કાર્બન ફાઇબર કમ્પોઝિટ: ઓછી ઊંચાઈવાળા અર્થતંત્રના વિકાસ માટે મુખ્ય સામગ્રી તકો અને પડકારો

સામગ્રી વિજ્ઞાન અને ઔદ્યોગિક અર્થશાસ્ત્રના દ્રષ્ટિકોણથી, આ પેપર ઓછી ઊંચાઈવાળા અર્થતંત્રના ક્ષેત્રમાં કાર્બન ફાઇબર સંયુક્ત સામગ્રીના વિકાસની સ્થિતિ, તકનીકી અવરોધો અને ભાવિ વલણોનું વ્યવસ્થિત રીતે વિશ્લેષણ કરે છે. સંશોધન દર્શાવે છે કે કાર્બન ફાઇબરના હળવા વજનના વિમાનમાં નોંધપાત્ર ફાયદા હોવા છતાં, ખર્ચ નિયંત્રણ, પ્રક્રિયા ઑપ્ટિમાઇઝેશન અને પ્રમાણભૂત સિસ્ટમ બાંધકામ હજુ પણ તેના મોટા પાયે ઉપયોગને પ્રતિબંધિત કરતા મુખ્ય પરિબળો છે.

1. ઓછી ઊંચાઈવાળા અર્થતંત્ર સાથે કાર્બન ફાઇબર સામગ્રીની લાક્ષણિકતાઓની સુસંગતતાનું વિશ્લેષણ

યાંત્રિક ગુણધર્મોના ફાયદા:

• ચોક્કસ તાકાત 2450MPa/(g/cm³) સુધી પહોંચે છે, જે એવિએશન એલ્યુમિનિયમ એલોય કરતા 5 ગણી વધારે છે.
• ચોક્કસ મોડ્યુલસ 230GPa/(g/cm³) કરતાં વધી જાય છે, જેમાં નોંધપાત્ર વજન ઘટાડવાની અસર થાય છે

આર્થિક ઉપયોગ:

• ડ્રોનના માળખાનું વજન 1 કિલો ઘટાડવાથી ઊર્જા વપરાશ લગભગ 8-12% ઓછો થઈ શકે છે.
• eVTOL ના દરેક 10% વજન ઘટાડા માટે, ક્રૂઝિંગ રેન્જ 15-20% વધે છે.

૨. ઔદ્યોગિક વિકાસની વર્તમાન સ્થિતિ

વૈશ્વિક બજાર માળખું:

• 2023 માં, કાર્બન ફાઇબરની વૈશ્વિક કુલ માંગ 135,000 ટન હશે, જેમાંથી એરોસ્પેસનો હિસ્સો 22% હશે.
• જાપાનના ટોરે નાના ટો માર્કેટનો 38% હિસ્સો ધરાવે છે.

ઘરેલું પ્રગતિ:

• ઉત્પાદન ક્ષમતાનો વાર્ષિક ચક્રવૃદ્ધિ દર 25% (2018-2023) સુધી પહોંચે છે.
• T700 નો સ્થાનિકીકરણ દર 70% થી વધુ છે, પરંતુ T800 અને તેથી વધુ હજુ પણ આયાત પર આધાર રાખે છે.

૩. મુખ્ય ટેકનિકલ અવરોધો

સામગ્રી સ્તર:

• પ્રીપ્રેગ પ્રક્રિયા સ્થિરતા (સીવી મૂલ્ય 3% ની અંદર નિયંત્રિત કરવાની જરૂર છે)
• સંયુક્ત સામગ્રી ઇન્ટરફેસ બોન્ડિંગ તાકાત (80MPa થી વધુ સુધી પહોંચવાની જરૂર છે)

ઉત્પાદન પ્રક્રિયા:

• ઓટોમેટેડ બિછાવેલી કાર્યક્ષમતા (હાલમાં 30-50 કિગ્રા/કલાક, લક્ષ્ય 100 કિગ્રા/કલાક)
• ક્યોરિંગ સાયકલ ઑપ્ટિમાઇઝેશન (પરંપરાગત ઓટોક્લેવ પ્રક્રિયામાં 8-12 કલાક લાગે છે)

૪. ઓછી ઊંચાઈવાળા આર્થિક ઉપયોગો માટેની સંભાવનાઓ

બજાર માંગનો અંદાજ:

• 2025 માં eVTOL કાર્બન ફાઇબરની માંગ 1,500-2,000 ટન સુધી પહોંચશે
• 2030 માં ડ્રોન ક્ષેત્રમાં માંગ 5,000 ટનથી વધુ થવાની ધારણા છે.

ટેકનોલોજી વિકાસ વલણો:

• ઓછી કિંમત (લક્ષ્ય ઘટાડીને $80-100/કિલો)
• બુદ્ધિશાળી ઉત્પાદન (ડિજિટલ ટ્વીન ટેકનોલોજીનો ઉપયોગ)
• રિસાયક્લિંગ અને પુનઃઉપયોગ (રાસાયણિક રિસાયક્લિંગ પદ્ધતિની કાર્યક્ષમતામાં સુધારો)