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【行业研究】全球热塑性复合材料连续压缩成型(CCM)技术研究报告

   日期:2026-07-15 13:31:48     来源:网络整理    作者:本站编辑    评论:0    
【行业研究】全球热塑性复合材料连续压缩成型(CCM)技术研究报告

摘要

连续压缩成型(Continuous Compression Molding,CCM)是热塑性复合材料实现"连续化、高效率、低成本"批量化制造的代表性工艺之一。其核心特征是通过循环开合的喂料机构将纤维增强热塑性预浸料持续牵引通过加热—压缩—冷却一体化压机,实现近乎无休止(near-endless)的有机板材(organosheet)或连续型材制造。与传统间歇式模压及热固性工艺相比,CCM在纤维体积分数、孔隙率、尺寸公差、可回收性及生产节拍上具备显著优势,正成为汽车轻量化、航空航天结构件、轨道交通与新能源装备升级的关键使能技术。

本报告系统梳理了CCM的工艺原理、技术优势、全球设备供应格局(以德国Teubert、RUCKS、Dieffenbacher、奥地利Engel及美国ATC等为代表)、国内产业化进展(以陕西铜川首启、江苏韩塑新材、创轲智能装备、东华希烯埃姆等为代表),并结合Valeo、Profol、宝马、商飞、蔚来等典型案例,剖析了技术应用路径,最后对绿色低碳、高纤维体积分数、智能化与新兴应用场景等未来趋势作出研判。

关键词:连续压缩成型;热塑性复合材料;有机板材;轻量化;回收;碳纤维


第一章 技术概述与发展演进

1.1 CCM工艺的定义与基本原理

连续压缩成型(CCM)是一种将纤维增强热塑性预浸料在连续、自动化生产线上完成"加热—压缩固结—冷却定型"的成型工艺。根据德国Teubert Maschinenbau GmbH(位于布隆伯格Blumberg)的定义,CCM通过一套循环开合(cyclically opening and closing)的进料工作站,将预浸料"一次一英寸"地牵引通过压机工作站,实现近乎无休止的生产(almost endless production)。材料在通过压缩模具时,依次经过将聚合物加热至熔点、再以受控速率冷却以获得所需结晶度的多个温区,最终输出完全固结(fully consolidated)的层压板或连续型材。

CCM的工艺本质可概括为"线性化、全流程自动化":原料的计量、预热、压缩、冷却与在线检验全部沿输送方向顺序完成,在不间断的生产线上实现"一次成形、近零切割"的批量产出。这一特征使其区别于传统批次模压(batch compression molding)——后者以单模腔间歇生产为主,受模具尺寸与节拍限制明显。

根据Teubert的工艺划分,CCM可分为两类:

  • 单级压机(CCM Single Stage):
    主要用于板材及简化型材的初级生产,单级CCM可生产24—50英寸(约610—1270 mm)宽的层压板;
  • 双级压机(CCM Double Stage):
    用于生产具有连续、弯曲或变截面特征的LONG型材(如U、I、T、L等截面),也可生产板材。

1.2 工艺流程与关键环节

一套典型的CCM连续生产线包含以下关键工序,各环节均设独立温控与在线反馈:

(1)原料预备与计量。增强材料可为玻璃纤维、碳纤维、芳纶或天然纤维的织物、非织造布、无纬布(UD胶带)或混杂织物;基体以热塑性树脂的薄膜、粉末、颗粒或预浸形式供给。典型工艺采用"薄膜叠层(film stack)"——干态纤维织物与热塑性薄膜交替铺层,或使用预固结的UD胶带;对成本敏感的场景,亦采用"直接熔体注射(direct melt injection)"将熔融树脂注入纤维织物之间。

(2)预热与软化。依据树脂熔点设定温区:PP/PE类约190 °C,PA6/PA66约210—235 °C,PPS/PEEK等高温树脂可达300—420 °C,加热区最高温度在Teubert设备上可达420—500 °C。RUCKS公司的CCM系统加热—冷却压机温区可达451 °C以上,能够加工PEEK。加热方式以红外+传导组合为主,上下模板同步加热以保证热通量均匀。

