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文章连载·美国赫氏:城市空气流动性

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城市空中交通的重大挑战和机遇

城市空中交通(UAM)有望成为下一个重大的交通创新。与今天的出租车或乘车共享类似,UAM将在空中提供运输服务,消除街道拥堵,并提供便捷,快捷的城市中心出行方式。材料将成为UAM的核心,以提供高效,可靠且具有成本竞争力的运输工具。材料已经成为当今飞机效率的关键驱动力,对于新兴的UAM市场,它们将变得更加重要。
环保
Urban Air Mobility专注于电动汽车,以提供清洁,绿色和高效的运行。轻巧的材料是关键。减轻结构的重量导致增加货物或载客能力,增加车辆的行驶距离并减少操作所需的能量,从而改善了UAM的总体碳足迹。复合材料受损时也可以修复,需要时可以回收。制造过程中产生的废料可以重新利用,报废结构可以回收再利用。增材制造还可以减轻车辆的重量,并且与传统的制造方法相比,可以以更少的浪费和更少的能量来生成复杂的结构。
轻巧的
减轻UAM车辆的重量是减少系统碳足迹的最佳方法之一。航空旅行的一个很好的经验法则是每公斤重量(kg)每小时运营0.01美元(1美分)。如果飞机每年飞行2000小时,则减轻1千克的重量可以节省超过3千克的二氧化碳排放量。较低的能耗还可以降低运营成本,增加货运量以及降低成本的推进和提升系统。碳纤维复合材料重量轻且坚固,这使其成为航空航天系统的首选材料。增材制造可以通过固结零件,使用仅将材料放置在需要的地方的有效设计来进一步减轻重量,并通过使用碳纤维填充的热塑性塑料来提高刚度。
可维修
复合材料结构在损坏时可以修复。游船和游艇通常是用复合材料建造的,修补已经使用了几十年,使浪费最小化。补丁修复包可以与系统一起携带,以便在UAM损坏时随时随地进行修复
Recyclable
当部件损坏无法修复或关键部件无法修复时,复合材料可以回收。碳纤维可以从固化的复合材料部件中回收,然后再用于其他产品。热塑性复合材料通常可以通过加热和重整材料来重复使用。可以对树脂系统进行热解以回收碳纤维,并且热解过程可以产生可用于帮助热解过程的燃料。
安全舒适
碳纤维复合材料已经在航空航天工业中用于主结构多年,并且已被证明是一种安全可靠的材料。实际上,碳纤维复合材料比金属机身需要更少的维护,不会腐蚀,并且具有更高的抗振动疲劳性。UAM的声学性能也是一个非常重要的考虑因素,无论是为了乘客的舒适度还是他们将要工作的城市环境。可以定制复合材料和蜂窝状芯材,以抑制发动机和旋转设备产生的大量噪音。复合材料还可以调节电磁频率的传输和吸收,这将是通信和传感器系统的重要需求,成为系统的一部分。
被航空航天认证
碳纤维复合材料和蜂窝芯材体系已经在航空航天器中使用了50多年,并且众所周知。新一代商用飞机由50%的碳纤复合材料构成。选择碳纤维复合材料是因为它们具有出色的刚度,强度和低重量,因此它们是UAM的理想选择,因为UAM的强度,刚度和重量都很重要。新兴的UAM市场可以依靠在航空航天领域使用复合材料的丰富经验。
安静
数十年来,复合材料与蜂窝系列相结合已被用来抑制喷气发动机发出的噪音。新的蜂窝芯系统进一步降低了航空系统中的噪声,可用于抑制电力驱动和转子系统中的噪声。复合刚度可在整个结构中进行修改和控制,以减轻振动并提供更平稳,更安静的乘坐体验。如果要在城市环境中广泛使用这些系统,安静的UAM系统将是关键。
沟通友好
