碳纖維複合材料未來幾年的發展趨勢

近年來,全球範圍都在積極應用碳纖維複合材料,尤其是發達國家。全球碳纖維複合材料市場規模不斷擴大,據統計,2020年全球碳纖維需求量超過10萬噸。碳纖維複合材料的高強度、輕量化、綜合性能高等優勢已倍受關注,未來幾年,碳纖維複合材料產業將呈現出以下幾個趨勢:

碳纖維複合材料未來幾年的發展趨勢

一、

輕量化

需求推進應用比例的增長

從航空航天到工業製造的各個行業,都在尋找創新的方法來減輕多餘的重量,碳纖維複合材料在實現輕量化的同時,還能提供與同類產品相當的安全性和可靠性,實現功能整合與減重雙重目標。例如,配備電驅動或燃料電池引擎的汽車能夠透過減輕結構件或動力總成部件的重量,使其續航里程得以增加,最直接的案例就是智上新材為汽車裝置商定製的碳纖維動力電池箱體,比金屬箱體減重三分之一;工業機械中的重型、高負載以及耐用的工業裝置,可以透過採用高強度與效能更好的材料實現輕量化、輕薄的精密結構,智上新材為紡織、印刷、造紙、鋰電池等行業提供的碳纖維輥,在提高生產效率、減少能耗的同時,還因為碳纖維複合材料所提供的良好尺寸穩定性、耐化學腐蝕性、耐疲勞性而獲得最佳化的結果。事實證明,碳纖維的這種輕量化應用價值將大幅度推動其在多種行業中的應用比例。

碳纖維複合材料未來幾年的發展趨勢

二、效能需求不斷個性化、多元化

為了滿足某些行業對特定專案的材料需求,碳纖維複合材料零部件製造企業需要不斷開發出具有特定應用效能的碳纖維複合材料,例如耐高溫性、阻燃性、自潤滑性、電磁波透過性等不同的效能特徵,以此擴大碳纖維複合材料的應用範圍。而且,碳纖維複合材料的這種可調適的應用能力反過來又會引導工業製造等領域進行裝置升級。

碳纖維複合材料未來幾年的發展趨勢

航空、軌道交通以及汽車製造在材料選擇時通常會考慮乘客的安全性,阻燃類碳纖維複合材料更符合這類應用需求;航天工程和特種工業裝置的一些零部件需要耐受很高的工作溫度,智上新材為這類裝置提供耐高溫碳纖維複合材料零部件的定製服務,這類碳纖維產品可承受數百至上千攝氏度的不同工作溫度,同時還能保持低熱膨脹係數;許多工業裝置要求零部件材料具有足夠的耐磨性和自潤滑性,智上新材開發的連續CF增強PEEK等複合材料有效提升了零部件的自潤滑和耐磨效能。而且,這種連續碳纖維增強熱塑性複合材料產品可以透過選擇不同種類的基體材料、含量不同的碳纖維以及新增工藝改變或調節複合材料的實際效能。可以說,工業等領域的應用需求帶動了碳纖維複合材料的發展。

碳纖維複合材料未來幾年的發展趨勢

三、可回收利用將成為重要發展目標

如果從材料全生命週期的角度來審視,熱固性碳纖維複合材料必將面臨挑戰。為了應對該問題,現在主要有兩個方向的解決方案:一是針對當下市場上的碳纖維複合材料進行可回收性研究,例如近期華盛頓州立大學機械與材料工程學院張錦文教授團隊以環氧基vitrimer材料替代環氧樹脂,創造出一種方便可回收的碳纖維複合材料;二是直接採用熱塑性樹脂基替代熱固性樹脂基,例如智上新材開創了以連續碳纖維為增強體,以中高階熱塑性樹脂為基體的熱塑性碳纖維複合材料零部件解決方案。這種熱塑性樹脂基體與熱固性樹脂基體不同,具有可回收和二次利用的基本條件,如今,這種新興的連續碳纖維增強熱塑性複合材料製造技術正在奮力趕超傳統的碳纖維增強熱固性複合材料,正在為航空航天、軍工、軌道交通,智慧機械和高階醫療市場中的特定使用者提供具有更高效能的應用產品。

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