(3)压缩固结(核心工序)。材料被循环牵引通过压机的两个可移动模腔,精密调节的层压板压力(laminate pressure)在Teubert设备上最高可达25 bar;大型产线则以合模力计量,如Teubert于2022年投运的首条1300 mm(50英寸)宽有机板材CCM线,其固结单元面积达1300×2100 mm,最大合模力820吨,生产速度150 m/h。压缩使树脂充分浸渍纤维、排出空气,实现低孔隙固结。

(4)冷却与定径。固结后的材料通过分段冷却区(水雾喷淋+风冷或接触式冷却板)以受控速率结晶定型,确保尺寸稳定与低残余应力。RUCKS系统的加热—冷却压机采用四缸同步液压系统,平面平行度可达±0.02 mm,并可在1200 mm长度上设置6个独立温控区,以形成沿制造方向的熔体前沿。

(5)在线切割、检验与包装。末端采用高速往复刀或激光切割将连续材料定长切断,辅以X射线/CT、超声等在线无损检测监控孔隙率,并以激光测厚实现质量闭环。Teubert的VisConATS控制系统通过实时数据采集与基于云的数据库,实现所有工艺参数100%可追溯。

1.3 材料体系与特性

CCM具备极宽的"材料适配窗口",可处理几乎所有商品化纤维与热塑性基体组合:

基体树脂
熔融温度区间
典型增强纤维
适用温区特点
PP(聚丙烯)
160—170 °C
玻纤、天然纤维
成本低、可回收,适于汽车内外饰
PA6/PA66(聚酰胺)
215—265 °C
连续碳纤、长玻纤
力学强度高,需控结晶
PPS(聚苯硫醚)
280—290 °C
碳纤、玻纤
耐高温、阻燃
PEI/PEEK/PEKK(高温特种工程塑料)
340—370 °C及以上
连续碳纤
航空级耐温,RUCKS/Teubert可加工

▲ 表:CCM材料体系

与热固性复合材料的根本差异在于可回收性。热塑性基体熔融—固化是可逆的物态转变,废料可粉碎—熔融—再挤出实现闭环回收,力学性能保持率可达85%以上;而热固性(环氧、不饱和聚酯)一旦交联固化即不可逆,回收困难。这使CCM制品在生命周期末端具备显著的低碳与循环经济价值。

CCM制品的典型质量水平经设备商公开宣称:孔隙率低于1%(well below 1%),尺寸公差极低,半成品可进一步通过热成型或机械加工制成最终构件。

1.4 与相近工艺的对比定位

工艺
连续性
典型产品
纤维形态
回收性
代表厂商
CCM连续压缩成型
连续
有机板材、长型材
连续/长纤维
Teubert、RUCKS、ATC
SMC模压(热固)
间歇
汽车外板、结构件
短切纤维
多家
LFT-D直接长纤维热塑
半连续
大型结构件
长纤维(>20 mm)
Dieffenbacher
拉挤Pultrusion
连续
恒截面型材
连续纤维
依基体
多家
organomelt在线覆注
间歇/节拍
功能集成结构件
有机板材/UD带
Engel

▲ 表:CCM与相近工艺对比

CCM的独特价值在于:既保留连续纤维的高性能,又实现连续化生产效率,且制品形态覆盖"板材+变截面型材"两大谱系,是连接"材料制备"与"构件成型"的关键中间环节。

1.5 工艺演进与产业化历程

CCM的思想源头可追溯至20世纪90年代热塑性有机板材(organosheet)的兴起——当时由TenCate、Bond-Laminates等推动的玻璃/碳纤维增强热塑性预浸料,主要用于航空航天与高端体育器材,但多以间歇式平板热压机生产,效率低、幅宽受限。

进入2010年代,汽车轻量化对"低成本、可回收、大批量热塑复材"的需求爆发,成为CCM工程化的核心推力。德国Teubert将"循环开合牵引+连续压固"思路设备化,确立了现代CCM工艺范式;同期,Dieffenbacher以Fiberforge(铺带)+Fibercon(辐射真空固结)+Compress Plus(模压)的组合路线,Engel以organomelt(在线覆注)路线,分别从"半连续固结"与"功能集成"角度切入同一目标市场。

2020年后,参与者明显增多:RUCKS在JEC World 2023推出六站式有机板材连续线;美国ATC将CCM专用于航空连续型材;设备幅宽从早期600 mm级提升至1300 mm(Teubert 50英寸线),并规划1500 mm(RUCKS),合模力从百吨级升至820吨级,温区从传统热塑型(<300 °C)扩展至可加工PEEK的450 °C以上。中国市场的历史性切入点是2021年铜川首启引进Teubert CCM,标志着该技术从"欧美自用"走向"全球扩散",也倒逼国内材料与装备企业加速追赶。

