信途科技今天给各位分享碳纤维产品推广应用前景的知识,其中也会对碳纤维的应用前景进行解释,如果能碰巧解决你现在面临的问题,别忘了关注和分享本站。
碳纤维有什么优缺点,可以应用到什么领域?
碳纤维复合材料在汽车领域的应用主要是在汽车刹车片、汽车传动轴、缓冲器、车身、汽车内饰以及发动机零件等,可有效降低汽车自重并提高汽车性能。
1、成本太高
与钛合金相比,碳纤维复合材料车用部件的价格有过之而无不及,一些常见碳纤维车用部件的价格可能是传统材料的好几倍,而较大尺寸的碳纤维车用部件价格甚至超过万元。这主要是因为部分碳纤维部件的制作过程需要很多的手工,并且报废率很高,造成成本的大量上升。
2、变形几乎无法修复
这也是碳纤维单体壳车身无法大规模铺开的重要因素。由于碳纤维复合材料并不具备金属材料的延展性,所以一旦出现了由外力导致的形变,也就意味着碳纤维单体壳车身内部的碳纤维已经出现了断裂或者是层间树脂脱层。而断裂的碳纤维以及脱层的树脂是无论如何也不可能接起来的,那么碳纤维单体壳车身只能报废。相比之下,裂纹还可以补上几层碳纤维进行修复。
3、碳纤维单体壳车身结构设计复杂
一般来说,框架式的车身在设计时,只需要对车身整体进行结构设计,因为金属材料有着各项同性的材料特性。顾名思义,各项同性的意思就是指物体内部的物理、化学等性质不会因为方向的不同而有所变化,即某一物体在不同的方向所测出的性能数值完全相同。就比如说同一块钢板,性能放在哪都是一样的。那么在设计过程中,金属材料只需要考虑一个方向就可以。以常用的杨氏模量、泊松比、剪切模量等参数来看,只需要运用一次就可以完成计算。但是碳纤维复合材料就不是这么个情况,碳纤维复合材料的特性是各项异性。
4、碳纤维材料的寿命短
当然碳纤维本身是没有问题的,问题是出在作为复合材料基体树脂上。树脂的耐久性要弱于金属。光老化、高低温、酸碱性都会加速其老化过程,继而产生发黄、龟裂、发脆等问题。这个道理和咱们总会遇到的普通塑料零件的老化是一样的。
碳纤维具体应用
碳纤维材料的应用涉及多个领域,大致可分为6大领域:
1、航空航天
碳纤维是火箭、卫星、导弹、战斗机和舰船等尖端武器装备必不可少的战略基础材料
2、汽车材料
碳纤维作为汽车材料,最大的优点是质量轻、强度大,重量仅相当于钢材的20%到30%,硬度却是钢材的10倍以上
3、风力发电机叶片
碳纤维在风能、核能和太阳能等新能源领域也具有广阔的应用前景。
4、医疗器械
碳纤维材料拥有出色的耐腐蚀性、耐高温以及透过性,在X光设备中可最大限度保证X光透过,供医生查看病情,并且有些医疗器械需经高温消毒以及接触药物,碳纤维材料可在高温环境下不易变形,经常接触药液也不会被腐蚀。
5、体育用品
碳纤维运用在运动休闲领域中,像球杆、钓鱼竿、网球拍、羽毛球拍、自行车、滑雪杖、滑雪板、帆板桅杆、航海船体等运动用品都是碳纤维的主要用户之一
6、木建筑
碳纤维也应用在工业与民用建筑物、铁路公路桥梁、隧道、烟囱、塔结构等的加固补强
碳纤维粉有哪些应用领域?
