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碳纤维对其他工业范畴结构使用前景的剖析


作为高本钱高功能碳纤维复合资料的最初运用目标主要是航空航天范畴,经过40年的开展,已根本形成了一套完整的技能系统,并完成了低本钱复合资料技能的工程化运用。跟着航空航天复合资料技能的老练,碳纤维复合资料的运用正在向其他工业范畴推行。但因为航空航天工业的特色,现有的复合资料技能也具有必定的局限性,归纳起来有以下特色:
 
a、因为结构轻量化有极高的经济效益,因而对产品的本钱有较强的承受能力,一般只用碳纤维复合资料,或与金属的混合结构;
 
b、因为航空产品的直接制作本钱较高,希望有尽可能长的运用寿数,碳纤维复合资料结构根本上无限的疲惫寿数和耐腐蚀功能正合适它的运用,使得环保和循环运用的压力较小;
 
c、因为航空航天产品不是大众日常生活用品,即便最畅销的飞机类型,年产量不会超越几百架,故为此研制的制作工艺一般只合适于批量不大的产品;
 
d、现在所用的飞机复合资料结构主要是板壳类产品,而航天器则多为筒壳类旋转结构,这两类结构的制作工艺相对比较老练。
 
当时各行各业都在探究碳纤维复合资料在结构中运用的远景,但最要害的障碍仍然是本钱,不同行业对本钱的希望值和承受能力不同,因而对本钱的考虑有必要根据本行业的特色,只要打破了适用于本行业的低本钱复合资料技能的瓶颈,碳纤维复合资料才干在这些范畴得到推行运用。下面就工业范畴的结构化分,给出了四点不同的定见:
 
a、类似于航空航天范畴,结构减重会带来极大的经济效益,其对本钱的承受能力也比较强,且批量不大,例如碳纤维无人机的机壳、工程车辆的吊臂、高空消防车的云梯等,当然像F1赛车这样的竞技车辆和其他体育用品也在此列。现有的低本钱复合资料技能能够直接转化用于这些产品,因而在往后5年这些范畴的复合资料运用会急剧添加;
 
b、结构减重有重要意义,但对本钱的要求很严厉,有必定的批量,这类结构在工业范畴比较常见,如轨道交通车辆、城市公交车辆、清洁动力车辆、特殊用途的改装车等。这类产品对全碳纤维复合资料的价格无法承受,但结构功能的安全裕度很大,能够选用碳纤维与其他价格较低的资料,如玻璃纤维、芳纶纤维稠浊和层压板与夹层板联合的结构来替代金属结构。经过铺层规划将少量碳纤维用在要害的铺层和部位(即便运用少量碳纤维,也会使结构功能发生实质的改动),并结合全体结构的规划与制作,在完成结构减重与功能进步的一起,使制件本钱(至少是全寿数本钱)低于金属。这是碳纤维复合资料运用的重要范畴,估计近期会取得比较大的打破;
 
c、对结构减重有很高的希望,对本钱有必定的承受能力,批量较大,运用寿数长。对这类结构需求改动传统的金属规划思路,充分发挥全体化结构的优势,并需研制新的自动化成形工艺,才干取得本钱为用户承受的产品。这是许多工业范畴产品的现状,运用远景是光亮的,但要害是低本钱的高效成形工艺攻关;
 
d、结构复杂,对减重有很高的希望,但对本钱也有严厉的要求,批量大,运用寿数要求低,有必要考虑环保与循环运用的问题,如一般民众运用的轿车。这是碳纤维复合资料现在主攻,也是最难霸占的范畴。树脂(快速固化热固性树脂与热塑性树脂)和高效成形工艺是下降本钱(至少是全寿数本钱)有必要处理的难题。跟着上述要害的打破,并结合全体化结构规划,碳纤维复合资料结构就能取得用户的认可,并会有井喷式的打破。
 
总归,在推行运用碳纤维复合资料的过程中,需求归纳考虑产品的减重要求、功能要求、批量、本钱承受能力、环保和循环运用的压力、现有的技能根底等要素,断定下降本钱的要害和攻关的难度等,并进而断定碳纤维复合资料在该产品中运用的远景。
 
当时国内碳纤维工业还处于萌芽状况,批产的稳定性有待于经过长时间批量出产来不断改进,跟着批量出产和产品稳定性的进步,出产速度和成品率也会不断添加,碳纤维的本钱才会逐渐下降,并参加与国外产品的竞争。
 

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