1.6—1.10 其他关键技术要点

CCM的固结质量本质上由树脂在压缩区的流动与浸渍决定。孔隙率控制的三大关键是:①温度足够高使树脂粘度低于浸渍阈值;②保压时间与压力足够使各熔体前沿完全汇合;③冷却速率受控以获得恰当结晶度。在碳中和与循环经济压力下,天然纤维(亚麻、剑麻、木质素基纤维)增强PP/PLA成为CCM的重要分支。CCM的质量门是"孔隙率<1%+低尺寸公差+在线NDT合格",常见缺陷包括孔隙率偏高、分层、纤维取向偏差、厚度不均、热降解等,对策指向多温区独立控制、自适应压力与在线闭环监测。


第二章 技术优势深度分析

2.1 连续化带来的效率跃升

传统热固性预浸料工艺生产周期常以分钟至数十分钟计,且需固化等待;CCM通过物料的连续牵引,将生产节拍压缩到分钟级。以铜川首启引进的Teubert CCM线为例,其生产节拍可缩短至3—5分钟,现场数据宣称生产效率为传统工艺的40倍,良品率高达99%,综合成本约为原工艺的一半。RUCKS系统理论速度可达200 mm/s,每分钟可产出最长1.7 m的层压板。这种高效率使热塑性复材从"实验室级"迈向"年产千吨级"的工业规模。

2.2 高纤维体积分数与低孔隙率

CCM通过精密可调的层压板压力(最高25 bar)与多区温控,使树脂充分浸渍并排出界面空气,孔隙率稳定低于1%。高纤维体积分数(V_f可达40%—50%以上)赋予制品接近金属的刚强度而密度仅为其五分之一左右。低孔隙率与低尺寸公差(RUCKS平面平行度±0.02 mm)保证了航空、汽车承力件所需的可靠性。

2.3 可回收与可持续优势

热塑性本质的可逆熔融特性,使CCM制品在报废后可经物理回收(粉碎—熔融—挤出)或化学回收(溶剂解/热解)重回材料循环。德国CARBIORE项目已实现回收碳纤维强度保持率92%、纤维长度可控于50—200 mm;ISO 20763:2019《热塑性复合材料回收规范》为认证与流通提供了依据;欧盟"循环经济行动计划"将热塑性纤维复合材料纳入关键原材料清单,并要求2030年前回收利用率达85%。对汽车业而言,欧盟ELV指令要求2025年材料回收率达95%,CCM类热塑构件可轻松达标。

2.4 设计自由度与功能集成

CCM可输出平板、变截面型材乃至复杂曲面有机板材,为后续热成型、模内覆注(如Engel organomelt)提供高自由度半制品。有机板材可在同一构件的差异化区域布置不同厚度/取向的铺层,实现"按载荷分布定制刚度"。这种"材料—结构—功能"一体化设计潜力,是金属与热固性工艺难以比拟的。

2.5 质量一致性与数字化可追溯

CCM全线的PLC+MES控制、在线测厚与无损检测,使批间波动极小。Teubert的VisConATS、创轲的Tronxt-MES等系统将工艺参数云端化、可追溯化,为汽车与航空OEM的供应链质量审核提供数据底座。

2.6 成本结构与生命周期评价(LCA)

CCM的经济性需从"单位成本"与"生命周期成本"两个维度评估。在制造成本端,其优势来自:①连续化使人工与设备空转成本大幅下降;②净形/近净形生产使废料率低于1%;③热塑性可在线回收边角料。在设备投资端,热塑性预浸与连续固结主机价格通常为热固性设备的3—5倍,初始capex高,是中小企业进入的主要门槛。从生命周期看,CCM热塑构件的可回收性带来显著隐性收益,尤其在高碳价与碳关税(如欧盟CBAM)背景下,其低碳属性将转化为直接竞争力。

2.7 局限与应对

CCM并非万能,其主要局限包括:①宽幅大线投资巨大、技术封锁严密;②高于400 °C的PEEK/PEKK加工对加热均匀性、模具寿命要求极高;③复杂三维构件仍需后续热成型/覆注;④高纤维体积分数(>50%)下的浸渍均匀性仍是工艺难点。应对策略指向模块化装备、自适应压力控制、数字孪生工艺预演与回收料适配工艺。