复合材料
碳纤维在传统使用中除用作绝热保温材料外,多作为增强材料加入到树脂、金属、陶瓷、混凝土等材料中,构成复合材料。碳纤维已成为先进复合材料最重要的增强材料。由于碳纤维复合材料具有轻而强、轻而刚、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、结构尺寸稳定性好以及设计性好、可大面积整体成型等特点,已在航空航天、国防军工和民用工业的各个领域得到广泛应用。
碳纤维可加工成织物、毡、席、带、纸及其他材料。高性能碳纤维是制造先进复合材料最重要的增强材料。
土木建筑
碳纤维也应用在工业与民用建筑物、铁路公路桥梁、隧道、烟囱、塔结构等的加固补强,在铁路建筑中,大型的顶部系统和隔音墙在未来会有很好的应用,这些也将是碳纤维很有前景的应用方面。具有密度小,强度高,耐久性好,抗腐蚀能力强,可耐酸、碱等化学品腐蚀,柔韧性佳,应变能力强的特点。用碳纤维管制作的桁梁构架屋顶,比钢材轻50%左右,使大型结构物达到了实用化的水平,而且施工效率和抗震性能得到了大幅度提高。另外,碳纤维做补强混凝土结构时,不需要增加螺栓和铆钉固定,对原混凝土结构扰动较小,施工工艺简便。
航空航天
碳纤维是火箭、卫星、导弹、战斗机和舰船等尖端武器装备必不可少的战略基础材料。将碳纤维复合材料应用在战略导弹的弹体和发动机壳体上,可大大减轻重量,提高导弹的射程和突击能力,如美国80年代研制的洲际导弹三级壳体全都采用碳纤维和环氧树脂复合材料。碳纤维复合材料在新一代战斗机上也开始得到大量使用,如美国第四代战斗机F22采用了约为24%的碳纤维复合材料,从而使该战斗机具有超高音速巡航、超视距作战、高机动性和隐身等特性。美国波音推出新一代高速宽体客机的音速巡洋舰,约60%的结构部件都将采用强化碳纤维塑料复合材料制成,其中包括机翼。中国自行研制的碳纤维复合材料刹车预制件性能达到国际水平。采用这一预制件技术所制备的的国产碳刹车盘已批量装备于国防重点型号的军用飞机,并在B757型民航飞机上使用,在其它机型上的使用也在实验考核中,并将向坦克、高速列车、高级轿车、赛车等推广使用。碳纤维比铝轻但强度相似。碳纤维在舰艇上也有重要的应用价值,可减轻舰艇的结构重量,增加舰艇有效载荷,从而提高运送作战物资的能力,碳纤维不存在腐蚀生锈的问题。
碳纤维还是让大型民用飞机、汽车、高速列车等现代交通工具实现“轻量化“的完美材料。航空应用中对碳纤维的需求正在不断增多,新一代大型民用客机空客A380和波音787使用了约为50%的碳纤维复合材料。波音787的机身采用碳纤维,这使飞机飞得更快,油耗更低,同时能增加客舱湿度,让乘客更舒适。
汽车材料
碳纤维材料也成为汽车制造商青睐的材料,在汽车内外装饰中开始大量采用。碳纤维作为汽车材料,最大的优点是质量轻、强度大,重量仅相当于钢材的20%到30%,硬度却是钢材的10倍以上。所以汽车制造采用碳纤维材料可以使汽车的轻量化取得突破性进展,并带来节省能源的社会效益。业界认为,碳纤维在汽车制造领域的使用量会变大。
以中科院研发的一辆碳纤维小汽车为例,在普通材质的汽车引擎盖上,榔头用力敲击,漆盖上很有可能会有凹陷,而这辆车的车壳却非常坚固,用力敲击车盖后会迅猛反弹,表面丝毫未损。研究人员表示采用碳纤维复合材料做的汽车,比起普通用钢材制造的汽车的最大特点是轻和快。碳纤维汽车抛弃了传统的钢结构,大量采用碳纤维材料制成,比普通钢材的汽车重量能减少60%。在同样用油情况下,这辆车每小时可以多开50公里。
碳纤维虽然轻,但有较好的安全性,虽然碳纤维看起来像塑料,但实际上这种材料抗冲击性比钢铁强,特别是用碳纤维做成的方向盘,机械强度和抗冲性更高。在复合材料的配合下,碳纤维汽车成了家用车中的装甲车。
