Des de la perspectiva de la ciència de materials i l'economia industrial, aquest article analitza sistemàticament l'estat de desenvolupament, els colls d'ampolla tècnics i les tendències futures dels materials compostos de fibra de carboni en el camp de l'economia de baixa altitud. La investigació mostra que, tot i que la fibra de carboni té avantatges significatius en l'alleugeriment de les aeronaus, el control de costos, l'optimització de processos i la construcció de sistemes estàndard continuen sent factors clau que restringeixen la seva aplicació a gran escala.
1. Anàlisi de la compatibilitat de les característiques del material de fibra de carboni amb l'economia de baixa altitud
Avantatges de les propietats mecàniques:
- La resistència específica arriba als 2450 MPa/(g/cm³), que és 5 vegades superior a la de l'aliatge d'alumini d'aviació
- El mòdul específic supera els 230 GPa/(g/cm³), amb un efecte significatiu de reducció de pes
Aplicació econòmica:
- Reduir el pes de l'estructura del dron en 1 kg pot reduir el consum d'energia entre un 8 i un 12%
- Per cada 10% de reducció de pes de l'eVTOL, l'autonomia de creuer augmenta entre un 15 i un 20%.
2. Estat actual del desenvolupament industrial
Estructura del mercat global:
- El 2023, la demanda total mundial de fibra de carboni serà de 135.000 tones, de les quals l'aeroespacial representa el 22%.
- La japonesa Toray ocupa el 38% del mercat de remolcs petits.
Progrés intern:
- La taxa de creixement composta anual de la capacitat de producció arriba al 25% (2018-2023).
- La taxa de localització de T700 supera el 70%, però T800 i superiors encara depenen de les importacions.
3. Principals colls d'ampolla tècnics
Nivell de material:
- Estabilitat del procés de preimpregnació (cal controlar el valor CV dins del 3%)
- Resistència d'unió de la interfície del material compost (ha d'arribar a més de 80 MPa)
Procés de fabricació:
- Eficiència de la col·locació automatitzada (actualment 30-50 kg/h, objectiu 100 kg/h)
- Optimització del cicle de curat (el procés tradicional en autoclau triga entre 8 i 12 hores)
4. Perspectives d'aplicacions econòmiques a baixa altitud
Previsió de la demanda del mercat:
- La demanda de fibra de carboni eVTOL arribarà a les 1.500-2.000 tones el 2025
- Es preveu que la demanda en el camp dels drons superi les 5.000 tones el 2030
Tendències de desenvolupament tecnològic:
- Cost baix (objectiu reduït a 80-100 $/kg)
- Fabricació intel·ligent (aplicació de la tecnologia de bessons digitals)
- Reciclatge i reutilització (millora de l'eficiència del mètode de reciclatge químic)
Data de publicació: 10 d'abril de 2025