2.9 与金属材料、热固性复材的全生命周期对比

维度
钢/铝
热固性SMC
CCM热塑复材
重量
基准
轻10%—20%
轻30%—60%
可回收性
易(金属回炉)
难(交联不可逆)
易(熔融再加工)
生产周期
金属快
中(需固化)
快(连续化)
成本
中(规模后下降)
耐温性
依树脂(PP低、PEEK高)
碳足迹

▲ 表:CCM热塑复材与金属、热固性SMC全生命周期对比

可见CCM热塑复材在"轻量+可回收+低碳"三角上胜出,金属在成本与耐温占优,热固性则介于其间但回收性最差。选型应按部件的性能优先级权衡,而非一概而论"以塑代钢"。


第三章 国际设备供应链与厂商格局

全球CCM及连续热塑性复材装备的供应高度集中于欧洲(德国、奥地利为主),美国有专业化航空型材供应商,整体呈现"欧洲主导、技术壁垒高、市场集中"的特征。

3.1 Teubert(德国)——CCM技术开创者

Teubert Maschinenbau GmbH(德国布隆伯格)是CCM工艺的命名者与核心设备商,据其自述已持续开发复合材料机器15年以上。其CCM系统可处理航空航天、汽车、建筑、铁路等行业的纤维(玻/碳/芳纶/天然)与热塑性基体(PP、PPS、PEKK、PEEK、PA等)组合。

关键技术亮点:自适应固结单元可在生产中对生产工具进行三维变形,在线测量并调节压力分布;VisConATS智能控制实现实时数据采集、云端100%可追溯;层压板压力最高25 bar,加热区温度最高420—500 °C;2022年投运的1300 mm宽有机板材线,固结单元1300×2100 mm、最大合模力820吨、速度150 m/h。

Teubert在中国市场的标志性落地是陕西铜川首启项目,其也是全球范围内极少数能提供成熟CCM整机系统的厂商。

3.2 RUCKS(德国)——有机板材连续产线专家

RUCKS Maschinenbau GmbH在JEC World 2023推出了新一代CCM有机板材连续生产线,系统主要由六站构成:开卷站、进料台、预压机(约100 °C、3 kN预压)、加热—冷却压机(2000 kN、四缸同步液压)、激光测厚站(四点测量、平面平行度±0.02 mm)、切割站。其加热板可倾斜布置,并在1200 mm长度上设6个热隔离温区(最高451 °C),能加工PEEK。最新一套系统在日本组装,生产宽度1.3 m,并已规划1.5 m宽方案。

3.3 ATC(美国)——航空连续型材CCM

Advanced Thermoplastic Composites(ATC,美国Post Falls工厂)专注航空航天用热塑性复材,其CCM包含平层压板线与四轴型材CCM机:平层压板线由筒子架供料堆铺;型材机则采用双向液压执行器向四件式模具施压,输出C、T、H、J、U等复杂截面,用于各类航空零件。

3.4 Dieffenbacher(德国)——D-LFT与有机板材组合工艺

Dieffenbacher(德国埃平根)虽不以"CCM"命名其核心设备,却是连续/半连续热塑性复材量产系统的全球主力供应商,技术组合包括:Fiberforge RELAY自动铺带机(ATL);Fibercon辐射诱导真空固结设备;Compress Plus压机系列(如3600吨DCP-G);D-LFT一步法在线混炼—浸渍—模压。Dieffenbacher的方案体现了"胶带铺设+快速固结+模压"的连续化思路。

3.5 Engel(奥地利)——organomelt在线覆注

Engel(奥地利)的organomelt工艺将热塑性预浸料在红外炉中加热,由机器人放入注塑模,在同一工序内完成热成型与功能化覆注(如加强筋、装配凸台)。该工艺已在戴姆勒前端载体等量产中验证,周期可低于2分钟。organomelt的"纯热塑性单材质"路线,使构件在生命周期末端可整体回收,是航空业"以热塑替热固"的重要推手。

