【碳企研究】全面了解美国最大碳纤维制造商—Hexcel公司:发展历程...

来自 : 个人图书馆 发布时间：2021-03-25

摘

要

美国Hexcel（赫氏）公司成立于1948年，总部位于康涅狄格州斯坦福德，主要业务包括碳纤维、复合材料和结构部件，现有全职员工7000余人，在全球各地拥有24个生产基地，而目前Hexcel也是美国最大的碳纤维生产商。

Hexcel成立之初是一家专注于复合材料制造技术研发的公司，在1993年几近濒临破产，直至1995年2月才脱离破产保护；1996年Hexcel在成功收购了Hercule后，正式获取了关键的航空产品资格和重要的碳纤维生产能力。随着欧洲空客、美国波音飞机中大量采用公司碳纤维，而且Hexcel研发的高模量碳纤维也于2013年加入火星计划，从此Hexcel公司的坐稳美国碳纤维及其复合材料制造商龙头地位。

本文首先简要介绍了Hexcel概况、发展历程，并针对公司主要业务范围和产品进行概述，最后综述了Hexcel公司的碳纤维产品性能及主要应用领域，其中公司碳纤维产品涵盖了几乎碳纤维所有系列，尤其是去年研发出的新一代HM50型碳纤维再次丰富了公司产品范围，更多精彩内容请阅读最后一节 小编有话谈 。

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Hexcel公司概况

Hexcel公司于1946年成立，1980年在纽约证券交易所上市，是碳纤维的领先生产商，在航天项目中拥有超过45年的经验，认证最广泛，是第一家开发金属胶粘剂、规模化生产蜂窝并将其商业化、帮助研发了第一批用于风力叶片的预浸料的行业领先公司。2008年，Hexcel赢得了其历史上最大的合同，为空客 A350 XWB 提供主结构预浸料-碳纤维和配方树脂的结合。


2019年美国Hexcel公司全年销售额为23.557亿美元，按固定汇率计算，比2018年增长8.6％，其中商用（民用）航空、太空和国防、工业领域销售额分别占68%、19%、13%，尤其是前两者总和占比已经接近90%，因此Hexcel成为维系美国军机、民机以及国防用复合材料的关键支柱。
2010年美国Hexcel在全球率先推出拉伸强度6964MPa、拉伸模量310GPa的航空用第三代超高强度中模碳纤维，并成功实现商品化；虽然日本东丽在2014年同样也推出了航空用第三代超高强度中模碳纤维—T1100G碳纤维，但直至近两年才实现商品化，因此Hexcel在航空用高性能碳纤维领域实现了全球领先。

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Hexcel公司发展历程

虽然目前Hexcel已经坐稳美国最大碳纤维及其复合材料制造商的龙头地位，但是其发展历程也是极其艰辛，1954年公司名称由California Reinforced Plastics 更名为 Hexcel Products, Inc.，1965年由于越战军事需要，Hexcel生产的蜂窝结构复合材料在国防领域实现了高增长，随后便开始扩张。


上世纪90年代是复合材料企业举步维艰的阶段，在1993年由于经营问题，Hexcel公司申请破产保护，在随后的1994年经过多方筹资筹到5000万美元，终于在1995年2月摆脱破产保护。

Hexcel进入碳纤维生产及其复合材料起源于一系列收购，1996年2月，Hexcel 收购 Ciba-Geigy 的复合材料业务，6月，Hexcel收购了 Hercule的复合材料业务，获取了关键的航空产品资格和重要的碳纤维生产能力。公司将总部从加利福尼亚州普莱森顿搬迁到康涅狄格州斯坦福。
2003年10月，Hexcel 在法国莱萨韦尼埃启动了一个面积为 134,553 平方英尺的新生产单元，完全致力于碳纤维编织以及多轴和预成型操作；2005年欧洲空客推出首架A380飞机，而Hexcel 是 A380 项目的主要供应商；2011年波音交付首架 787 Dreamliner 和首架 747-8，这两种飞机都广泛应用 Hexcel 材料。

2013年，Hexcel公司再次腾飞，关键结构材料飞往火星：印度空间研究组织发射携带卫星轨道的航天器，它的目标是进入火星轨道，Hexcel公司的HexPly®高模量预浸料，HexWeb®蜂窝芯和Redux® 薄膜胶粘剂用在轻质复合材料结构中。


2014年9月，空客A320neo成功完成首飞，Hexcel的HexPly® 碳纤维预浸料和HexWeb®蜂窝等获得大量应用；同样在9月，Hexcel宣布扩大碳纤维生产能力的计划，在法国鲁西荣增加新的前驱体和碳纤维生产线。
2017年，Hexcel公司被选为空客H160直升机复合材料的供应商，同年Hexcel推出了两种新产品-HexPly®M77HF环氧预浸料和HexTow®IM5碳纤维。

2018年，Hexcel位于卡萨布兰卡新制造工厂的盛大开业，与Future Aerospace合作在中国上海开设复合材料测试实验室，同年在法国开设新工厂，以满足对高级复合材料不断增长的需求。


2019年，Hexcel完成对ARC Technologies的收购，并与阿科玛在法国LesAvenières开设联合研发实验室，位于上海的FAHCCT实验室正式开放，在产品上，公司Hexcel HexAM™增材制造产品通过商用飞机平台验证。

