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讲堂·盘点未来几年推动复合材料增长的因素

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自从复合材料在制造业中出现以来,这种材料已越来越多地用于几乎所有主要工业领域。由复合材料制成的最终产品的需求已显着增加,未来对于材料而言是充满希望的。


在已经广泛应用的行业中,复合材料的崛起意义重大。在美国,复合材料行业在过去一年中以6.3%的速度增长,而这一增长背后的价值高达82亿美元,而最受欢迎的复合材料是玻璃纤维/聚酯树脂复合材料。



复合材料最重要的市场通常是运输、建筑、管道和储罐。尽管早在2013年,美国是复合材料的最大消费国,其次是德国,但目前中国已经超过了两者,并且在人均复合材料消费量方面升至第一位,使其成为最大的复合材料消费国。在未来一段时间里,推动复合材料使用量增长的主要因素包括:


1.交通运输和汽车


运输和汽车可以理解,它是复合材料的最大消费者。复合材料坚硬、抗拉、结实,并且可以满足所有要求。这使它们非常适合所有汽车需求,在这些需求中,汽车必须同时轻量化和坚固。复合材料是此组合的理想解决方案。



过去几年来,美国的运输业一直在持续增长,复合材料用途也在不断增长。车辆内部和外部使用玻璃纤维一直是推动该领域复合材料增长的主要因素。铝、高强度钢和镁以及其他复合材料一直是使车辆轻量化以降低油耗和排放的关键驱动因素。


2.航空航天


除汽车外,过去几年来,航空航天业还大量使用复合材料。实际上,波音787和空中客车350等新一代飞机的结构中碳纤维复合材料含量高达50%,航空航天工业的增长率甚至比汽车工业高出10.3%,而不是汽车工业的6.3%,根据预测这将使航空航天工业成为复合材料的最高消费国。



此外,波音公司和空中客车公司都大量积压飞机,这导致过去几年复合材料的堆积需求。当然,今年这一数字肯定还会增加。


3.建筑领域


过去几年中,建筑行业中的复合材料使用量也显着增长了4.9%。这是由于开发人员正在切换到比传统的砖混砂浆更好和更坚固的复合材料。刺 激这种需求的还有政府对旧基础设施(如桥梁和道路)进行改造的激励措施。目前,建筑业已成为第二大复合材料消费领域。由于施工仍在进行中,这种情况将继续下去。


4.管道和储罐


这是目前市场上最著名的复合材料消费行业之一。由于石油和天然气生产商以及燃料、废水和污水管道生产公司都看到了复合材料的实用性,因此管道和储罐行业一直在尝试扩大复合材料应用规模。



根据特性需求,这是可以理解的,因为复合材料坚固且无腐蚀性,非常适合所有管道和储罐的需求。该行业对复合材料的需求增长了5.2%,在复合材料行业的不同行业中是最高的。


5.可再生能源


由于涡轮叶片和电动机以及其他材料的重量轻、性能高,因此复合材料开始发挥重要作用。如预期的那样,复合材料既轻巧又结实,并具有高刚度。这使得涡轮机和其他设备的性能非常出色,从而使不断增长的可再生能源市场得到了进一步的推动。美国政府已委托建造大量风能发电场,并在随后的几年中进行,这将大量消耗复合材料。


以上因素是近年来复合材料行业表现如此出色的主要原因。近年来,随着复合材料在市场上的采用率不断提高,它们将在整个经济中占据很大的份额。这都是有充分理由的,因为复合材料具有出色的能力,可以应对市场对轻质和坚固材料的需求。


来源:碳纤维及其复合材料技术

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来源:碳纤维生产技术
复合材料航空航天汽车建筑风能电场材料
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首次发布时间:2024-07-10
最近编辑:4月前
碳纤维生产技术
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性能·一文了解碳纤维和其他碳基材料的导热性能