3.6 其他重要参与者

  • Profol(德国):
    Progano®有机板材,玻纤+PP的0°/90° UD多层结构,玻纤含量60%—80%,宽幅1200 mm(规划2500 mm),较铝轻35%、较钢轻75%,强度较铝高50%;
  • Bond-Laminates(德国,朗盛体系):
    Tepex dynalite有机板材(PP基体+玻纤),被广泛用于Engel organomelt覆注;
  • COMI、Cannon Ergos(意大利):
    提供热塑复材模压与电动汽车电池壳覆盖件方案;
  • KraussMaffei(德国):
    在热塑复材领域以powerPrint大型3D打印、注塑—覆注组合等见长。

3.7 供应格局小结

全球CCM级连续热塑复材装备呈"高壁垒、少玩家、强绑定"格局:Teubert是CCM命名与整机标杆,RUCKS、ATC在有机板材/航空型材上形成补充,Dieffenbacher、Engel以组合工艺与覆注路线覆盖汽车与航空大批量场景。设备价格高(热塑性预浸设备通常为热固性设备的3—5倍)、技术封锁严密,是中国企业引进与国产化替代的主要难点。

3.11 主要设备商关键参数对照

设备商
国别
代表工艺/产品
典型幅宽
温区上限
核心特色
Teubert
德国
CCM板材/型材
610—1270 mm(50")
420—500 °C
自适应固结单元、VisConATS云追溯
RUCKS
德国
有机板材六站线
1300 mm(规划1500 mm)
>451 °C
6温区独立控制、±0.02 mm
ATC
美国
航空连续型材CCM
依截面而定
高温
四轴型材机,C/T/H/J/U截面
Dieffenbacher
德国
Fiberforge/Fibercon/D-LFT
依产线
中高温
铺带+辐射真空固结+模压组合
Engel
奥地利
organomelt在线覆注
依模具
IR炉加热
单步热成型+功能化覆注
创轲(中)
中国
CFRTP模压/HP-RTM专机
依产品
450 °C炉
智能产线+Tronxt-MES
东华希烯埃姆(中)
中国
预浸/层压连续线
300—1000 mm
高温
全系列热塑预浸装备

▲ 表:主要设备商关键参数对照


第四章 国内产业布局与研发现状

中国热塑性复材连续化装备长期面临"设备、原料、技术"三重封锁。近年来,以引进消化、材料突破与装备自研三条路径并进,国内已形成若干标志性力量。

4.1 陕西铜川首启——国内CCM落地标杆

陕西铜川首启复合材料有限公司成立于2020年2月17日,由铜川市开发投资公司联合陕西四方联合轨道交通设备有限公司推动设立,是国有高科技控股企业。其核心依托陕西四方联合的专有"连续热塑成型矩阵技术",自德国Teubert定制引进CCM设备。

关键里程碑:2020年12月21日,首启公司与德国Teubert签订两条CCM设备采购合同;2021年9月16日,国内首台套碳纤维连续热塑成型设备(CCM)运抵铜川,铜川由此成为国际市场中第五个拥有该设备的地区。项目一期总投资约3.78亿元,建设2条热塑性碳纤维复材生产线及1条试验线,可年产热塑性碳纤维复材2100吨,规划年销售收入17亿元。第二条CCM线可实现1.25 m宽、1—30 mm厚均质板材生产。CCM设备生产节拍3—5分钟,效率为传统工艺40倍,良品率99%,成本约减半。

4.2 江苏韩塑新材——热塑性预浸料材料龙头

江苏韩塑新材料股份有限公司成立于2013年4月,位于江苏盐城,是以高性能非金属复材为主体、集研发生产销售一体的高科技企业。主要产品为热塑性碳纤维预浸料及改性工程塑料,共200余种,年产量约3万吨。核心技术为高性能热塑性碳纤维单向及织物预浸料,树脂体系覆盖PI、PEEK、PEKK、PEI、PPS、PES、PPA、PA、PC、PP、PE等,幅宽实现300/600/1000 mm。2024年报道显示,其42台(套)核心设备全部投产,产线自动化率稳定约80%,生产效率较传统模式提升60%。

4.3 创轲智能装备——复材智能装备"隐形冠军"

创轲智能装备科技(太仓)有限公司专注碳纤维复材智能装备,以"硬件+软件+数据"将传统手工铺层升级为连续自动化成型。产品矩阵包括HP-RTM全自动预成型机、CFRTP模压成型专机、湿法模压专机、预浸料模压专机等。自动化产线单线节拍≤3分钟,精度±0.1 mm;宣称节拍缩短60%、废品率降至2%以内。拥有约25项专利、18项软件著作权、Tronxt-MES制造信息化系统。2025年完成由太仓国发文鑫独家投资的数千万元首轮融资。

