Koolstofvesel-saamgestelde materiale: Belangrike materiaalgeleenthede en -uitdagings vir die ontwikkeling van 'n lae-hoogte-ekonomie

Vanuit die perspektief van materiaalwetenskap en industriële ekonomie, analiseer hierdie artikel sistematies die ontwikkelingsstatus, tegniese knelpunte en toekomstige tendense van koolstofvesel-saamgestelde materiale in die veld van lae-hoogte ekonomie. Navorsing toon dat hoewel koolstofvesel beduidende voordele inhou in die liggewigvermindering van vliegtuie, kostebeheer, prosesoptimalisering en standaardstelselkonstruksie steeds sleutelfaktore is wat die grootskaalse toepassing daarvan beperk.

1. Analise van die versoenbaarheid van koolstofveselmateriaaleienskappe met lae-hoogte ekonomie

Voordele van meganiese eienskappe:

• Spesifieke sterkte bereik 2450 MPa/(g/cm³), wat 5 keer dié van lugvaartaluminiumlegering is
• Spesifieke modulus oorskry 230GPa/(g/cm³), met 'n beduidende gewigsverminderingseffek

Ekonomiese toepassing:

• Deur die gewig van die hommeltuigstruktuur met 1 kg te verminder, kan energieverbruik met ongeveer 8-12% verminder word.
• Vir elke 10% gewigsvermindering van eVTOL, neem die kruisafstand met 15-20% toe.

2. Huidige status van industriële ontwikkeling

Globale markstruktuur:

• In 2023 sal die wêreldwye totale vraag na koolstofvesel 135 000 ton wees, waarvan lugvaart 22% uitmaak.
• Japan se Toray beslaan 38% van die klein sleepwamark.

Binnelandse vordering:

• Die jaarlikse saamgestelde groeikoers van produksiekapasiteit bereik 25% (2018-2023).
• Die lokaliseringskoers van T700 oorskry 70%, maar T800 en hoër is steeds afhanklik van invoere.

3. Belangrike tegniese knelpunte

Materiaalvlak:

• Prepreg proses stabiliteit (CV waarde moet binne 3% beheer word)
• Saamgestelde materiaal-koppelvlakbindingsterkte (moet meer as 80 MPa bereik)

Vervaardigingsproses:

• Outomatiese lê-doeltreffendheid (tans 30-50 kg/h, teiken 100 kg/h)
• Optimalisering van uithardingssiklus (tradisionele outoklaafproses neem 8-12 uur)

4. Vooruitsigte vir ekonomiese toepassings op lae hoogte

Markvraagvoorspelling:

• Die vraag na eVTOL-koolstofvesel sal 1 500-2 000 ton in 2025 bereik.
• Die vraag in die hommeltuigveld sal na verwagting 5 000 ton in 2030 oorskry.

Tegnologie-ontwikkelingstendense:

• Lae koste (teiken verlaag na $80-100/kg)
• Intelligente vervaardiging (toepassing van digitale tweelingtegnologie)
• Herwinning en hergebruik (doeltreffendheidsverbetering van chemiese herwinningsmetode)