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盘点2018ℱ碳纤维应用年终盘点 很高冷? 并不! 手机、汽车、建筑、航空处处都有TA

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本文摘要:(由ai生成)

2018年,碳纤维复合材料在手机、建筑、航空和汽车等多个领域广泛应用。南京机场改扩建项目和重庆隧道加固修复项目等建筑项目使用碳纤维材料;航空领域如奥德修斯无人机和翼龙1D无人机等采用碳纤维结构;汽车领域如蔚来ES6、兰博基尼SC18和福特GT Carbon Series等车型使用碳纤维材料,提升性能和减轻重量。

坚如磐石,却韧如发丝。


碳纤维复合材料是军民两用新材料,被称为21世纪的“黑色黄金”,具有耐高温、重量轻、高强度、高模量等优良特性,应用范围广泛。复合材料预测和咨询机构CFC预测,预计到2020年,全球碳纤维复合材料的需求总量将达到26万吨,按照碳纤维复合材料平均5000元/公斤的单价计算,市场规模将达到1.3万亿元左右。


但资料显示,碳纤维下游应用技术的开发难度较高,各工艺参数必须系统配合,复合材料设计与成型需要衔接,下游领域的应用开发需要较长的研发过程。加之研发投入高、生产成本高,导致碳纤维应用范围长期局限在一些高端领域。


近年来,随着碳纤维应用成本的下降,碳纤维下游应用领域逐步由航空航天、体育休闲等扩展到一般工业领域,风力发电、压力容器、交通运输、输电电缆等领域的应用不断拓展。


值此盘点季,新材料在线总结了2018年手机、汽车、建筑、航空等领域,应用碳纤维的代表性新品、新项目,以飨读者!


图片来源:图虫创意


手机


联想Z5 Pro 855


图片来源:联想


12月18日,联想在新品发布会上公布了联想Z5 Pro骁龙855版本,高精度激光雕刻纹理让该机后壳渐变碳纤维纹理凸显速度的品质感,整体观感呈现一种动力美学。该机采用红黑经典配色,融入跑车设计元素。售价方面,6GB+128GB版2698元,8GB+128GB版2998元,8GB+256GB版3398元,12GB+512GB版4398元。


一加6T迈凯伦定制版


图片来源:一加


12月14日,一加在五周年庆典上正式发布一加6T迈凯伦定制版,机身后壳采用了碳纤维纹理,多层镀膜工艺,并增加了一圈焕力橙的色彩,,与迈凯伦经典赛车设计一脉相承。该机定价4599元。


OPPO Find X兰博基尼版


图片来源:OPPO


6月19号,OPPO Find X兰博基尼版在法国巴黎卢浮宫正式发布,机身采用大量的碳纤维纹理,结合玻璃材质的特性,融合了深邃的力量感和有深度的宝石质感,并有一块以特殊工艺实现立体悬浮的金色“兰博基尼汽车”标志。该机8GB+512GB版本,售9999元。


建筑


南京机场改扩建项目


11月28日消息,上海石化碳纤维补强材料首次成功应用于南京机场改扩建项目,工程耗用碳纤维编织布超过1万㎡,项目建设单位在对机场航站楼改造加固工程中,针对航站楼的结构特点和改造要求,使用碳布对其屋顶、梁、柱、楼板等次、主承力结构进行加固补强,有效解决了因使用年限较长引起的混凝土疏松、破损、承载力下降等问题。


同时由于碳布加固方法简便,十分易于航站楼内部混凝土曲面、受弯构件等复杂部位的施工作业,进一步加快了工期、降低了工程造价。


大型开孔结构3D打印凉亭结构建筑


7月27日消息,2018年壳与空间结构建筑研讨会期间,主办方推出了一款高约6.1米,宽约12.8米的大型开孔结构3D打印凉亭结构建筑。


该建筑使用碳纤维增强ABS材料配合Cellular Fabrication(蜂窝制造工艺)3D 打印后,采用紫外线保护金属涂料制成,重1.45 吨。该建筑具备较高的强度,能够承受2.5cm 宽、30cm 高的积雪以及144公里/小时的强风。