纤维加固
碳纤维加固包括碳纤维布加固和碳纤维板加固两种。碳纤维材料用于混凝土结构加固修补的研究始于80年代美、日等发达国家。中国的这项技术起步很晚,但随着中国经济建设和交通事业的飞速发展,现有建筑中有相当一部分由于当时设计荷载标准低造成历史遗留问题,一些建筑由于使用功能的改变,难以满足当前规范使用的需求,亟需进行维修、加固。常用的加固方法有很多,如:加大截面法、外包钢加固法、粘钢加固法、碳纤维加固法等。碳纤维加固修补结构技术是继加大混凝土截面、粘钢之后的又一种新型的结构加固技术。
中国从1997年开始从国外引进碳纤维复合材料加固混凝土结构技术研究,成为了研究和工程应用的热点。国内已有数十个高校和科研院所开展了此项研究工作,并取得了一批接近国际先进水平的研究成果。由于中国具有世界上最为巨大的土木建筑市场,碳纤维加固建筑结构的应用将呈现不断增长的趋势。
体育用品
碳纤维运用在运动休闲领域中,像球杆、钓鱼竿、网球拍、羽毛球拍、自行车、滑雪杖、滑雪板、帆板桅杆、航海船体等运动用品都是碳纤维的主要用户之一。
球棒和球拍框架是体育应用中的重要体现。据估计,每年的球棒的产量为3400万副。全世界40%的球棒都是由碳纤维制成的。网球拍框架的市场容量约为每年600万副,其它的体育项目应用还包括冰球棍、滑雪杖等。碳纤维还应用在划船、赛艇等其它海洋运动中。
风力发电机叶片
世界上风力发电机组的发电机额定功率越来越大,与其相适应的风机叶片尺寸也越来越大。为了减少叶片的变形,在主乘力件如轴承和叶片的某些部位采用碳纤维来补充其刚度。碳纤维在风能、核能和太阳能等新能源领域也具有广阔的应用前景。当风力发电机功率超过3MW,叶片长度超过40米时,传统玻璃纤维复合材料的性能已经趋于极限,采用碳纤维复合材料制造叶片是必要的选择。只有碳纤维才能既减轻叶片的重量,又能满足强度和刚度的要求。
碳纤维 发展前景
前景不错,据《2016-2021年中国碳纤维行业深度调研与投资战略规划分析报告》显示,国内外碳纤维产业差距大,国内碳纤维企业面临较大困境。我国企业无论从企业总产能还是单线产能都与国外相差很大,国内碳纤维产品质量稳定性不够、产业链不完整,碳纤维复合材料的设计能力、制备成本以及应用范围都与国外有不少差距。由于国外碳纤维企业在制备工艺和生产设备方面领先我国较多,他们对我国低价倾销国内能够量产的T300 和T700,致使国内碳纤维企业的成本和市场价格出现了倒挂,从而亏损严重。我国碳纤维企业多达30 多家,产业集中度低、同质化严重,产品质量与国外差距较大,一时难以与国外大企业抗衡。
报告显示,国内目前碳纤维产能超过2 万吨,但多为低质量重复建设,单线产能小,“十三五”期间又规划了1.5 万吨左右的产能,而2015 年国内碳纤维需求量在1.5 万吨左右,国外企业占据了80%的市场,2020 年,国内碳纤维的市场空间为2~3 万吨,所以国内碳纤维产能面临过剩,单线产能小、产品质量低的碳纤维企业会面临关停,能够布局全产业链、单线产能上千吨的碳纤维生产龙头会受到投资者青睐;碳纤维设备的制造产业和碳纤维复合材料的应用产业在盈利能力上比碳纤维及复合材料的制备产业乐观很多,国产碳纤维设备已逐渐能满足碳纤维生产的需求。
受益于国内对千吨级碳纤维生产线的较多需求,碳纤维设备会比碳纤维及复合材料更早实现进口替代,碳纤维复合材料在海洋工程、航天军工以及汽车等工业领域都体现了较好的应用前景,同时碳纤维复合材料的价格在降低,所以碳纤维复合材料的应用会越来越广。
碳纤维是什么,发展前景好吗?