天线和通信系统对于UAM系统的安全高效运行至关重要。天线罩用于保护天线,它们由复合材料制成,可通过电磁波透明性保护环境。随着UAM所需的传感器和通信系统使用的增加,许多电磁信号将进入空域。复合天线罩可以针对选择性频率进行调整,这将使UAM通信系统仅针对其所需的频率,并过滤掉不需要的电磁信号。
让它负担得起
随着UAM市场的发展,生产的飞行汽车数量将超过现有飞机和旋翼飞机的数量,并将开始接近汽车的生产。汽车生产方法需要非常高的资金和工具成本,并且仅对于非常大批量的生产平台才具有经济意义。复合材料所需的资本设备和模具少得多,这意味着它们可用于小批量生产,然后可以实现更高的自动化规模。机械化叠层和组装,灌注和压缩成型以及增材制造等制造技术为该过程带来了更多的自动化。材料的更快固化和加工提供了更高生产率,同时仍保持了质量和性能。复合材料的可扩展性使其成为项目初期的理想选材,也是大批量生产的理想选材。
可扩展制造
随着UAM行业的发展和壮大,它将需要可扩展的制造流程,无法随市场有效增长。复合结构的小批量生产可以用最少的资金投入进行。复合结构可以通过简单且低成本的工具手动铺放,并可以通过简单的烤箱进行固化。
自动化
随着产量的增加,复合材料制造可以实现自动化。对于当今大多数航空航天制造,使用机器人系统将材料放置在工具上,并且材料的堆积,检查和后处理可以在很大程度上实现自动化。随着产量的增加,这可以降低零件成本。可以使用浸入和压塑成型,其中可以使用干纤维预成型件创建大型的集成结构,然后在一次操作中进行浸入和固化。增材制造是一种完全自动化的技术,可以创建独特而高效的结构。
分布式制造
随着市场的发展和制造规模的扩大,复合材料也适用于分布式制造,在分布式制造中,汽车可以小批量生产,但距离汽车使用的地方更近。由于不需要很高的资本设备成本,企业可以建立一系列微型工厂,使它们能够降低风险,使工厂更接近市场需求,并创建一个灵活且负担得起的敏捷生产系统。
来源:美国赫氏,碳纤维生产技术编辑整理


来源:碳纤维生产技术
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首次发布时间:2024-10-12
最近编辑:23天前
碳纤维生产技术
助力国内碳纤维行业发展
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企业关注·中复神鹰:碳纤维领域王者崛起,C位亮相CCE展

在2024年9月2日盛大开幕的第27届中国国际复合材料工业技术展览会(2024CCE)上,中复神鹰以超过200平方米的C位展位,携年度重磅新品强势登场,全系列王牌产品悉数亮相。在这场年度最强行业盛会上,中复神鹰以全新阵容刷新了中国碳纤维的国际形象,展现了其在碳纤维技术领域的最新成就和未来潜力。来源:荣格复材技术Part 1中复神鹰C位亮相2024CCE在2024CCE展会上,中复神鹰展出了包括全球首款工程化量产高强高模碳纤维SYM50X-12K、高界面性能干喷湿纺高模量碳纤维、SYM55J-6K和SYM60J-6K在内的多款新品。这些产品以其卓越的性能指标和规模化生产能力,填补了国产高端应用的空白,为航空航天、高端体育等领域带来了进阶的应用方案。中复神鹰的匠心力作推动了我国复合材料技术向世界一流水平迈进。2024年被称为“低空经济元年” ,eVTOL等航空器以万亿市场潜力火爆“出圈”。在神鹰展位,小鹏旅航者X2飞行器格外吸睛,中复神鹰以高性能碳纤维组合方案,成为航空器增强减重、降能增程的理想选择。此外,中复神鹰SYT45-3K碳纤维以在多款前沿航空器上的成功应用脱颖而出,荣获本年度CCE-JEC创新产品奖。Part 218年的突破与超越成立于2006年的中复神鹰,作为中国建材集团控股的国内碳纤维龙头企业,自成立以来一直致力于碳纤维的研发和产业化。