重庆一特长隧道的加固修复项目


6月6日消息,上海石化研制生产的CFRP(碳纤维增强复合材料)拉挤片材首次应用于重庆一特长隧道的加固修复,且预计耗用片材达2000余米。


此次用于加固的CFRP拉挤片材全部使用上海石化自行生产的SCF35S碳纤维开发研制。利用该材料修复隧道裂缝时,只需将修补部位的混凝土表面打磨平整,均匀涂上胶黏剂,再贴上CFRP拉挤片材即可。操作简便易于施工,并具有加固强度高、工期短、耐腐蚀、自重轻、不增加结构尺寸等诸多优点。


车间厂房加固项目


2月1日消息,上海石化碳纤维单向布在该公司腈纶部化动与成品储运车间厂房加固项目中首次大范围应用,实现加固总面积540平方米,合计消耗碳纤维布约2200平方米。


此次碳纤维单向布主要用于受化学腐蚀较严重的蒸发大楼补强加固工作。项目施工人员通过将碳布与环氧浸渍胶、胶黏剂结合,再平铺、缠绕在建筑表面,从而起到对原建筑面修复、加固、抗腐蚀等作用。


航空


大型太阳能无人机奥德修斯


12月3日消息,极光飞行科学公司在建造大型太阳能无人机“奥德修斯”,该机翼展74米,目前正在进行地面测试。完成测试后,“奥德修斯”将在2019年2月底由集装箱货船运至波多黎各开始飞行测试,初步计划在2019年4月23日首飞。


目前正在研发的“奥德修斯”采用了简洁的设计,翼展超过波音777X,有三个尾翼和六个螺旋桨。薄壁碳纤维管构成长而轻并且强度高的翼梁和机身的箱形截面桁架以及机翼和尾翼的桁肋。三个机身中的一个结构重量仅不足30千克。


翼龙1D无人机


8月22日,由四川省新万兴碳纤维复合材料有限公司和航空工业成都飞机设计研究所共同研发的翼龙1D无人机机体结构组装完成并正式交付。该机使用高科技碳纤维零件制造机翼机身。


翼龙-1D无人机采用了最佳的气动布局、换装了全新的大功率发动机,其在起飞重量、升限、巡航时间、通讯、内部载荷以及外挂能力等方面相比于翼龙-1D实现了大幅提升。


空客A350系列飞机


8月14日消息,中国国际航空股份有限公司首架空客A350系列飞机于当月9日飞抵北京首都国际机场,并当月于14日首航北京-上海航线。该系列飞机碳纤维复合材料占比达到53%,复合材料、钛合金和新一代铝合金等先进材料应用占到机体的70%,有效减轻了机身重量。


据介绍,此次交付的空客A350系列飞机标准航程可达15000公里,能适应地区性航线和超远距离航线,具有很高的运行灵活性。


“启明星”20米翼展太阳能无人机


7月15日,由航空工业一飞院自主研发的20米翼展超长航时太阳能无人机在合作伙伴——恒神公司复材园完成总装下线。该无人机翼展20米,弦长1.1米,虽然与机身、短舱、起落架都有金属连接接头,但其碳纤维材料轻量化优势十分明显,总重量仅18.9千克。


“启明星”20米翼展太阳能无人机全机采用碳纤维复合材料结构,利用太阳能作为动力,可进行超长航时全天候飞行,在环境监测、局部通信、海事活动等领域有着非常巨大的市场前景。


A380客机


2月11日消息,日本JAMCO公司向新加坡航空公司交付了A380客机用商务舱新型座椅。在空客公司交付给新加坡航空公司的A380型客机的商务舱内,配置78个新型座椅。