1 什么叫做热导率? 热导率是指材料导热的能力。它是通过热导傅里叶定律进行量化:当体内存在温度梯度时,热能将从高温区域流向低温区域。这种现象称为传导传热,并由傅立叶定律描述。 高导热率材料之间的热传递比低导热率材料之间的热传递速率更高。换句话说,具有高热导率的材料比用作绝热体的具有高热阻率的材料具有更好的导热性。2、热导率的单位 用英制单位表示的热导率以BTU /(hr·ft·F)为单位。在国际单位制(公制)中,单位为瓦/米开尔文(W·m⁻¹ ·K⁻¹)。3、热量如何传导? 非金属和金属的导热系数不同,其导热原理也存在差别。在金属中,电导率主要归因于自由电子。这就是具有高电导率的金属也具有高热导率的原因。导热系数随温度变化而变化,通常随温度升高而降低。非金属的导热性主要是由于晶格振动(声子)。除了低温下的高质量晶体外,差异不大,导热系数大致保持恒定。4、不同材料的热导率对比 下表中热导率的单位W / m * K,密度是g / cm³。表中数据仅供参考,因导热系数将随化学成分、材料类型、晶体结构、测量方法、纤维排列、温度梯度等变化。5、什么是石墨烯? 石墨烯是紧密堆积在二维(2D)蜂窝状晶格中的扁平碳原子单层,并且是石墨材料的基本构造单元。它可以包裹在富勒烯中(碳纳米管的别称),也可以堆叠在3D石墨中。石墨烯片堆叠以形成石墨。石墨烯片材最近已经被生产并且是深入研究的主题。它们尚未得到广泛使用,但很快就会进入各行各业。6、碳纤维与其它碳基材料导热性对比 目前有关碳纤维和其他碳基材料如碳纳米管、石墨烯的导热性的文章和研究很多,而其中测试结果也存在一定差异,具体体现在:测量值范围很大。对于跨片测量的碳纤维复合材料,该值可能会非常低,对于热解石墨和金刚石等材料,它可能会非常高。碳纤维、石墨和其他碳衍生物根据测量平面的不同而有很大差异。沿着纤维方向,热导率很高,相对于平面,热导率大大降低。碳纤维的碳含量越高,碳化程度越高,热导率越高(也就是说碳纤维模量越高,热导率越高,如M55J级高模碳纤维热导率可达155W / m * K)。碳纤维复合材料的热导率很难测量,因为它受到制造工艺、基体组成、纤维排列、测量方法和样品制备等众多因素影响。部分实验结果显示通过掺杂碳纳米管和其他碳基材料可以提高碳纤维复合材料的热导率。由于尚未开发相应的热导率测试技术,因此所报告的一些数字只是理论上的,如石墨烯、碳纳米管等。7、碳纤维、石墨材料优点有哪些? 7.1 尺寸稳定碳纤维比铜和其他金属具有优势,因为它的热膨胀系数非常低。加热材料时,它会膨胀,然后在冷却时再次收缩。当公差非常关键时,这可能是一个重要问题。光学系统和微电子学就是例子。铜的热膨胀系数为16.6,而碳纤维的系数可低至0。因此,金属铜可以与碳纤维/石墨材料结合在一起,制成了一种线性热膨胀系数明显较小的材料。此外,科研人员曾尝试了金属铝和碳纤维通过混合形成电偶,但是容易导致腐蚀。因此铜是更好的选择,且也不存在腐蚀问题,如果碳纤维的石墨化程度很高,实际的导热系数可能会比单独的铜高。7.2 导热系数大一些石墨和金刚石比铜和银的导热系数高得多。但是其费用也高得让人望而却步。此外,高热导率石墨非常易碎,这是一个缺点。7.3 比强度碳材料比金属轻得多,如碳纤维具有较高的强度重量比。普通环氧树脂中的任何碳纤维只能承受不会损坏环氧基体的温度。因此,常规复合材料用途有限。目前已经开发了高温环氧树脂,但实际上温度不是很高。可已通过制造碳纤维面板而不将其嵌入环氧树脂的方法,这大大扩展了温度范围。8、碳纤维是很好的导热体吗? 通常,答案是“取决于情况”。上文中也提到,碳纤维模量越高其导热性能越好,如M55J级高模碳纤维热导率可以与铜媲美甚至超过铜,它也是T300、T800级碳纤维的数倍。对于普通碳纤维如T300碳纤维由普通环氧树脂制成并希望在整个厚度范围内传导热量时,可以通过添加石墨烯等,提高其传热性能。石墨是热交换器的常用材料。其他碳材料(例如金刚石)或某些石墨(例如热解石墨)可以比铜高5倍。主要参考:christinedemerchant来源:碳纤维及其复合材料技术特别声明:公 众号部分文章和图片来源于网络,发布的目的在于传递更多信息及分享,并不代表本公 众号赞同其观点和对其真实性负责,也不构成任何其他建议。版权归原作者所有,任何组织或个人对文章版权或内容的准确性存在疑议,请第一时间联系我们,我们会及时修改或删除。广告免责声明:为了公 众号稳定发展,本公众 号会不定时承接行业广告、产品推广、会议培训推广等广告展示方式有文章前/中/后以图片形式展示、软文展示、产品链接展示等。本公 众号只提供发布平台,对广告内容的真实性或有效性不做评价,请自行判别。所有广告内容及相关事项与本公 众号无关,特此声明。来源:碳纤维生产技术

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