复合材料终端市场：造船与海洋产业（2025年）

美国国家海洋制造商协会提供的年度船舶销售数据显示，2023年船舶销量持续下降，并预估2024年动力艇零售销量也将下滑。来源 | NMMA在2024年国际游艇博览会（IBEX 2024）上的行业现状演讲

可负担性：市场对价格仍然非常敏感，这支持了舷外机动艇和个人水上交通工具的持续偏好，这些船只与其他细分市场相比销量继续增长。

1. 船舶趋势

其他趋势还包括航运业的数字化转型和自主船舶的增加——这推动了网络安全和数据标准需求的增加——以及自动化、机器学习和基于云的系统在生产和运营中的使用。

FIBRE4YARDS调查涵盖了来自欧盟国家的39家造船厂，其中以西班牙、法国和葡萄牙（排名靠前）为主，并涉及生产的四类主要船舶（排名靠后）。来源 | “复合材料、技术和制造：欧盟造船厂当前概况”

在联系的426家造船厂中，有39家做出了回应。这些造船厂根据所生产的船只类型进行了分类（见右侧图表），其中大多数生产多种类型的船只，包括21%的造船厂生产客船+服务船或特种船+服务船。如下图所示，77%的被调查造船厂要么在内部使用复合材料，要么通过分包商使用复合材料。虽然最常用的材料和工艺大多符合预期，但令人惊讶的是，碳纤维和环氧树脂的使用排名如此之高。

关于所使用的复合材料以及造船厂对哪些技术感兴趣的FIBRE4YARDS调查回应。来源 | “复合材料、技术和制造：欧盟造船厂当前概况”

请注意，尽管Impacd Boats和Felicity Boats主要使用未增强的回收塑料，但CEAD机器通常在其挤出头中使用纤维增强的热塑性塑料颗粒，也可以使用连续纤维。CEAD希望确保3D打印复合材料在海洋领域也能取得进展，并于2024年10月宣布将在代尔夫特开设一个海事应用中心。该中心将配备一台专为生产船体设计的12米长挤出式3D打印机，以及其他几台大型增材制造（LFAM）机器（如ATLAM和Flexcube）。该中心旨在促进海事行业领导者和CEAD专家之间的合作，以开发大型3D打印船只和海洋部件，分享知识，并在法规、认证等领域取得进步。首批项目已签约，计划于2025年第一季度末举办一场面向行业的活动，并计划于2025年第三季度正式开业。

CEAD的技术使用玻璃、碳或天然纤维增强的热塑性复合材料。这种方法无需模具，从而缩短了生产时间和减少了劳动密集型工艺。

CEAD的挤出头还用于更快、更可持续的船模塞子生产。Rapid Prototyping（匈牙利布达佩斯）多年来一直使用数控机床加工的聚氨酯泡沫和手工铺设的玻璃纤维增强塑料（GFRP）制造模具。2020年，它收购了CEAD的E25机器人挤出机，将其集成到其4,850 × 2,635 × 1,460毫米的龙门式数控机床上，并开始使用该系统生产带有30%短玻璃纤维增强的聚丙烯（PP）模具和原型。据公司负责人吉奥尔吉·尤哈斯称，这可将劳动时间减少多达50%，并缩短了交货周期。

碳纤维复合材料驾驶室用于帆船。来源 | Vabo Composites

3.1 StrengthBond和DuraBond海上项目

碳纤维也是修复包括船舶和海上采油船在内的钢制船舶腐蚀的大型（例如40平方米）层压/粘合复合材料修补片的首选材料。法国南特船级社Bureau Veritas复合材料部门负责人斯特凡·帕波夫解释说：“但对于这些海事应用中的主要结构——宽平板，并没有标准化的修复方法。”为了解决这一问题，Bureau Veritas与StrengthBond Offshore项目（2019-2023年）的行业合作伙伴联盟合作。

在StrengthBond Offshore项目中，对碳纤维复合材料修补片进行了测试。来源 | Bureau Veritas, StrengthBond Offshore

该项目开发了一种用于此类修复强度分析的稳健方法，包括用于评估和验证设计的数值工具、表面处理和制造协议以及物理测试。后者包括开发一种新的等效界面试样，该试样能够对粘合复合材料修补片内的多个界面进行表征。项目结束时，已完成250多个试样测试和115次数值模拟，包括大型试样的疲劳测试，试样经历了5万至500万次的循环。

修补片铺层中，蓝色和灰色层为碳纤维，绿色层为玻璃纤维，用于电绝缘，橙色层为钢基材。右上角显示了测试的长、短斜接角度。来源 | StrengthBond Offshore

2024年11月，启动了为期3年的后续项目DuraBond Offshore，该项目将涉及在水和烃类以及高低温环境中对试样进行老化处理，然后进行静载和疲劳测试。帕波夫说，通过这些测试，“我们可以评估环境对修补片强度的影响，以便调整安全系数并确认长期性能。”

3.2 Toray VARTM船舶修复技术

碳纤维供应商日本东丽工业（Tokyo, Japan）也一直在探索船舶的粘合复合材料修复技术。2024年9月，东丽宣布已获得总部位于美国的船级社美国船级社（ABS，德克萨斯州休斯敦）对其真空辅助树脂传递模塑（VARTM）工艺的认可，该工艺用于碳纤维增强聚合物（CFRP）层压板修复。这一认可使得VARTM工艺可以应用于ABS认证的船舶上，从而减少了工程审查和验证所需的时间。修复过程中，将东丽碳纤维机织布应用到钢结构表面。然后，用真空袋覆盖织物，并注入固化后的环氧树脂，使CFRP与钢结构粘合，从而恢复腐蚀区域的强度。