这种新型商务舱座椅使用了碳纤维复合材料,将零部件的组装结构改为座位与液晶显示屏以及桌台的一体化结构,可拓展座位下部的收纳空间,实现了座椅轻量化以及商务舱空间的有效利用。


汽车


蔚来ES6量产车


12月15日,蔚来汽车在2018 NIO Day现场,正式发布其第二款量产车型——蔚来ES6。该车拥有高强度铝和碳纤维复合材料的车身结构,综合工况续航里程510km,百公里加速4.7 秒,百公里制动距离33.9 米,整车抗扭刚度高达4930N·m/deg。其高强度碳纤维底盘由康得复材批量供货。


图片来源:康得复材


蔚来ES6的碳纤维后地板总成、碳纤维座椅板总成、碳纤维后地板横梁总成三大部件由康得新欧洲汽车轻量化设计中心和NIO联合设计,由康得新欧洲复合材料研发中心提供样件开发服务,由康得复材批量供货。经过NIO全球测试证明,碳纤维后地板的使用让车身整体的扭转刚度更高,被动安全性能提高,整体耐久性也得到很大提升。遵循“合适的材料用到合适位置”的设计选择,碳纤维后地板嵌入到全铝车身中,比铝合金减重30%以上,与相同体积的高强度钢相比,重量仅是它的1/5。


兰博基尼SC18


11月20日消息,兰博基尼Squadra Corse推出SC18,基于兰博基尼Aventador打造,采用碳纤维材质。该车空气动力学系统由大型碳纤维机翼完成,具有三个机械调整,能够在任何电路上产生最佳下压力。超轻材料和碳纤维车身的使用,使巨大的动力与减轻的重量相结合,离地间隙仅为109毫米。


SC18全车使用Grigio Daytona灰色烤漆与碳纤维原色作为主要的配色基底,并运用红色线条点缀车身,包括车头进气口,还有空力套件的边缘等。座舱内部也同样使用Nero Ade黑色的Alcantara人造麂皮,与Rosso Alala红色线条,搭配碳纤维筒形赛车座椅。


柯尼塞格Regera特别版


12月7日消息,柯尼塞格生产出了一款特别版Regera,其整车采用的碳纤维材质均由纯手工打磨而成。相比常规碳纤维材质,该车用到的碳纤维材质十分特殊,没有树脂和透明涂层的覆盖,漆面全部经过手工抛光直至碳纤维裸 露在外。


这类材料不光是外观方面更加优于普通碳纤维材质,在重量方面装载该面板的汽车要比一般的普通油漆车轻大约44磅。这个数字在提高跑车性能方面会发挥很大的作用。


电动方程式赛车THRe02


11月15日,在奥迪中国清华大学方程式赛车队2018新车发布会上,中航复材再次携手奥迪中国清华大学方程式赛车队,成功研制出第二代电动方程式赛车——THRe02。


图片来源:中航复材


该车构件部分使用了中航复材自主研发的绿色生物质树脂,并采用铝蜂窝与PMI泡沫相结合的夹心结构设计,在保证赛车强度的同时,最大程度实现了减重的要求,同时绿色复合材料的应用也为赛车注入了新的活力。除方程式赛车碳纤维壳体(上壳体、下壳体、侧箱、前隔板、车头、车后盖、车尾)外,进一步采用绿色复合材料制作其他车身零件,新增侧翼和扩散器,优化了侧箱和鼻锥的设计,全面推进电动方程式赛车“绿色减重”步伐。


福特GT Carbon Series


11月7日消息,福特汽车近期发布了一款基于福特GT打造的新车——福特GT Carbon Series,在A柱、前轮、轮圈等处使用了大量碳纤维,整车减重18公斤。


新车在内饰方面使用了大量碳纤维材质,换挡拨片采用阳极氧化材料打造,配置了一款双辐上下平底赛车式方向盘,其上分布了密密麻麻的多功能按键。动力方面,参考现款福特GT的3.5L V6双涡轮增压发动机,最大输出功率为656马力,传动部分与之相匹配的是7速双离合变速箱。