18年来,中复神鹰连续攻克诸多碳纤维关键核心技术难题,打破国外技术垄断和产品封锁,乘着上市的东风,建起万吨碳纤维生产基地,实现了自我的一次又一次超越,成为当之无愧的科创板碳纤维第一股和碳纤维龙头企业。中复神鹰近年来发展迅速。2022 年 4 月 6 日,中复神鹰在科创板上市,并筹建了多个重要项目,如 “西宁年产万吨高性能碳纤维及配套原丝项目”“航空航天高性能碳纤维及原丝试验线项目” 和 “碳纤维航空应用研发及制造项目”。这些项目的推进使中复神鹰的产能大幅提升,总产能跃居全球前列。作为国内高性能碳纤维领军企业,公司产品涵盖了高强标模型、高强中模型、高强高模型等20个产品系列,40余种产品规格,规格覆盖1K-48K各种型号。从产品应用场景来看,公司定制化地开发了适用于压力容器、光伏热场、风电叶片等各个领域的碳纤维产品,其中压力容器、碳/碳热场国内市场占有率超过50%,全球市场占有率超15%。中国建材西宁万吨碳纤维生产基地展厅内展示的碳纤维在航空领域的应用(新华社记者 王鹏 摄)Part 3技术突破的里程碑干喷湿纺技术是中复神鹰创新研发历程中最浓墨重彩的一笔,更是中国碳纤维产业化发展过程中具有里程碑意义的事件。时至今日,虽然已经有多家国内企业攻克这一技术,但是在十多年前,中复神鹰在国内最早实现技术性突破,率先实现高性能干喷湿纺碳纤维产业化,成为当时世界上继日本东丽、美国赫氏之后,第三家掌握该技术的企业。从此,我国成为世界上第三个掌握该核心技术的国家。2005 年 9 月 29 日,中复神鹰正式启动碳纤维项目,立志 “做出中国人自己的碳纤维”,该项目被命名为 “9・29 工程”。此后,中复神鹰相继攻克了湿法纺丝工艺百吨线、千吨线原丝制备和碳化工艺等全流程关键技术。2007 年,实现产业化生产的第一批碳纤维下线;2008 年,建成千吨 SYT35(T300 级)碳纤维生产线并稳定生产;2010 年 10 月,“千吨规模 T300 级原丝及碳纤维国产化关键技术与装备项目” 获得中国纺织工业联合会科学技术进步奖一等奖;2015 年,建成了国内首条千吨级干喷湿纺碳纤维产业化生产线,该项目获得 2017 年国家科学技术进步奖一等奖。“尤其重要的是,中复神鹰掌握碳纤维全流程工艺,所有核心技术、全部工艺包及全套生产设备均掌握在自己手里。”中复神鹰相关人士表示。经过多年自主研发,中复神鹰科创硕果累累。从碳纤维制备技术角度来划分,东丽目前已经走过了3代碳纤维:第1代是T300级的碳纤维制备技术,第2代是T700、T800、T1000级的碳纤维制备技术,第3代是T1100、M40X级的碳纤维制备技术。2023年以来,东丽发布了新一代的T1200、M46X级碳纤维,实际上意味着东丽进入第4代碳纤维制备技术阶段。遵循着从有用到好用的发展方向,中复神鹰目前在规模化量产上已经进入第4代。中复神鹰第1代是湿法制备T300级碳纤维,最早是张国良带领一众科研人员完成攻关。第2代是自主设计千吨级T700、T800级碳纤维,其中包括获奖的干喷湿纺千吨级T700级碳纤维产业化技术。第3代的标志是西宁万吨高性能碳纤维生产基地,技术上实现了从湿纺到干喷湿纺的进步,规模上实现了从千吨级制备到万吨级制备的跨越。目前,中复神鹰已经成功研发出M46X级碳纤维,T1200级正在攻关,而现在正在建设的连云港3万吨碳纤维生产基地将会带领中复神鹰走向第4代。 复神鹰不断突破干喷湿纺高性能碳纤维的技术瓶颈,率先建成国内首个万吨级高性能碳纤维生产基地,率先实现增韧树脂批量生产,成功固化 T800 级碳纤维航空预浸料生产工艺,建成航空级预浸料生产线,航空预浸料专用 T800 级碳纤维通过 PCD 预批准。