GT Wings将与KS Composites合作，为其船舶AirWing推进系统提供建造服务。来源 | GT Wings

2024年8月，总部位于英国的风力推进公司GT Wings宣布与KS Composites（英国梅尔顿莫布雷）建立战略合作伙伴关系，共同生产其AirWing技术。AirWing专为商业航运设计，旨在将燃油消耗和碳排放减少高达30%，帮助船东在满足欧盟（EU）和国际海事组织（IMO）严格环保标准的同时，实现可观的燃油节省。第一台AirWing装置计划于2024年第四季度安装在Carisbrooke Shipping运营的一艘124米长的杂货船上。2024年10月，GT Wings获得了英国创新署（Innovate UK）提供的智能航运加速基金（Smart Shipping Acceleration Fund, SSAF）资助，该基金专注于开发英国海事部门脱碳所需的技术。

复合材料被用于阿特米斯科技（Artemis Technologies）电动水翼船的建造和水翼制造中。来源 | 阿特米斯科技

复合材料同样是轻量级电动船和水翼的关键材料，经常用于进一步提升它们的性能。2024年8月，阿特米斯科技（英国贝尔法斯特）宣布，鉴于北美地区对其产品浓厚的兴趣，该公司开设了首个美国办公室。阿特米斯科技设计、研发和制造由eFoiler系统驱动的100%电动水翼船。阿特米斯水上飞行器采用复合材料/金属水翼和玻璃与碳纤维复合材料结构。“海事行业正在向更可持续的运营方式转变，”阿特米斯科技联合创始人戴维·泰勒（David Tyler）表示。这包括目前沿着穿越人口稠密且往往被边缘化的社区航线运营的大量效率低下的柴油发动机渡船系统。“渡船运营商越来越认识到，他们必须采用电力来减少排放并使其船队现代化，”泰勒补充道。“我们拥有经过反复试验和验证的解决方案，以确保这一转型能够取得商业成功。”

绿色和平组织新造的75米长船只将使用4型碳纤维增强聚合物（CFRP）压力容器来储存H2燃料。来源 | Hexagon Purus Maritime

与此同时，Hexagon Purus（挪威奥斯陆）的全资子公司Hexagon Purus Maritime（挪威奥勒松）正在开发和供应4型CFRP压力容器，为一系列零排放海洋船舶提供H2储存。2024年9月，该公司宣布获得来自Freire造船厂（西班牙维戈）的一份合同，为绿色和平组织新造的75米长船只提供一套压缩气体H2系统的储罐。该系统预计将于2027年交付。Hexagon Purus Maritime指出，为海事部门提供绿色H2对于减少全球温室气体排放至关重要。该公司正在开发多个项目。预计到2050年，绿色H2将满足全球高达25%的能源需求。

5. 持续推进可持续发展

海事应用的可持续性不仅仅局限于推进系统的脱碳，还包括复合材料提供的轻量化，以及寻找能耗更低、碳排放更少的材料和工艺。在2024年9月庆祝合作50周年的公告中，泡沫和复合材料供应商迪亚布（瑞典拉霍尔姆）提到了挪威海恩的Brødrene AA公司在其快速、节能的渡船上使用泡沫夹芯碳纤维增强聚合物（CFRP）结构。迪亚布指出，Brødrene AA公司使用复合材料延长了船舶的使用寿命，最大限度地减少了更换需求，降低了总体生命周期成本。但迪亚布还报告说，其在减少材料碳足迹方面取得了重大进展，2016年至2023年间实现了50%的减排。

这张来自博内托的图解展示了循环性概念在公司使用Elium制造的First 44e型号上的应用。来源 | 博内托集团

Flax27 Daysailer的整个外部和内部结构均采用注入亚麻纤维复合材料建造，该材料采用生物基环氧树脂和回收的PET泡沫夹芯。来源 | Greenboats

MiniLab是由阿德里安·马尔尚代斯（Adrien Marchandise）于2023年发起的一项倡议，他是Avel Robotics（法国洛里昂）的联合创始人兼首席技术官，旨在推进可持续性并减少航海业对环境的影响。Avel Robotics是使用自动化纤维铺放（AFP）制造高性能CFRP水翼的先驱，用于IMOCA赛艇。

MiniLab携手行业和研究合作伙伴，共同提升可持续性解决方案的技术成熟度等级（TRL）。信息来源 | MiniLab

Marchandise将MiniLab描述为一个开放的创新生态系统，该系统通过全尺寸演示项目将公共和私营合作伙伴连接起来，共同开发和测试技术。“MiniLab有两个方面，”他解释道，“一方面是作为合作平台，联合行业、技术中心和大学，共同开发可持续性的概念验证原型。另一方面，它是一个实地测试实验室，通过编号为754的Mini 6.5米级帆船，合作伙伴可以在真实航行条件下验证这些原型的稳健性。”

MiniLab的时间线包括了实现可回收复合材料水翼和建造一艘完全采用可持续材料打造的下一艘船只等项目。信息来源 | MiniLab