Komposit Gentian Karbon: Peluang dan Cabaran Bahan Utama untuk Pembangunan Ekonomi Altitud Rendah

Dari perspektif sains bahan dan ekonomi perindustrian, kertas kerja ini menganalisis secara sistematik status pembangunan, kesesakan teknikal dan trend masa depan bahan komposit gentian karbon dalam bidang ekonomi altitud rendah. Penyelidikan menunjukkan bahawa walaupun gentian karbon mempunyai kelebihan yang ketara dalam pesawat ringan, kawalan kos, pengoptimuman proses dan pembinaan sistem standard masih menjadi faktor utama yang menyekat penggunaannya secara besar-besaran.

1. Analisis keserasian ciri bahan gentian karbon dengan ekonomi altitud rendah

Kelebihan sifat mekanikal:

• Kekuatan khusus mencapai 2450MPa/(g/cm³), iaitu 5 kali ganda daripada aloi aluminium penerbangan
• Modulus khusus melebihi 230GPa/(g/cm³), dengan kesan pengurangan berat yang ketara

Aplikasi ekonomi:

• Mengurangkan berat struktur dron sebanyak 1kg boleh mengurangkan penggunaan tenaga kira-kira 8-12%
• Untuk setiap pengurangan berat 10% eVTOL, julat pelayaran meningkat sebanyak 15-20%

2. Status semasa pembangunan perindustrian

Struktur pasaran global:

• Pada 2023, jumlah permintaan global untuk gentian karbon ialah 135,000 tan, di mana aeroangkasa menyumbang 22%.
• Toray Jepun menduduki 38% daripada pasaran tunda kecil.

Kemajuan dalam negeri:

• Kadar pertumbuhan kompaun tahunan kapasiti pengeluaran mencapai 25% (2018-2023).
• Kadar penyetempatan T700 melebihi 70%, tetapi T800 dan ke atas masih bergantung pada import.

3. Kesesakan teknikal utama

Tahap bahan:

• Kestabilan proses prapreg (nilai CV perlu dikawal dalam 3%)
• Kekuatan ikatan antara muka bahan komposit (perlu mencapai lebih daripada 80MPa)

Proses pembuatan:

• Kecekapan peletakan automatik (pada masa ini 30-50kg/j, sasaran 100kg/j)
• Pengoptimuman kitaran pengawetan (proses autoklaf tradisional mengambil masa 8-12 jam)

4. Prospek untuk aplikasi ekonomi altitud rendah

Ramalan permintaan pasaran:

• Permintaan untuk gentian karbon eVTOL akan mencapai 1,500-2,000 tan pada 2025
• Permintaan dalam bidang dron dijangka melebihi 5,000 tan pada 2030

Trend pembangunan teknologi:

• Kos rendah (sasaran dikurangkan kepada $80-100/kg)
• Pengilangan pintar (aplikasi teknologi kembar digital)
• Kitar semula dan guna semula (peningkatan kecekapan kaedah kitar semula kimia)