メリットの享受：複合材料の使用は農業機械で増加します

これは、ほとんどの人が複合材料の成長市場と考える最初の輸送セグメントではありませんが、おそらく農業機械はそうあるべきであり、やがてそうなるでしょう。結局のところ、地球全体で人口が増加するにつれて、私たちを養うために植物や家畜を育てるには、より多くの資源が必要になるでしょう。 1世紀にわたる恐ろしい戦争といくつかの重大な国際的疫病にもかかわらず、20世紀の間に人口はなんとか400パーセント増加しました。今日の世界人口は76億人であり、国連（ニューヨーク、ニューヨーク、米国）は、2030年までにさらに10億人、さらに2050年までにさらに10億人が追加され、2100年までに世界人口は112億人になると予測しています。農業が成長するにつれて、機器市場も成長します。

現在、農業機械業界は地理的に細分化されており、業界最大の生産量で構築されているグローバルOEMはごくわずかです。これらは一般に、大型トラック業界よりもまだ少ない量です。ただし、アメリカ大陸での区画整理、多くの地域でのディーゼル車の燃料効率と排出基準の強化、軽量化の複雑な問題、マーケティングツールとしての設計の差別化の使用への関心の高まりなど、さまざまなトレンドがあります。後方統合された機械のOEMがまだ金属にある方法の変化により、より多くの材料とプロセスを使用して、ますます多くのコンポーネントが複合材料に変換されるようになりました。これらのトレンドが勢いを増すにつれて、農業機械が複合材料の主要な市場になる可能性がある時期を想像するのは難しくありません。

交通機関—ただし異なる

農業機械市場について最初に理解することの1つは、それがどれほど大きいが断片化されているか、そしてそれが各地域で生産および使用される機器の種類にどのように影響するかです。

「地域性はこの市場の興味深い要素です」と、LyondellBasell Engineered Composites（ヒューストン、テキサス、米国）のグローバルキーアカウントマネージャー/農業市場マネージャーであるDeavronFarmerは説明します。 「過去50年間の統合のおかげで、南北アメリカ（特に米国、カナダ、アルゼンチン、ブラジル）の最大の農場は、数十万エーカーとまではいかなくても数万エーカーの規模になる傾向があり、多くの場合、隣接する畑があります。 。これらの畑の大きさと単作[広大な面積の下に単一の作物を植える]の傾向を考えると、農民がますます広大な土地に効率的にサービスを提供できるように、設備はより大きく、よりモジュール化されています。」彼は、農場が小さく、設備が適切なサイズに保たれているヨーロッパでは、必ずしもそうとは限らないと付け加えています。

一方、発展途上国では、他のドライバーが活躍しています。 「どこでも問題となるコストは、トラクターなどの機器が町への家族の移動手段としても機能する可能性がある開発途上地域では特に敏感な問題です」とファーマー氏は付け加えます。 「そこの農家は古いスタイルの機器を使用するかもしれませんが、変化は急速に拡大しているため、発展途上国の農家は、家電製品で起こったように、他の地域で進化するのに数十年かかった機器の世代全体を飛躍させる可能性があります。」農業機械市場が地理的に細分化されていることを考えると、John Deere（Deere＆Co。、Moline、IL、US）、Case New Holland（CNH Global NV、Amsterdam、Netherlands）、AGCO（AGCO）などのグローバルOEMの機会は少なくなっています。 Corp.、Duluth、GA、US）は、他の輸送セグメントで行われているように、部品の共有とコストの削減を可能にする世界モデルを作成します。つまり、グローバルな購買契約はあまり一般的ではないため、製造業者、成形業者、および材料サプライヤーは、販売を希望する各地域で資格を得る必要があります。

この市場のもう1つの違いは、農機具は長寿命になるように設計されていることです。最近の自動車メーカーは、10年の使用寿命を目標としています。商用トラックメーカーは、厳しいサービス車両で482,803キロメートル、長距離トラックで190万キロメートルのテストと保証を行っています。後者の目標は、わずか5年で達成できますが、ダンプトラック、コンクリートミキサーなどは、数十年。

ただし、北米でも、40年、50年、または60年前の農機具がまだ使用されていることはわかりません。中古機器市場は非常に活発であり、その結果、農機具は長期間動作するように設計されています。これは、ほとんどの農機具が、稼働中に石、砂利、ほこりの衝突にさらされている間、常に熱、寒さ、風、湿気、紫外線にさらされて、一生を屋外で過ごすという事実によって複雑になっています。このような機器に使用される材料は、耐食性と耐へこみ性があり、優れた耐候性を備えているだけでなく、化学的および熱的安定性も備えている必要があります。