前途K50


8月8日晚,前途汽车旗下首款车型——前途K50正式上市,该车定位于纯电动双门双座跑车,车身采用铝合金框架和碳纤维材料打造,同时其前后双电机的综合最大功率达435马力,官方0-100km/h加速时间为4.6秒,工信部综合续航里程为380km。


图片来源:前途


该车采用了全铝合金框架式车身,白车身重量仅234公斤,较传统钣金钢制车身减重38%。科学的结构设计, 在减重的同时,具备足够的扭转刚度和弯曲刚度。全车采用29个碳纤维复合材料外覆盖件,总重量仅为46.7公斤,比传统钢板材料减重40%以上,比铝合金材料减重20%以上。


迈凯伦Senna


3月6日消息,2018日内瓦车展期间,迈凯伦Senna正式发布,该车基于Monocage II单体式碳纤维壳打造。外观设计上,巨大的碳纤维前扰流板冲击力很强,加上特殊设计的车头,为新车带来了更强的空气动力学效果。动力方面,该车将搭载M840TR 4.0升V8双涡轮增压发动机,最大功率提升至800马力,峰值扭矩800牛米。传动方面,新车匹配7速双离合变速箱,并采用后轮驱动。


该车车尾部分,巨大的单片碳纤维主动式扰流板最高点离地1219mm,面积超过6500cm2,使得空气流过后产生的巨大的下压力。该车整个内饰裸 露着碳纤维材质,仅在部分面板上辅以Alcantara或皮革材质包裹。在外观和内饰上的减重使得新车的整备质量仅为1198kg。

来源:新材料在线

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来源:碳纤维生产技术
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首次发布时间:2024-07-23
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碳纤维生产技术
助力国内碳纤维行业发展
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观点ℱ徐樑华:坚守碳纤维基础研究 打破国产高性能碳纤维对标困境