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Hexcel公司业务范围

目前Hexcel公司围绕纤维复合材料完整链条中开发关键技术，从PAN原丝、碳纤维、树脂、胶粘剂等原料研发，到蜂窝、层合板等结构设计，再到航空航天、风能与工业等领域应用技术，主要业务范围如下图所示。


围绕着纤维-树脂-复合材料-应用等完整链条，Hexcel在全球各地成立了卓越创新中心，而且每个中心分工明确（如下表所示），2019年Hexcel增材制造产品获得波音认证得益于Hexcel公司成立的增材制造技术研发中心。


Hexcel公司产品具有耐疲劳、耐腐蚀、质量轻、高强度、高刚度属性，产品如下图所示，主要包括碳纤维、增强材料、预浸料、蜂窝芯、树脂系统、粘合剂和复合材料构件，被用于各种终端应用，如商用和军用飞机、太空运载火箭和卫星、风力涡轮机叶片、汽车、自行车、滑雪板和各种其他工业领域。

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Hexcel公司的碳纤维制品

Hexcel公司的碳纤维以HexTow®命名，包括连续长纤维和短切碳纤维两种。根据Hexcel公司官网发布的数据，目前公司连续碳纤维主要涵盖了几乎所有的系列：标准模量型、高强中模型、超高强中模型、高模量型和新型高强高模型。

高强型系列有AS4、AS7；IM为高强中模型碳纤维，如IM2、IM6、IM7；超高强中模型代表为IM8、IM10（由于IM9性能与IM8相近，因此产品已经取消）；高模量碳纤维在HM63碳纤维。HM50为Hexcel新推出的新一代高强高模碳纤维，拉伸强度5860MPa、拉伸模量359GPa（Hexcel公司碳纤维性能如下图所示）。


Hexcel连续碳纤维可以提供未上浆产品，根据上浆剂产品不同又可以分为G、GP、H、R、GS等五款使用不同类型上浆剂的产品，而且用于预浸带加工时上浆率仅0.2-0.7%之间。


在航空航天领域，HexTow®已在上百种军用飞机和旋翼机中获得应用，如C-17，F/A-18E/F大黄蜂，F-22猛禽战斗机和欧洲台风战斗机，军用运输机Airbus A400M，F-35联合攻击战斗机也采用了Hexcel碳纤维。

在工业领域HexTow®碳纤维广泛用于多个领先品牌、高性能运动休闲设备，包括高性能自行车、网球拍、钓鱼杆、滑雪板、滑雪板、曲棍球、棒球、高尔夫球轴等。HexTow®碳纤维用于F1赛车、比赛帆船、高性能的汽车。在土木工程领域中，HexTow®用于混凝土加固和基础设施修复。

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小编有话谈

对于Hexcel而言，1996年6月收购Hercule后获取了关键的航空产品资格和重要的碳纤维生产能力，这是一场足以改变公司命运的操作，直接将Hexcel从濒临破产带到迅速恢复。一场明智的收购成就了Hexcel非凡命运。为何这么说？因为从近年来Hexcel公司发展可以看出，正式因为Hexcel具备了碳纤维生产能力和航空产品资格认证，然后加上多年积累的复合材料技术经验，才能形成从碳纤维-复合材料-应用的完整技术链条，并在航空航天领域形成了核心竞争力。

也正是因为Hexcel公司具备了碳纤维生产能力，并且加上持续不断的关键技术研发和创新，才能在与日本东丽公司竞争中抢到空客、波音以及几乎美国所有军机的订单。虽然日本东丽PAN基碳纤维的产能和产量位于全球首位，但其复合材料应用技术与拥有70多年经验的Hexcel相比，还是稍逊一筹。因此，日本东丽优势在于碳纤维制备技术，而Hexcel公司优势得益于数十年复合材料应用技术。但自从Hexcel具备碳纤维生产能力，并在关键技术上不断创新后，便对日本东丽形成了巨大威胁。

2010年Hexcel公司推出了全球首款航空用第三代超高强中模碳纤维IM10碳纤维，而东丽公司T1100G直到近两年才实现商品化；在新一代高强高模碳纤维产品开发上，2018年底日本东丽虽然推出了TORAYCA®M40X碳纤维拉伸强度5700MPa、拉伸模量377GPa，但只是小规模未形成商品化，2019年3月Hexcel公司则直接推出商品化的HM50型碳纤维拉伸强度5860MPa、拉伸模量359GPa；因此，正是具备了碳纤维可持续创新技术的优势，Hexcel公司才有能力和实力在PAN基碳纤维领域逐渐向日本东丽发起挑战。

总而言之，若要在碳纤维行业生存，持续不断的技术创新形成核心竞争力始终是最重要的，国内在高性能碳纤维领域长期处于跟踪模仿状态，目前国外推出了M40X，可以设想不远的将来或许会有M50X、M55X等产品出现，国内如何跟上节奏，又或者能否率先突破M50X、M55X关键技术？这就需要国内进一步加大在高性能碳纤维领域技术的原始创新！
文章来源：中科院碳纤维及其复合材料实验室