これらの機械は、炭化水素燃料や潤滑油から肥料や農薬に至るまで、日常的にあらゆるものにさらされています。これらの多くは、塩素化されているか、脂質ベースに分散しています。また、自動車やトラックと同様に、新しいテールパイプ排出規制により、エンジンルーム周辺の熱が増加しています。それに加えて、農民がトラクターの運転台に長い日を費やしているという事実は、騒音、振動、ハーシュネス（NVH）を減らし、オペレーターの快適さを高めるための需要を高めています。全体として、これはどのグループの資料にとっても難しい注文です。

ただし、生産量が少ないと、複合材料のコスト効率が従来の材料よりも低くなる可能性があります。年間35万台の自動車のような量で生産できる小型の乗用芝刈り機を除いて、ほとんどの機器は年間数百から数万のオーダーで生産されています。これは、新しい機械セグメントで利用できるカスタマイズオプションが多数あることと、最新の機器の一部がより大きなサイズで設計されており、コストと複雑さを増す新機能を備えていることが理由の1つです。機器の種類やモデルによっては、新しい車や新しい家を購入するのと同じくらい高額になる可能性があります。実際、農業に参入して滞在するために必要な多額の設備投資は、新しい農家が業界に参入することを妨げる最大の障壁の1つになっています。

さらに、複合材料が従来の材料よりも提供する軽量化は利点となる可能性がありますが、農業機械の軽量化は複雑な問題です。一方では、車両の重量が大きいと土壌の締固めにつながる可能性があり、それが植物の成長を妨げます。水や化学薬品を畑に散布するために使用されるスプレーヤーブームアームなどの特定の用途では、軽量化が真のメリットです。ますます大きくなるフィールドに効率的にサービスを提供するために、ブームアームはますます長くなり、フィールドをカバーするために必要なパスの数を減らしています。ただし、これは、車両の両側で15メートルを超える可能性があるこのような長いスパンでアームがたるまないようにするために、より大きな支持構造が必要になることを意味します。アルミニウムから複合材に切り替えることで重量を減らす努力は、OEMと農家に真の利益をもたらすことができます。

一方、軽量化は必ずしも有益であるとは限りません。特に、車両の安定性に影響を与える場合はそうです。たとえば、フロントヘビーコンバインは、運転中に後輪を地面に固定するために、車両の後部に重量が必要です。したがって、配布 安全性と効率を確保するためには、重量が重要です。これらすべての要因は、農業機械に関しては重量が複雑であることを意味し、その軽量化は、トラック、バス、乗用車のような話題にはなりません。

多くの材料、多くのプロセス

乗用芝刈り機やコンパクトユーティリティトラクター（CUT）からベーラーやコンバインまで、農業機械に見られるサイズと生産量の範囲を考えると、このセグメントでは主に熱硬化性複合部品を製造するためにさまざまなオープンおよびクローズドモールドプロセスが使用されます、ただし、強化熱可塑性樹脂は特定の用途で普及し始めています。驚いたことに、農業機械で使用されている最新の材料の1つは、スプレーヤーブームアーム用の航空宇宙グレードのオートクレーブ硬化炭素繊維強化エポキシプリプレグです。アルミニウムまたは鋼では、これらのアームは非常に多くの支持構造を必要とするため、それらの長さには実際的な制限があります。しかし、高性能で軽量の炭素繊維複合材料に変換することにより、支持構造を削減または排除できるだけでなく、ブームを長くすることができます。 3D印刷もこの分野で定着しており、主に工具や組み立て器具用ですが、生産車両で一部の部品を製造するためにも使用されています。

外観のフィット感と仕上げ、および部品の一貫性が、製品の差別化と視覚的なブランディングの両方においてOEMと顧客にとってより重要になるにつれて、機器メーカーは、設計の自由、部品の統合、および高美学。色は、ペイント、ゲルコート、着色ポリマーを介したこのセグメントでのビジュアルブランディングのもう1つのよく使用される側面です。実際、一部のOEMは、同じボディパネルにさまざまなペイントテクスチャ（たとえば、軽い点刻と光沢）を組み合わせて、快適な外観を実現しながら、摩耗領域の擦り傷を隠しています。供給拠点で進行中の作業は、塗料とコーティングの耐久性を拡張し、両方の技術を排除して、UV安定性の高いフィルムとカラー成形（MIC）材料を優先する方法を模索しています。

