คอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์: วัสดุหลัก โอกาส และความท้าทายสำหรับการพัฒนาเศรษฐกิจในพื้นที่ราบต่ำ

จากมุมมองของวิทยาศาสตร์วัสดุและเศรษฐศาสตร์อุตสาหกรรม เอกสารนี้วิเคราะห์สถานะการพัฒนา คอขวดทางเทคนิค และแนวโน้มในอนาคตของวัสดุคอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์ในสาขาเศรษฐกิจระดับต่ำอย่างเป็นระบบ การวิจัยแสดงให้เห็นว่าแม้ว่าคาร์บอนไฟเบอร์จะมีข้อได้เปรียบที่สำคัญในการลดน้ำหนักเบาของเครื่องบิน แต่การควบคุมต้นทุน การเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการ และการสร้างระบบมาตรฐานยังคงเป็นปัจจัยสำคัญที่จำกัดการใช้งานในวงกว้าง

1. การวิเคราะห์ความเข้ากันได้ของลักษณะวัสดุคาร์บอนไฟเบอร์กับเศรษฐกิจระดับต่ำ

ข้อดีของคุณสมบัติเชิงกล:

• ความแข็งแรงจำเพาะถึง 2450MPa/(g/cm³) ซึ่งมากกว่าอลูมิเนียมอัลลอยด์สำหรับการบินถึง 5 เท่า
• โมดูลัสจำเพาะเกิน 230GPa/(g/cm³) มีผลลดน้ำหนักอย่างมีนัยสำคัญ

การประยุกต์ใช้ทางเศรษฐกิจ:

• การลดน้ำหนักโครงสร้างโดรนลง 1 กิโลกรัม สามารถลดการใช้พลังงานได้ประมาณ 8-12%
• สำหรับการลดน้ำหนัก eVTOL ทุกๆ 10% ระยะเดินทางจะเพิ่มขึ้น 15-20%

2. สถานะปัจจุบันของการพัฒนาอุตสาหกรรม

โครงสร้างตลาดโลก:

• ในปี 2023 ความต้องการคาร์บอนไฟเบอร์ทั่วโลกจะอยู่ที่ 135,000 ตัน โดยอุตสาหกรรมการบินและอวกาศมีสัดส่วน 22%
• บริษัท Toray ของญี่ปุ่นครองตลาดรถลากขนาดเล็กถึง 38%

ความก้าวหน้าภายในประเทศ:

• อัตราการเติบโตต่อปีของกำลังการผลิตเพิ่มขึ้นถึง 25% (2561-2566)
• อัตราการแปลเป็นภาษาท้องถิ่นของ T700 สูงเกินกว่า 70% แต่ T800 ขึ้นไปยังคงต้องอาศัยการนำเข้า

3. ปัญหาทางเทคนิคที่สำคัญ

ระดับวัสดุ :

• ความเสถียรของกระบวนการพรีเพร็ก (ค่า CV ต้องได้รับการควบคุมภายใน 3%)
• ความแข็งแรงในการยึดติดอินเทอร์เฟซวัสดุคอมโพสิต (ต้องมากกว่า 80MPa)

กระบวนการผลิต:

• ประสิทธิภาพการวางแบบอัตโนมัติ (ปัจจุบัน 30-50 กก./ชม. เป้าหมาย 100 กก./ชม.)
• การเพิ่มประสิทธิภาพวงจรการบ่ม (กระบวนการออโตเคลฟแบบดั้งเดิมใช้เวลา 8-12 ชั่วโมง)

4. แนวโน้มการใช้งานทางเศรษฐกิจในพื้นที่ต่ำ

พยากรณ์ความต้องการของตลาด:

• ความต้องการคาร์บอนไฟเบอร์ eVTOL จะสูงถึง 1,500-2,000 ตันในปี 2025
• คาดว่าความต้องการในด้านโดรนจะเกิน 5,000 ตันในปี 2030

แนวโน้มการพัฒนาเทคโนโลยี:

• ต้นทุนต่ำ (เป้าหมายลดลงเหลือ 80-100 เหรียญ/กก.)
• การผลิตอัจฉริยะ (การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีฝาแฝดดิจิทัล)
• การรีไซเคิลและการใช้ซ้ำ (การปรับปรุงประสิทธิภาพของวิธีการรีไซเคิลทางเคมี)