复合材料工业检测需要太赫兹

来源：中为咨询www.zwzyzx.com 【日期：2016-05-10 13:44:29】【打印】【关闭】

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复合材料具有质轻、比强度和比模量高、耐腐蚀等特点，它在航天、航空、太阳能、高温热处理、汽车医疗、运动器械等方面有着广泛的用途，成为近年来最受注目的新型材料。

图1:复合材料与其它材料对比

图 2:复合材料下游应用

世界碳纤维市场需求将由 2012 年的 4.1 万 t 左右发展到 2020 年的约 14 万 t，其中增长最快的是产业用途，预计 2020 年比 2012 年将增长 4 倍以上，即 11 万 t 以上。新一代飞机、大型风电叶片、土木建筑材料、高压容器、海洋工程和电子产业等是新市场的主力军，而 2015 年后汽车及轨道交通等将逐步成长为大型市场。其中风能行业的需求(按重量计)将由 2011 年的 10440 吨增加至 2020 年的 54270 吨，航空/国防领域的需求预计由 2011 年的 7694 吨增至 2020 年的18462 吨。

图 3:海洋中的风电装备

图4：全球复合材料需求量

2016 年 4 月 25 至 29 日在德国汉诺威工业博览会上，德国弗劳恩霍夫协会的研究人员展出一种非常紧凑、简单的传感器探头，其成本也因此变得更低，装臵操作也变得更加容易。他们设计的第一种传感器探头原型已经被用于在塑料管的生产线上检测管壁的厚度，此外，这种装臵还非常适用于分析用于飞机上的纤维复合材料涂层的检测， A-350XWB 最新民航客机中由 Hexcel 提供的用于一次结构材料的碳纤维预浸料已超过 50%。这种宽体双引擎发动机飞机，每架所采用的复合材料价值高达400 万美元。

图 5:复合材料在各代民用飞机中重量占比

图 6:THz 用于检测智能管材

随着复合材料在汽车、航空、航天以及能源等领域内的应用越来越广泛，人们迫切的需要一种可靠的检测方法，复合材料成本高昂，检测在生产过程非常重要。THz 波非常适合导电性不好的纤维复合材料，相比于传统的工业无损检测手段，具有明显优势：

 目前德国制造的太赫兹传感器已经用于检测复合管材，管壁太薄，塑料管就会变得非常不稳定；管壁太厚，无疑会浪费许多宝贵的原材料。现在塑料管生产线上一般都是采用超声检测体系。但超声检测通常需要用到水等耦合剂来起到超声传感器探头和塑料管材之间的耦合介质作用，接近 250℃的塑料管材必须通过水箱，才能完成检测。此外，超声检测技术并不能有效检测由不同材料层构成的所谓的智能管材。

 这种新型太赫兹传感器探头的另一个应用是验证纤维增强复合材料上的油漆以及涂料等。涡流检测技术对一些金属基材料进行检测，例如在汽车行业中对金属薄片进行检测，但是涡流检测技术并不适用于导电性不好的纤维复合材料。

表 1：THz 无损检测与其它检测技术对比

太赫兹开辟人体安检 2.0 时代

国内市场的安检设备主要包括 X 光机行李安检仪、金属安检门、手持式金属扫描仪、液体探测仪和炸药探测仪。目前安检程序采取人物分检，整个安检过程耗时长效率低、造成安检通道拥堵，给人带来不愉快的体验。从技术角度上来说，因为 X 光机只能用于行李检查，严禁用于人体安检，用于人体安检的设备只能对人身上藏匿的金属物品作出响应，对种类更多的非金属违禁品，如炸药、腐蚀性液体、陶瓷刀具等的探测则无能为力，所以目前的设备在对人体的安检上存在着很大漏洞。因此现有安检、安防设备手段已无法满足反恐维稳新需求，采用并推广能够高效、准确探测各类隐匿违禁品的新型安检安防设备已经势在必行。太赫兹成像安检不需要人脱除衣物，也不会和人发生物理接触，并且对金属和非金属物质，包括液体、胶体、粉末、塑料、陶瓷等都能够检测，同时对人体不构成伤害，成为未来安检最理想的技术手段。

国家公安部在今年召开的全国公安机关紧急会议上要求： “要在每列地铁列车、每辆公交车上推广安装安检安防新技术、新产品，提高识别违禁物品等基本技能，强化违禁物品查控措施”。国内大中城市的机场、火车站等都配备人体安检设备，市场规模可达数百亿元。我国首部强制性邮政行业标准《邮政业安全生产设备配臵规范》于 9 月 1 日起施行，业内人士表示，2016 年后所有快递企业必须按规定配备和使用 X光安检机。一方面安检机使用范围进一步扩大，人体安检设备被运用到地铁、汽车站、政府大楼、海关、监狱等其他场所，另一方面 THz 安检机替代已配备的 X光安检机。随着 THz 技术产业化条件的成熟，千亿级“人体安检 2.0”市场已被打开。

图 7:东盟安检使用 THz