Aus materialwissenschaftlicher und industrieökonomischer Perspektive analysiert diese Arbeit systematisch den Entwicklungsstand, die technischen Engpässe und die zukünftigen Trends von Kohlefaserverbundwerkstoffen im Bereich der Tiefflugökonomie. Untersuchungen zeigen, dass Kohlefaser zwar erhebliche Vorteile bei der Leichtbauweise von Flugzeugen bietet, Kostenkontrolle, Prozessoptimierung und standardisierte Systemkonstruktion jedoch weiterhin Schlüsselfaktoren sind, die ihre großflächige Anwendung einschränken.
1. Analyse der Kompatibilität der Materialeigenschaften von Kohlefasern mit der Wirtschaftlichkeit in geringer Höhe
Vorteile der mechanischen Eigenschaften:
- Die spezifische Festigkeit erreicht 2450 MPa/(g/cm³), was dem Fünffachen der Luftfahrt-Aluminiumlegierung entspricht
- Der spezifische Modul übersteigt 230 GPa/(g/cm³) und sorgt für eine deutliche Gewichtsreduzierung
Wirtschaftliche Anwendung:
- Eine Gewichtsreduzierung der Drohnenstruktur um 1 kg kann den Energieverbrauch um etwa 8-12 % senken
- Pro 10 % Gewichtsreduzierung des eVTOL erhöht sich die Reichweite um 15–20 %
2. Aktueller Stand der industriellen Entwicklung
Globale Marktstruktur:
- Im Jahr 2023 wird der weltweite Gesamtbedarf an Kohlefasern 135.000 Tonnen betragen, wovon 22 % auf die Luft- und Raumfahrt entfallen.
- Das japanische Unternehmen Toray hält 38 % des Marktes für Kleinschlepper.
Fortschritte im Inland:
- Die jährliche durchschnittliche Wachstumsrate der Produktionskapazität erreicht 25 % (2018–2023).
- Die Lokalisierungsrate von T700 liegt bei über 70 %, aber T800 und höher sind immer noch auf Importe angewiesen.
3. Wichtige technische Engpässe
Materialebene:
- Prepreg-Prozessstabilität (CV-Wert muss innerhalb von 3 % kontrolliert werden)
- Verbindungsfestigkeit der Verbundwerkstoff-Grenzflächen (muss über 80 MPa liegen)
Herstellungsverfahren:
- Automatisierte Legeleistung (derzeit 30–50 kg/h, Ziel 100 kg/h)
- Optimierung des Aushärtungszyklus (der traditionelle Autoklavprozess dauert 8–12 Stunden)
4. Perspektiven für wirtschaftliche Anwendungen in geringer Höhe
Prognose der Marktnachfrage:
- Die Nachfrage nach eVTOL-Kohlefasern wird im Jahr 2025 1.500 bis 2.000 Tonnen erreichen
- Die Nachfrage im Drohnenbereich wird voraussichtlich im Jahr 2030 5.000 Tonnen übersteigen
Trends in der Technologieentwicklung:
- Niedrige Kosten (Ziel auf 80–100 USD/kg reduziert)
- Intelligente Fertigung (Anwendung der Digital-Twin-Technologie)
- Recycling und Wiederverwendung (Effizienzsteigerung des chemischen Recyclingverfahrens)
Veröffentlichungszeit: 10. April 2025