グリーン化agコンポジット

燃料効率の改善からリサイクルおよび植物由来のポリマーの使用までの持続可能性は、他の輸送部門と同様に農業においても重要であり、望ましいものです。興味深いことに、バイオベースのモノマーは、自動車よりもはるかに簡単に販売できることがわかりました。 「それは、農業コミュニティのお客様にとって理にかなっています」と、ジョンディアの材料工学および技術マネージャーであり、PLASTICS Industry Association（ワシントン、DC、我ら）。 「彼らは私たちの機器を使ってトウモロコシや大豆を栽培し、次にそれらの商品を使ってポリマーを作り、同じ顧客のために私たちが生産する新しい機器のコンポーネントに成形します。」

現在、熱硬化性農業用複合材料で使用される最も一般的な植物製品には、シート成形コンパウンド（SMC）およびバルク成形コンパウンド（BMC）用の不飽和ポリエステル樹脂に入る大豆およびトウモロコシが含まれます。 2000年頃、Ashland LLC（米国オハイオ州コロンバス）は、Envirez 1807バイオベースの不飽和ポリエステル（UP）樹脂を配合業者に導入し、配合業者はそれをSMCに変換し、農業機械市場に参入する部品の成形業者に販売しました。主に大型のコンバインサイドウォールパネルで使用します。同社によれば、Envirezは、トウモロコシまたは大豆からの穀物由来のモノマーのかなりの部分（18パーセント）を含む最初の市販のUP樹脂でした。ポリマーは無触媒で供給され、SMCの低硬化温度で均一な増粘応答、優れた塗装性、および優れた表面特性を提供すると言われています。また、石油原料に由来するポリマーよりも価格変動が起こりにくいです。

塗料のコストと環境負荷を排除するもう1つのグリーンSMC製品は、ピックアップボックスの目に見える表面に最初に使用された耐候性の構造用UP樹脂です 現在、John Deere 8000トラクターの後処理ディーゼル（ATD）パネルに搭載されています。 Arotran 805は、Ashlandと添加剤サプライヤーのChromaflo Technologies LLC（Ashtabula、Ohio、US）が共同開発した、UV安定性のあるカラー成形（MIC）ブラックグレードで、Ashley Industrial Molding（Ashley、IN）によって圧縮成形されています。 、 我ら）。 SMCに配合し、ATDパネルなどのアプリケーションで使用すると、美観を長期間維持するのに役立ち、トラクターのより高い再販価値をサポートするのに役立ちます。

LyondellBasell Engineered Compositesによる2018CAMXショーでは、農業機械、建築/建設、電気/電子機器市場を対象とした新世代のSMCが紹介されました。 「業界として、熱硬化性複合材料には使用済みリサイクルに関して制限があることを私たちは知っています」と、LyondellBasell EngineeredCompositesの米国地域の技術ディレクターであるMikeGruskiewiczは説明します。 「私たちはリサイクルに取り組んでいるので、SMCの製造に再生可能でリサイクルされたコンテンツを組み込むことには多くの利点があり、ライフサイクルのフロントエンドでのサーキュラーエコノミーに貢献しています。グリーンソリューションを探し始めたとき、石油ベースのSMCと比較して、パフォーマンス、成形性、美観の点で妥協のない目標を設定しました。」

同社は2つの新しい持続可能なSMC製品を提供しており、どちらも難燃性能を提供します。 「Premi-Glas7001グレードは、クラスAの塗装可能な表面プロファイルを生成し、トラクターのフードが高級自動車に匹敵する美観を実現し、厳しいag環境に難燃性の側面を追加できるようにします。Premi-Glas3501は、成形された色を提供します。電気エンクロージャー、ブラケットとハウジング、キャブコンポーネントなどの部品用です」とGruskiewicz氏は説明します。さらに、3501には、持続可能性のフットプリントを強化するために、リサイクルされた熱可塑性プラスチックが組み込まれています。どちらの場合も、樹脂のプロピレングリコールモノマーは大豆またはトウモロコシのいずれかを使用して製造され、従来の石油製品から作成されたモノマーと同じ特性をもたらすと言われています。 3501グレードには、ポストインダストリアルリサイクル（PIR）ポリエチレンテレフタレート（rPET）が含まれています。これは、化学的に消化されてテレフタル酸を生成し、反応してポリエステル樹脂に戻ります。商用アプリケーションはまだ発表されていませんが、Gruskiewiczによると、7001グレードは、トラクターのフード、ドア、ボディパネルの組み合わせですでにサンプリングされています。 「SMCのもう1つのエキサイティングな分野には、大型ディーゼルエンジンのバルブカバーとオイルサンプ[パン]があります」と彼は付け加えます。 「SMCから熱可塑性プラスチックに変換された乗用車の同様の部品と比較すると、agでははるかに厳しい動作条件が見られます。たとえば、大型のエンジンでは、大型のユニットにまたがるスパンが大きいため、より剛性の高い材料が必要になります。」