你听说过碳纤维吗,猜你也没有,咱们来说说吧。
光从工业角度来说,金属材质——无论是复合材料在轻量化方面的主要对手镁、铝合金,还是传统的超强、薄钢结构,都是目前最有效、最有商业利益也是体系最成熟的制造体系。市场上目前大部分打着轻量化旗号的供应商,也都是走的金属材料体系。因为金属材料轻量化体系对于前轻量化时代的汽车制造体系的兼容性更高、体系转型速度更快、产学研体系更成熟、就业人员众多。相比之下,由于复合材料,尤其是以碳纤维复合材料为主的轻量化制造,要想融入目前的汽车制造体系,就要舍弃掉上面的全部优势。这意味着:生产设备将重新采购和调试,而以前金属生产线上的绝大部分设备都只能转手甚至是舍弃;更意味着要采用一个几乎全新的无损检测体系、一个几乎全新的行业生产标准、一个几乎全新的质量检测体系、一个几乎全新的维护维修体系;更意味着要采用全新的理论和科研资金投向来指导实际生产;更重要的——初、中、高级复合材料技术人员现在全球紧缺。我因为研究关系,了解过英国和欧盟到2022年的复合材料产业布局计划,知道人员——尤其是具有产业事业与科研能力的人员存在很大缺口,目前英、欧的计划是要在2022年将现有的复合材料从业人员翻倍。这还是在欧洲——这个福利与高级工人待遇优越的地方,在我国形势则更加不乐观。而从业人员缺乏,则之前的我提及的问题更加无从谈起。以上的各种情况是客观存在的。我在我的另一个回答:碳纤维能用在量产车上吗?里分析宝马莱比锡工厂和宝马/SGL战略布局时就曾对上述问题提及过。
但是真如我们发现并最终开始使用青铜和钢铁等材料一样,人类并不会因为这个东西难以生产,或者暂时没有经济效益,就不会朝着更高的能量效率方向发展。否则,石器时代的人类为什么要费老大劲,先烧制那么多木炭,再做个吹风气,再用泥巴砌个小高炉,再四五个精壮的汉子没日没夜地朝着炉子里面吹气、扇风、加燃料?随手捡个石头磨好,比上面的步骤简单地多。同理还有火车、蒸汽机??在这就不枚举了。碳纤维复材在汽车制造——甚至广义意义上的交通工具制造中的先进地位,也是一样。经济利益也不是目前第一驱动力。
但这不意味它永远没有经济盈利。
碳纤维复材目前在汽车上的运用更多是概念式的推广和应用。我们在业界的观察可以轻易地发现,现在只有宝马在引领着大规模碳纤维复材汽车制造,而其余真正加入的汽车厂商寥寥?为什么?因为其实不赚钱,世界目前唯一一款大规模制造、商用化的全碳纤维复材电动车i3,其实是在亏本卖的。也的确只有像宝马这样的汽车业巨擘,才能做这样的先锋角色,其他的厂商能把传统车型做成盈利就挺好了。宝马着重的是碳纤维复材的这个概念,这背后反映的是他们对汽车行业的深刻观察和战略布局。我猜测,宝马能够察觉到碳纤维复材在交通工具上的应用是一股无法阻挡的历史潮流,但是前期的孵化期很长;可一旦这股潮流来到,将彻底革新整个运输行业的上下游生产链。其很有可能让人类脱离依靠化石能源的日子,走向电磁世纪。而汽车这个概念,也将逐渐退出历史舞台。
这也是中国汽车制造业的一次弯道超车的机会。
因为电磁动力在载重重量降低至一定程度后,完全可以满足人类目前在地球上的运程和运输要求。而且相比化石能源,其能源效率更高。再展望未来核能和再生能源如风能、太阳能、潮汐能等的发展,整个地球上的文明转向电磁动力几乎是肯定的。所以宝马要挑头干这事,而中国更要挑头干这事,因为我们目前拥有着对大型和高精尖工业发展更友善的体制。相比欧美资本主义国家的单向市场调控,我们更可以用国家的行政力量来引导技术的发展方向与布局,并营造一个良好的、长期的产业孵化期,而其中主要的孵化手段就是政策补贴和政策扶持。所以,这也在无形中解答了题主的疑问:在中国,资本一定是对政策敏感的。你的观察没有问题,如雨后春笋般涌现出的那些企业,就是因为看到这个趋势,才开始大规模布局出现的。其中有骗补的,也有想踏踏实实做事的,很正常。每个产业发展的初期都是这样,现在中国在这一块还没有进入整合期。
但是我们拭目以待吧。人的确要看好脚下的路,但是那是为了到达更远的远方。
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碳纤维未来的发展前景如何?
据Markets and Markets预测,到2026年全球碳纤维市场规模将达到80亿美元。
高性能碳纤维是火箭、卫星、导弹、战斗机和舰船等尖端武器装备必不可少的战略新兴材料,国家政策也大力支持碳纤维产业的发展。
《中国制造2025》中提出,2020年国产高强碳纤维及其复合材料技术成熟度要达到9级,实现在汽车、高技术轮船等领域的规模应用;2025年国产高强中模、高模高强碳纤维及其复合材料技术成熟度要达到9级;力争在2025年前,结合国产大飞机的研发进程,航空用碳纤维复合材料部分关键部件取得CAAC/FAA/EASA等适航认证。碳纤维(T800级)拉伸强度≥5.8GPa,CV≤4%,拉伸模量294GPa,CV≤4%。
来源:《揭秘未来100大潜力新材料(2019年版)》_新材料在线
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