Compostos de fibra de carbono: oportunidades e desafíos clave dos materiais para o desenvolvemento da economía de baixa altitude

Desde a perspectiva da ciencia dos materiais e a economía industrial, este artigo analiza sistematicamente o estado de desenvolvemento, os obstáculos técnicos e as tendencias futuras dos materiais compostos de fibra de carbono no campo da economía de baixa altitude. A investigación demostra que, aínda que a fibra de carbono ten vantaxes significativas para alixeirar as aeronaves, o control de custos, a optimización de procesos e a construción de sistemas estándar seguen sendo factores clave que restrinxen a súa aplicación a grande escala.

1. Análise da compatibilidade das características do material de fibra de carbono coa economía de baixa altitude

Vantaxes das propiedades mecánicas:

• A resistencia específica alcanza os 2450 MPa/(g/cm³), que é 5 veces maior que a da aliaxe de aluminio para a aviación
• O módulo específico supera os 230 GPa/(g/cm³), cun efecto significativo de redución de peso

Aplicación económica:

• Reducir o peso da estrutura do dron en 1 kg pode reducir o consumo de enerxía entre un 8 e un 12 %.
• Por cada redución do 10 % de peso do eVTOL, a autonomía de cruceiro aumenta entre un 15 e un 20 %.

2. Estado actual do desenvolvemento industrial

Estrutura do mercado global:

• En 2023, a demanda total mundial de fibra de carbono será de 135.000 toneladas, das cales a industria aeroespacial representa o 22 %.
• A xaponesa Toray ocupa o 38 % do mercado de remolques pequenos.

Progreso interno:

• A taxa de crecemento composto anual da capacidade de produción alcanza o 25 % (2018-2023).
• A taxa de localización de T700 supera o 70 %, pero T800 e superiores aínda dependen das importacións.

3. Principais obstáculos técnicos

Nivel de material:

• Estabilidade do proceso de preimpregnación (o valor CV debe controlarse dentro do 3 %)
• Resistencia de unión da interface do material composto (debe alcanzar máis de 80 MPa)

Proceso de fabricación:

• Eficiencia de colocación automatizada (actualmente 30-50 kg/h, obxectivo 100 kg/h)
• Optimización do ciclo de curado (o proceso tradicional en autoclave tarda de 8 a 12 horas)

4. Perspectivas para aplicacións económicas a baixa altitude

Previsión da demanda do mercado:

• A demanda de fibra de carbono eVTOL alcanzará entre 1.500 e 2.000 toneladas en 2025
• Espérase que a demanda no campo dos drons supere as 5.000 toneladas en 2030

Tendencias de desenvolvemento tecnolóxico:

• Baixo custo (obxectivo reducido a 80-100 $/kg)
• Fabricación intelixente (aplicación da tecnoloxía de xemelgos dixitais)
• Reciclaxe e reutilización (mellora da eficiencia do método de reciclaxe química)