Mchanganyiko wa Nyuzi za Carbon: Fursa za Nyenzo Muhimu na Changamoto kwa Maendeleo ya Uchumi wa Urefu wa Chini.

Kwa mtazamo wa sayansi ya nyenzo na uchumi wa viwanda, karatasi hii inachambua kwa utaratibu hali ya maendeleo, vikwazo vya kiufundi na mwelekeo wa siku zijazo wa nyenzo za mchanganyiko wa nyuzi za kaboni katika uwanja wa uchumi wa hali ya chini. Utafiti unaonyesha kwamba ingawa nyuzinyuzi za kaboni zina faida kubwa katika uzani mwepesi wa ndege, udhibiti wa gharama, uboreshaji wa mchakato na ujenzi wa mfumo wa kawaida bado ni mambo muhimu yanayozuia matumizi yake makubwa.

1. Uchambuzi wa utangamano wa sifa za nyenzo za nyuzi za kaboni na uchumi wa urefu wa chini

Faida za mali ya mitambo:

• Nguvu mahususi hufikia 2450MPa/(g/cm³), ambayo ni mara 5 ya aloi ya alumini ya anga.
• Moduli mahususi inazidi 230GPa/(g/cm³), ikiwa na athari kubwa ya kupunguza uzito

Maombi ya kiuchumi:

• Kupunguza uzito wa muundo wa drone kwa kilo 1 kunaweza kupunguza matumizi ya nishati kwa karibu 8-12%
• Kwa kila 10% ya kupunguza uzito wa eVTOL, safu ya kusafiri huongezeka kwa 15-20%

2. Hali ya sasa ya maendeleo ya viwanda

Muundo wa soko la kimataifa:

• Mnamo 2023, jumla ya mahitaji ya kimataifa ya nyuzi za kaboni itakuwa tani 135,000, ambayo nafasi ya anga ni 22%.
• Toray ya Japani inachukua 38% ya soko dogo la tow.

Maendeleo ya ndani:

• Kiwango cha ukuaji wa kiwanja cha kila mwaka cha uwezo wa uzalishaji hufikia 25% (2018-2023).
• Kiwango cha ujanibishaji cha T700 kinazidi 70%, lakini T800 na zaidi bado hutegemea uagizaji.

3. Vikwazo muhimu vya kiufundi

Kiwango cha nyenzo:

• Prepreg mchakato uthabiti (Thamani ya CV inahitaji kudhibitiwa ndani ya 3%)
• Nguvu ya kuunganisha kiolesura cha nyenzo (inahitaji kufikia zaidi ya 80MPa)

Mchakato wa utengenezaji:

• Ufanisi wa uwekaji otomatiki (kwa sasa 30-50kg/h, lengo 100kg/h)
• Uboreshaji wa mzunguko wa uponyaji (mchakato wa jadi wa autoclave huchukua masaa 8-12)

4. Matarajio ya matumizi ya kiuchumi ya hali ya chini

Utabiri wa mahitaji ya soko:

• Mahitaji ya nyuzinyuzi kaboni za eVTOL yatafikia tani 1,500-2,000 mwaka wa 2025
• Mahitaji katika uwanja wa ndege zisizo na rubani inatarajiwa kuzidi tani 5,000 mnamo 2030

Mitindo ya maendeleo ya teknolojia:

• Gharama ya chini (lengo limepunguzwa hadi $80-100/kg)
• Utengenezaji wa akili (matumizi ya teknolojia ya mapacha ya dijiti)
• Usafishaji na utumiaji tena (uboreshaji wa ufanisi wa njia ya kuchakata tena kemikali)