4.4 东华希烯埃姆(DOH CCM)——连续预浸与层压装备商

东华希烯埃姆(苏州)装备技术有限公司成立于2022年5月30日,位于苏州太仓,是一家拥有自主知识产权的高端复材装备制造商。产品系列包括热塑&湿法/干法连续性碳纤维增强单向/织物预浸料生产线、高温/低温碳纤维增强板材生产线等。可提供PI、PEEK、PEKK、PAEK、PEI、PPS、PES、PPA、PA、PC、PP、PE等热塑性碳纤维预浸料生产线全系列设备,并实现300/600/1000 mm幅宽连续生产。

4.6 国产化阶段评估

综合判断,中国CCM及连续热塑复材产业处于"单点突破、链条补位、整体追赶"阶段:

  • 整机(CCM连续压缩主机):
    铜川首启通过引进Teubert实现"从0到1",但核心主机仍依赖进口;
  • 材料与预浸装备:
    韩塑、东华希烯埃姆在宽幅预浸与层压装备上已达国际前列;
  • 成型智能装备:
    创轲在CFRTP模压、HP-RTM等专机上形成国产替代能力;
  • 短板:
    高温(PEEK/PEKK级>400 °C)大宽幅连续固结主机、在线压力分布自适应控制、专用高温模具与密封材料仍依赖海外。

4.9 国内代表性企业定位对照

企业
产业链角色
核心产品
当前阶段
陕西铜川首启
应用牵引
CCM板材/型材(引进Teubert)
国内落地标杆
江苏韩塑新材
材料
热塑性碳纤维预浸料/板材
国际前列
创轲智能装备
装备
CFRTP模压/HP-RTM智能专机
国产替代中
东华希烯埃姆
装备
预浸/层压连续生产线
国产替代中

▲ 表:国内代表性企业定位对照


第五章 典型应用案例

5.1 汽车轻量化

  • Valeo有机板材横梁:
    全球首个实现量产的热塑性复材结构件,自2018年量产,减重约30%;48V电池托架有机板材壳自2020年量产,较金属方案减重40%;具备30万件/年的量产能力。
  • Profol Progano®:
    玻纤+PP有机板材用于车门板、保险杠梁、电池箱、座椅背等,较铝轻35%、较钢轻75%,强度较铝高50%。
  • Engel organomelt前端载体:
    为戴姆勒量产的完全自动化前端载体,美国田纳西产线周期低于2分钟。
  • 宝马i3:
    虽以热固性CFRP乘客舱著称,但其工艺迭代(节拍从120分钟压缩至8分钟)印证了复材汽车化的效率方向;"热塑性电池箱体"方向可实现与金属等效碰撞安全且减重58%。

5.2 航空航天

  • ATC(美国):
    以CCM平层压板线与四轴型材机,为航空生产C、T、H、J、U等复杂截面连续型材。
  • Ensinger/Engel检查口盖:
    采用TECATEC(碳纤维+PEEK)有机板材,经Engel organomelt在同一工序热成型并覆注PEEK紧固件,较金属减重最高60%,且纯热塑可整体回收。
  • 低空经济(eVTOL/AAM):
    复合材料电池壳成为重点。西班牙Bold Valuable Technology的BOLDair航空电池系统重仅52 kg、比能量285 Wh/kg,采用压缩成型双蒙皮CFRP单体壳电池壳。

5.3 轨道交通与风电

铜川首启依托陕西四方联合的轨道交通技术背景,其CCM型材可直接服务高铁、城轨车体结构件;CCM宽幅板材(第二条线1.25 m宽、1—30 mm厚)被明确指向风电领域,其可回收特性契合风电叶片"退役回收"痛点。

5.9 行业渗透成熟度矩阵

成熟度
典型场景
特征
已规模量产
汽车电池壳/横梁(Valeo、Profol)、前端载体(Engel/Daimler)
工艺与供应链成熟,是国产替代首选战场
快速成长
航空连续型材与检查口盖(ATC、Ensinger/Engel)、eVTOL电池壳
认证周期长但附加值高
培育中
轨道交通车体结构件、风电次承力结构、建筑模板
需求真实但标准与批量尚在形成
早期探索
半导体载具、高端医疗植入级构件
对材料纯净度与生物相容要求极高