今天,中复神鹰形成了“大容量聚合与均质化原液制备技术”“高强/中模碳纤维原丝干喷湿纺关键技术”“PAN纤维快速均质预氧化、碳化集成技术”“干喷湿纺千吨级高强/百吨级中模碳纤维产业化生产体系构建技术”四大核心技术体系;已建成从“碳纤维基础研发-实验室论证-中试放大-产业化验证-应用开发研究”的全流程研发平台。截至2024年6月末,公司累计已取得52项发明专利,207项实用新型专利,1项外观设计专利。这些技术成果不仅提升了产品的市场竞争力,也为公司的持续发展提供了强有力的支撑。Part 4产能扩张的升级之路中复神鹰一直追踪国际上最先进的碳纤维制造技术,瞄准市场最需要的 T700 级、T800 级产品,对标国际龙头企业,持续展开技术攻关,逐步从碳纤维新秀变成了产业龙头。伴随碳纤维新项目投产,中复神鹰首次实现单线年产 3000 吨高性能碳化生产线设计和运行,单线产能国内居首,在国内首次实现高性能 T700 级、T800 级碳纤维万吨规模化生产,实现与国际巨头 “并跑”。2021 年,中复神鹰西宁万吨碳纤维项目入选了央企十大超级工程。到 2023 年底,中复神鹰总产能已达到 2.85 万吨,产能规模跃居世界前三。2023 年 5 月神鹰西宁二期 1.4 万吨项目的投产推动了公司产能规模的再提升,为碳纤维国产化替代进程的加快持续助力。 中复神鹰董事长张国良表示,中复神鹰是国内首家瞄准国外最先进的技术、实现碳纤维国产化批量生产的企业。对于中国碳纤维产业来说,2022 年是一个重要节点,这一年,国产碳纤维用量历史上首次超越了进口量。张国良对行业及公司未来发展前景持乐观态度,他表示,到 2026,中复神鹰的产量要翻一番,从 3 万吨到 6 万吨。 8月12日,位于西宁经济技术开放区甘河工业园区的中复神鹰碳纤维西宁有限公司的生产车间一派繁忙。2023年5月,2.5万吨碳纤维项目在这里全面投产后,成为全球单体规模最大的全流程碳纤维生产基地,自主创新能力和综合竞争力也位居全国碳纤维制造行业前列。(来源:青海日报 祁国彪 摄)Part 5持续创新与拓展合作 据报道,中复神鹰将持续深耕航空航天及新能源领域,同步加大对新兴领域的跟进力度,提前布局汽车轨交等未来增量爆发点的关键市场;不断拓展下游产业链合作,与隆基绿能、法国彼欧、法国佛吉亚等龙头企业签署战略合作协议。此外,公司将持续扩大高强高模碳纤维的产业化规模,在充分整合上下游资源的同时,结合建设国家级研发平台,进一步加大产业链的技术研发力度,特别是要开展第四代碳纤维生产技术的研发。与此同时,中复神鹰积极开拓国内外业务市场。目前公司已经开拓了欧洲及亚洲等相关国家的业务市场,境外营业收入占比逐年提升,2023 年较 2022 年增长了 1.37 个百分点。面对当前阶段性供需不平衡的市场形势,中复神鹰总经理刘芳表示,公司 “点、线、面”综合发力,以高性价比的产品为着力点,与下游产业链结成广泛合作战线,形成国内国际市场双轮驱动的新局面。另一方面,公司持续优化产能结构,紧紧围绕连云港本部和神鹰西宁两大生产基地,因时制宜、错位发展,灵活运用产线柔性切换的特点,动态调整生产工艺,实现定制化生产。 中复神鹰以其在碳纤维领域的技术创新、产能扩张、市场拓展和企业责任等方面的卓越表现,已经成为国内乃至全球碳纤维产业的重要力量。随着公司在技术创新和市场拓展方面的不断努力,中复神鹰的未来发展前景广阔,必将成为具有全球竞争力的世界一流碳纤维企业。 来源:荣格复材技术来源:碳纤维生产技术

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