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      市場聚焦·碳纖維復合材料的獨特之處是什么?為什么碳纖維的價格如此昂貴?
      時間:2021年10月24日 來源:碳纖維及其復合材料技術  作者:佚名 瀏覽次數:


      碳纖維是制造業中一種非常獨特且性能卓越的材料。無論是汽車、航空航天、化工還是醫療設備,碳纖維增強塑料(CFRP)因其獨特的特性而被大量用于制造上述行業所需的零部件,使其成為一種重要的原材料。碳纖維零件和碳纖維片材主要應用領域包括航空航天、核工程、通用工程、運輸,以及包括齒輪、風扇葉片和汽車車身等工程部件。
      在碳纖維使用時,通常是將碳纖維作為樹脂、陶瓷或金屬為基體制成的復合材料的增強材料。由于碳纖維復合材料具有極高的機械特性(比拉伸強度、比模量)和其他特性(低密度、低熱膨脹系數、耐熱性、化學穩定性等),因此碳纖維廣泛應用于各種應用。這些特點使碳纖維變得如此獨特和與眾不同,這也是幾乎所有制造業都喜歡使用碳纖維的原因。


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      01 是什么讓碳纖維復合材料如此獨特?


      碳纖維的性能特征和特殊特性決定了其獨特性。這些特點包括:
      1)、CFRP在比強度和比模量(比剛度)方面優于鋼或玻璃纖維增強塑料(GFRP)。CFRP具有典型的質輕高強特性。此外,碳纖維復合材料的抗疲勞性能優于其他結構材料。
      2)、碳纖維零件具有較低的熱膨脹率和較高的尺寸穩定性,即使在高溫區域也能保持這些優異的機械性能。
      3)、碳纖維具有高導電性(體積阻抗),同時具有優異的EMI屏蔽性能。這成功地將CFRP帶入了電磁干擾屏蔽領域。
      4)、除了重量輕、剛性好外,碳纖維還具有極好的X射線透射率,因此碳纖維復合材料在醫療設備零件領域受到高度歡迎。CFRP有助于獲得更清晰的照片圖像。

      02 碳纖維復合材料可產生什么價值?


      下一代碳纖維復合材料,如預浸料復合材料,可將乘用車重量減少50%,并在不影響性能或安全的情況下將燃油效率提高約35%;以今天的汽油價格計算,這一進步可以在汽車的整個使用壽命期間節省超過 5,000 美元的燃油。除了用于制造汽車和卡車外,碳纖維的進步將有助于制造商降低成本,改善風力渦輪機葉片和塔架、電子設備、儲能部件和輸電線路的性能。
      此外,在 3D 打印技術中,碳纖維復合材料的存在正在增加價值。這是一種用于多種應用的復雜技術,不需要大型設備設置。該技術可用于在短時間內打印多個對象。
      與其他金屬材料相比,連續碳纖維用于 3D 打印具有更高的強度和剛度。碳纖維的含量和取向是可控的,這簡化了優化過程。使用碳纖維的3D打印還可以在航空航天、汽車和牙科等各種終端行業的零件制造中實現高精度。這項技術將徹底改變碳纖維的制造工藝,并將為市場參與者提供重大機遇。

      03 為什么碳纖維復合材料價格這么貴?


      用于加工碳纖維的原料是一種類似用于毛衣和地毯的纖維,價格不貴,每磅3美元。但將其從前驅體加工成碳絲需要將其加熱數小時。此外,還有50%的浪費。在溫度超過1000攝氏度的情況下,經過三次加熱循環后,電費是相當昂貴的。在制備復合材料時需要加入樹脂來固定其最終形狀。搞砸了,需要從頭開始。
      總而言之,碳纖維起價可能為每磅3美元,但當它到達自行車車架制造商時,預浸復合材料織物的價格將接近每平方米20美元。再加上1000小時以上的開發勞動時間、一些錯誤、大量浪費,4000美元碳纖維自行車車架聽起來就不再那么貴了。此外,制造和組裝機器并不是唯一需要考慮的技術成本因素。
      新的復合材料制造軟件即將上市。例如:設計仿真軟件以縮短設計周期;用于分析效率損失來源的成本建模軟件;基于知識的工程產品,以降低勞動力成本。因此,軟件供應商也在推出產品,以幫助提前識別制造風險。這將在錯誤發生之前減少代價高昂的錯誤,進一步減少循環時間和碳纖維制造成本。
      上述所有因素將碳纖維復合材料/預浸料復合材料的成本推到如此之高地步。就應用而言,碳纖維市場在價值和數量上均以復合材料市場為主導。這種增長是由于碳纖維復合材料在航空航天、國防、汽車和風能等行業的廣泛應用。碳纖維制造和碳纖維加工的可擴展性和范圍遍布全球各地,尤其是歐洲擁有碳纖維市場的最大市場份額,因為它有大量海上風能裝置,隨后是在英國和德國。
      盡管制造商們正專注于生產低成本碳纖維,但大規模生產和商業化仍需要時間。為了有效降低纖維成本,必須通過大規模生產降低碳纖維的成本。由于碳纖維成本高,其應用仍然受到限制,因此其特性的獨特性和最終產品的高昂價格是合理的。

                            來源:碳纖維及其復合材料技術

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