▲ 表:CCM应用行业渗透成熟度矩阵


第六章 创新技术与专利布局

6.1 核心工艺改进方向

  • 压力分布自适应:
    Teubert的Adaptive Consolidation Unit通过生产工具三维在线变形,实时测量并调节压力分布;
  • 模块化加热与余热回收:
    RUCKS的多温区独立控制(6区/1200 mm)、倾斜加热板布置,配合红外+感应复合加热,提升能效;
  • 在线质量监测:
    激光测厚、X射线/CT、超声等构成质量闭环;
  • 材料工艺协同:
    天然纤维体系需控制预热温度(180—195 °C)并施加硅烷表面改性以降低孔隙;高温树脂(PEEK/PEKK)需匹配>400 °C温区与耐温模具。

6.2 数字孪生与人工智能

CCM的高度自动化为数字化提供了天然底座:采用Navier—Stokes非牛顿流体模型描述熔融树脂在压缩区流动,结合二维热场与结构收缩模型预测温度梯度与残余应力;数字孪生预演在虚拟环境中预演压力波形与冷却曲线,缩短工艺开发周期;创轲Tronxt-MES规划集成AI缺陷实时预测模块,将无损检测数据用于在线工艺自校正。

6.5 回收技术路线详解

热塑性本质的可逆熔融,使CCM制品的回收成为相对热固性"降维打击"的优势。当前形成两大技术路线:

  • 物理回收:
    粉碎—熔融—挤出工艺,性能保持率>85%。荷兰Thermoplast复合材料公司实证显示,再生热塑复材(TPFC)用于汽车内饰件,较原生材料成本降40%、碳排放减72%;
  • 化学回收:
    溶剂解或热解实现纤维—基体分离。德国CARBIORE项目使回收碳纤维强度保持率达92%、纤维长度可控于50—200 mm;
  • 标准与政策:
    ISO 20763:2019《热塑性复合材料回收规范》提供认证依据;欧盟"循环经济行动计划"将TPFC纳入关键原材料清单,要求2030年前回收利用率达85%。

第七章 未来趋势研判

7.1 绿色低碳与循环经济成为主引擎

在"以塑代钢"与碳中和双重驱动下,热塑性复材的100%可回收属性将从"加分项"变为"必选项"。物理回收(性能保持>85%)与化学回收(CARBIORE回收碳纤维强度保持92%)技术成熟,叠加欧盟ELV(2025年回收率95%)、循环经济行动计划等政策,CCM制品在汽车、航空的渗透率将随法规强制而加速。全球再生碳纤维热塑复材市场2025年规模已突破12.8亿美元、增速约34.6%。

7.2 高纤维体积分数与高温树脂拓展性能边界

当前CCM主流V_f约40%—50%,未来将向>50%及PEEK/PEKK级(>400 °C)高温树脂拓展,以服务航空发动机周边、eVTOL电池壳、半导体等极端工况。Teubert、RUCKS已具备PEEK加工能力,国内韩塑、东华希烯埃姆在高温预浸装备上的布局与之呼应。

7.3 智能化与柔性制造

数字孪生、AI缺陷预测、自适应压力控制将使CCM从"参数固化产线"走向"自感知自调节产线"。柔性超级工厂(如创轲规划的2万㎡工厂、50→200台/年产能)与MES云端化,将支撑多品种小批量(军工/航空)与大批量的共存。

7.4 新兴应用场景爆发

  • 新能源汽车:
    电池包上盖/托盘、前端载体、保险杠梁是近期最大增量,Organosheet全球市场2024年6.52亿美元、2030年预计12亿美元(CAGR 10.7%);
  • 低空经济:
    eVTOL/无人机对轻量、耐热、可回收电池壳与结构件需求,为CCM有机板材打开新蓝海;
  • 风电与轨道交通:
    大宽幅板材在叶片次结构与车体上的应用持续渗透。

7.7 技术路线图(2025—2035)

阶段
时间窗
关键技术目标
产业标志
追赶期
2025—2028
宽幅预浸与层压装备成熟;CFRTP模压专机国产替代;回收料适配工艺突破
韩塑/东华希烯埃姆预浸装备全球领先;创轲产能50→200台/年
并跑期
2029—2032
自主CCM主机工程样机;>400 °C温区与自适应压力控制;数字孪生工艺库建成
国产CCM主机下线;航空/低空经济批量应用
领跑期
2033—2035
高V_f(>50%)与生物基体系规模应用;闭环回收网络成型;柔性超级工厂普及
形成"主机—材料—软件—标准"完整自主产业链