破砕荷重への対応

農業機械業界における1つの課題は、複合材料が9,000キログラムを超える可能性のある負荷の下で機械的性能を維持する必要があることです。たとえば、Tier-1成形業者Plastics Unlimited（プレストン、アイオワ、米国）は、1.5 x 2.1メートルのドアフラップ/グレインエクステンションドアを製造するために使用されている、toolessengineeredcomposites（TEC）と呼ばれる成形技術を開発しました。 6.4〜12.7ミリメートルの厚さの公称壁との大きな組み合わせの場合、最大9,072kgの荷重を運ぶことができます。 TECは、熱可塑性プラスチックの高い美観と耐久性を複合材料の強度、靭性、寸法安定性とブレンドして、クラスAの表面とB面を備えた構造を作成し、高い剛性と強度対重量比を実現します。外観A面は、MICアクリロニトリルブタジエンスチレン（ABS）のシートを熱成形することによって生成されます。これは、その後、部品のB面の半分の工具になりますが、これらのより大きく、より複雑な構造には、2番目の複合工具が使用されます。成形プロセス中。後者は、刻んだガラス繊維コアのステッチ層に注入されたUP樹脂を使用して製造された真空バッグ複合材料です。金属製のブラケットと大きなリブ（硬質ポリウレタンフォームで製造）の両方を、レイアップ中に複合材に挿入できます。

その結果、UV安定化された耐食性の部品が得られ、設計の柔軟性と高い衝撃強度を提供し、リーズナブルなコストでチッピングやクラックに耐えることができます。 A側（熱可塑性層）は、粒子のあるまたは光沢のある表面を提供できます（後者は無地または透明なパターンで、金属、クロム、木、カモフラージュ、さらにはカーボンメッシュを含みます）。この熱可塑性層は、優れた画像深度を提供し、塗装またはゲルコーティングされたSMCよりもはるかに耐久性があり、小さな表面の傷を取り除くことができると言われています。外観のないB面（複合層）は着色されており、滑らかです。コンバインの高性能グレインエクステンションドアの他に、TECプロセスは、フェンダー、サイドシールド、フード、さまざまな小型RV車や農場タイプの機器の前後のエンクロージャーの成形にも使用されます。

農業機械の未来は何ですか？ 2016年に米国アイオワ州ブーンで開催されたFarmProgress Showで、Case New Holland（CNH）は、業界初の完全自律型トラクターのコンセプトを紹介しました 植え付け、噴霧、収穫が可能で、人間が船内から車両を操作するのではなく、トラクターが事前にマッピングされたガイダンスルートを移動するときに、タブレットを介して無人運転装置をリモートで制御および監視します。リアルタイムビューと高度な障害物検出を提供する車載カメラを搭載したこれらのドローントラクターは、障害物やその他の問題をオペレーターに警告し、オペレーターが問題を回避または修正するための最適なルートを選択できるようにします。このシステムのソフトウェアは、最も効率的なフィールド内パスを自動的にプロットして、農家が狭い天候ウィンドウを最大限に活用したり、生産性を向上させるために必要なときに24時間体制で作業したりできるようにすると同時に、現在の作物を監視し、将来の作物をより適切に計画するためのデータを収集すると言われています。 CNHは、この技術は、ピーク使用シーズン中に熟練労働者を見つけるのに苦労している世界の多くの地域の農家を支援すると述べています。中間機器は、キャブ付きの機械を従来の運転機能とある程度の自動化と組み合わせる可能性があります。

「農業は、世界に食料を供給し、燃料を供給し、衣服を着せるという基本的な目標から変わっていません」とオルソン氏は付け加えます。 「しかし、バイオテクノロジーのすべての側面とインテリジェントシステムソリューションに必要な材料を含むテクノロジーは、急速に増加する人口を養うという生産性の課題に対応するために加速しています。農民は常に土地の管理者であり、天然資源の持続可能性は、産業、コミュニティ、そして世界としての私たちの成功の鍵です。」