們也并不太擔(dān)心這個(gè)問題，因?yàn)槌杀緯?huì)轉(zhuǎn)嫁給消費(fèi)者。現(xiàn)在，時(shí)代已經(jīng)改變了，因?yàn)槲覀円恢痹谙蛞粋€(gè)對(duì)環(huán)境敏感、低碳的世界邁進(jìn)，長期建立的商業(yè)模式和實(shí)踐不再起主導(dǎo)作用。”他表示，采用拉擠復(fù)合芯的鋁導(dǎo)體可以將線路損耗降低25%到40%。

 ACCC也比ACSR強(qiáng)。玻璃纖維與碳纖維復(fù)合芯材的抗拉強(qiáng)度為2.2 GPa，高強(qiáng)度鋼芯材的抗拉強(qiáng)度為1.9 GPa。此外，ACCC比傳統(tǒng)絞合鋼芯輕70%，結(jié)構(gòu)緊湊。Hiel表示，這使得復(fù)合材料核心周圍增加了緊湊的梯形鋁絞線，使鋁的摻入量增加了28%。他說：“當(dāng)你在導(dǎo)體中加入更多的鋁，你就增加了它的能量傳輸能力——這就是工業(yè)界所說的載流量。”

ACCC的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)涉及到下垂問題。鋁導(dǎo)體受熱時(shí)會(huì)膨脹，導(dǎo)致塔之間松弛。“實(shí)際上，碳纖維的熱膨脹系數(shù)為零，這使得它遠(yuǎn)優(yōu)于鋼強(qiáng)度構(gòu)件。”Hiel說，“結(jié)果是，電纜實(shí)際上不會(huì)下垂。”這反過來意味著，在新的建筑和重建中，塔可以被放置在更遠(yuǎn)的地方。對(duì)于線路翻新（稱為再管道化），由于低熱下垂特性，公用事業(yè)公司可以利用現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施和ACCC使其容量翻倍。

CTC Global生產(chǎn)的拉擠復(fù)合芯材的專利，Hiel獲得長達(dá)十年之久。他們已經(jīng)在全球安裝了超過4萬英里的ACCC。

Hiel認(rèn)為，像這樣的應(yīng)用程序——以及基礎(chǔ)設(shè)施中的其他組合——的潛力是無限的。“美國是建立在鋼鐵、鋁和混凝土的基礎(chǔ)上的。它需要在復(fù)合材料的基礎(chǔ)上重建。”他說。