▲ 表:CCM技术路线图(2025—2035)

7.10 技术成熟度(TRL)评估

环节
代表主体
TRL
说明
CCM主机
Teubert
9
已量产,全球少数
有机板材
Profol / Valeo
9
汽车量产成熟
organomelt覆注
Engel
9(汽车)/7—8(航空)
航空仍在认证爬坡
国产CFRTP模压
创轲
8—9
多产线落地
国产预浸/层压
韩塑/东华希烯埃姆
8—9
国际前列
国产CCM主机
4—6
工程样机前,攻坚中
回收料CCM
产学研
6—7
示范向规模过渡

▲ 表:CCM产业链技术成熟度(TRL)评估


第八章 结论与建议

主要结论:

1. CCM是热塑性复材连续化、低成本、批量化制造的关键工艺,在纤维体积分数、孔隙率(<1%)、尺寸公差、可回收性与节拍上显著优于传统热固性与间歇工艺;

2. 全球供应由德国Teubert(CCM命名者)、RUCKS、Dieffenbacher与奥地利Engel主导,技术壁垒高、市场集中;

3. 国内以铜川首启引进Teubert实现CCM"从0到1",韩塑、东华希烯埃姆在材料/预浸装备达国际前列,创轲在成型智能装备形成国产替代,整体处于"单点突破、链条补位、整体追赶"阶段;

4. 应用已在汽车(Valeo横梁/电池壳、Profol、Engel前端载体)、航空(ATC型材、Ensinger/Engel口盖、eVTOL电池壳)、轨交、风电、3C等领域验证,Organosheet市场未来六年CAGR超10%;

5. 绿色低碳、高V_f与高温树脂、智能化、低空经济将驱动下一轮增长。

对策建议:

对装备企业:优先攻克>400 °C大宽幅连续固结主机与自适应压力控制,补齐高温模具与密封材料短板;

对材料企业:扩大宽幅预浸与回收料适配能力,参与有机板材标准制定;

对应用企业:以汽车电池壳、轨交型材、风电板材为切入,建立CCM构件数据库与认证体系;

对行业组织(协会):牵头CCM术语/工艺/回收标准研讨,搭建培训与供需对接平台,助力国产替代与产业链协同;

对数据使用:对外发布具体设备台数、专利号前,务必以官方/专利库复核,杜绝以未核实数字造成行业误导。


第九章 主要数据来源

  1. Teubert Maschinenbau GmbH官网及CAMX 2021/2022/2023展前发布(CCM工艺参数、VisConATS、Adaptive Consolidation Unit、1300 mm线规格)
  2. 陕西省工信厅、铜川市政府/党办公开报道(首启复材CCM引进、投资与产能数据,2020—2022)
  3. RUCKS Maschinenbau GmbH / JEC Composites 2023(六站CCM有机板材线、STFI落户)
  4. CompositesWorld:ATC航空CCM型材、复合材料电池壳创新综述(2024)
  5. Engel官网及Plastics Technology / K 2019报道(organomelt工艺、Brose车门、飞机检查口盖)
  6. Dieffenbacher官网及SMiLE项目报道(Fiberforge/Fibercon/Compress Plus、D-LFT)
  7. Valeo官网Organosheet专题(横梁、48V电池壳量产数据与减重比例)
  8. Profol Progano®有机板材产品资料(玻纤+PP板材性能)
  9. 江苏韩塑新材料股份官网及行业媒体(预浸料产品、产能与自动化数据,2023—2024)
  10. 创轲智能装备(太仓)公开工商/融资信息、百度百科及创投媒体报道(产品矩阵、专利、融资与产能规划,2024—2025)
  11. 东华希烯埃姆(苏州)装备技术有限公司官网(产品系列与幅宽)
  12. Research and Markets:Global Organosheet Market 2024—2030(市场规模与CAGR)
  13. 行业协会专报与循环经济研究文献(ISO 20763:2019、欧盟循环经济行动计划、CARBIORE、再生碳纤维热塑复材市场,2025—2026)

(本报告数据均来自公开渠道,具体对外引用时建议使用者就其中的细节做二次核对)

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