Cyfansoddion Ffibr Carbon: Cyfleoedd a Heriau Deunyddiau Allweddol ar gyfer Datblygu Economi Uchder Isel

O safbwynt gwyddor deunyddiau ac economeg ddiwydiannol, mae'r papur hwn yn dadansoddi statws datblygu, tagfeydd technegol a thueddiadau'r dyfodol ar gyfer deunyddiau cyfansawdd ffibr carbon ym maes economi uchder isel yn systematig. Mae ymchwil yn dangos, er bod gan ffibr carbon fanteision sylweddol wrth ysgafnhau awyrennau, bod rheoli costau, optimeiddio prosesau ac adeiladu systemau safonol yn dal i fod yn ffactorau allweddol sy'n cyfyngu ar ei gymhwysiad ar raddfa fawr.

1. Dadansoddiad o gydnawsedd nodweddion deunydd ffibr carbon ag economi uchder isel

Manteision priodweddau mecanyddol:

• Mae cryfder penodol yn cyrraedd 2450MPa/(g/cm³), sydd 5 gwaith yn fwy na aloi alwminiwm awyrennau
• Mae'r modwlws penodol yn fwy na 230GPa/(g/cm³), gydag effaith lleihau pwysau sylweddol

Cymhwysiad economaidd:

• Gall lleihau pwysau strwythur drôn o 1kg leihau'r defnydd o ynni tua 8-12%
• Am bob gostyngiad pwysau o 10% o eVTOL, mae'r ystod mordeithio yn cynyddu 15-20%

2. Statws presennol datblygiad diwydiannol

Strwythur y farchnad fyd-eang:

• Yn 2023, bydd cyfanswm y galw byd-eang am ffibr carbon yn 135,000 tunnell, ac mae awyrofod yn cyfrif am 22% ohono.
• Mae Toray Japan yn meddiannu 38% o'r farchnad tynnu bach.

Cynnydd domestig:

• Mae cyfradd twf cyfansawdd blynyddol y capasiti cynhyrchu yn cyrraedd 25% (2018-2023).
• Mae cyfradd lleoleiddio T700 yn fwy na 70%, ond mae T800 ac uwch yn dal i ddibynnu ar fewnforion.

3. Tagfeydd technegol allweddol

Lefel deunydd:

• Sefydlogrwydd proses prepreg (mae angen rheoli gwerth CV o fewn 3%)
• Cryfder bondio rhyngwyneb deunydd cyfansawdd (angen iddo gyrraedd mwy nag 80MPa)

Proses gweithgynhyrchu:

• Effeithlonrwydd gosod awtomataidd (30-50kg/awr ar hyn o bryd, targed 100kg/awr)
• Optimeiddio cylch halltu (mae'r broses awtoclaf draddodiadol yn cymryd 8-12 awr)

4. Rhagolygon ar gyfer cymwysiadau economaidd uchder isel

Rhagolwg galw'r farchnad:

• Bydd y galw am ffibr carbon eVTOL yn cyrraedd 1,500-2,000 tunnell yn 2025
• Disgwylir i'r galw ym maes drôn fod yn fwy na 5,000 tunnell yn 2030

Tueddiadau datblygu technoleg:

• Cost isel (targed wedi'i ostwng i $80-100/kg)
• Gweithgynhyrchu deallus (cymhwyso technoleg efeilliaid digidol)
• Ailgylchu ac ailddefnyddio (gwella effeithlonrwydd y dull ailgylchu cemegol)