本文摘要:(由ai生成)徐樑华教授致力于碳纤维研究30多年,推动国产碳纤维技术自主创新,强调碳纤维应用应体现其高价值,避免盲目扩大产能。他认为碳纤维在高端装备、新能源汽车等领域有广阔应用前景,但需提升应用设计和材料应用服务能力。在北京化工大学碳纤维楼的二楼,一个长形的房间内机器轰鸣,一卷米白色的原丝缓缓地被抽入设备内,这是对PAN原丝进行碳化前的预氧化处理。《大国之材》第三集《碳纤维》摄制组前往拜访时,满头银发的徐樑华正穿着白大褂,在这条原丝碳化中试线上认真指导学生作业。身兼国家碳纤维工程技术研究中心主任、北化碳纤维及功能高分子教育部重点实验室副主任、碳纤维及复合材料研究所所长等职,徐樑华扎根碳纤维研究领域已30多年,经历了国产碳纤维发展的一半历程。在他看来,高校应该坚守基础研究、应用基础及前瞻性工作的定位。“一个人的精力是有限的,我们应坚守本分,把碳纤维产业的基础做好。”打破固有思维 重树碳纤维国产化主流工艺从20世纪60年代末到80年代,国产碳纤维经历了艰难的阶段,材料界从对其认知到科研力量皆为欠缺。当时的碳纤维研发并未作为大协同的技术体系展开研究,从聚合、纺丝到氧化、碳化再到应用在当时条块分割的框架之下无法形成协调。国民经济水平亦相对较低,与碳纤维的研发投入需求并不匹配。科研实力弱,缺乏先进技术的参考、借鉴,国内对碳纤维的认知水平并不高。最关键的原因是,国产化主流技术未能找到。因此,2000年以前,中国的碳纤维探索一直处于徘徊阶段。随着市场对碳纤维需求的推动,国家和政府加大了对碳纤维研发的支持力度。“十五”期间在国家“863”项目推动下,形成了北京化工大学、中科院山西煤化所、山东大学为主要力量的三个相对集中的研发基地。从事高性能聚丙烯腈(PAN)碳纤维科学技术研究,徐樑华深感使命重大,感叹不容易,“它需要有很淡定的心态才能做得出来” 。上个世纪代表中国碳纤维水平的是硝酸法技术,然而硝酸法在国际上已经被淘汰,现在代表中国碳纤维水平的是二甲基亚砜法。当时国内已拥有二甲基亚砜技术,但是由于固有思维未突破被搁置。徐樑华率领团队,基于PAN/DMSO间歇溶液聚合、一步法湿法纺丝工艺,在国内率先研发出二甲基亚砜溶液体系制备具有规整表截面结构碳纤维原丝的国产化技术,重新确立了二甲基亚砜原丝工艺路线在碳纤维国产化发展中的主体地位。按此工艺生产的聚丙烯腈原丝的质量完全符合高强碳纤维生产的需要,国产碳纤维从此走上了从高强、高强中模、高模、高模高强有序发展的快速轨道。徐樑华认为,重新使用二甲基亚砜法路线不仅仅是技术的转型,更是理念的转型。冲出对标困局 实现国产技术自主创新如果说本世纪初的碳纤维技术处于转型阶段,那么现在的碳纤维产业可谓处于升级阶段。“接下来进入碳纤维的产业化建设。”徐樑华说。国产碳纤维近20年的发展速度远超前30年的发展速度,产业化成果累累。技术方面,从当时的T300到现在高强高模全覆盖。虽坚守碳纤维产业的基础研究本分工作,徐樑华团队却不忘创新。徐樑华认为,国产碳纤维材料应实现自主创新,避免跟着国外的发展步伐走对标式的路。“十五”期间,北京化工大学和山西煤化所分别展开了T700级碳纤维的研发。两者走的研究路线不一,山西煤化所走的是干喷湿纺路线,徐樑华团队提出了湿纺工艺制备国产T700级高强碳纤维的技术方向并得到了科技部的支持。经过4年的努力,湿纺T700级碳纤维实现了关键技术突破,并应用到以光威为代表的碳纤维企业中,这意味着国产高强碳纤维产业化技术空白被填补上了。“这个原始创新是我们独有的,连日本都没有”。实现国产碳纤维技术自主创新,无疑让徐樑华团队推动碳纤维国产化的信念更加坚定,“国产碳纤维发展到现在,我们可以不对标国外,做自己的技术”。发挥碳纤维优势 实现价值最大化中国碳纤维产业迈入了快速发展的第二个阶段。随着新能源汽车及其他现代工业的发展,“黑色黄金”迎来发展风口。在此过程中,原丝生产技术、碳化生产技术及对应生产设备均不断发展完善,而下游的碳纤维终端应用则高端应用与低端应用并存。对于目前国产碳纤维发展现状有什么样的看法?徐樑华从企业定位和应用角度给出了答案。以下是新材料在线®整理的对话内容(Q为新材料在线®,A为徐樑华):Q:国产碳纤维市场价格如何?A:第一,碳纤维具有特殊的优异性能,一定要将其性能用出来,它的价值才会体现出来。第二,现在碳纤维的产业发展有一个现象,盲目地扩大产能,大家觉得把它卖出去就行了。所以国内碳纤维的销售价一直较低,大家一直没有考虑到它的价值。体现碳纤维价值化的应用需要把应用设计和应用服务这两个方面做好,其高价值化应用就体现出来了。碳纤维不能跟玻璃纤维等去竞争市场,否则价值无法体现。碳纤维属于“贵族”材料,是高价值的材料,一定要用在该用的地方。如航天航空及国民经济领域中工业领域的一些高端装备。但凡嫌碳纤维贵的应用领域,就不该去考虑,如此体现不出其价值。Q:您如何看待碳纤维在风电、汽车、轨道交通上的应用?A:碳纤维不能去竞争低容量的风电叶片市场。假如风电叶片容量要求变大了,就是碳纤维的天下了。比方5兆、7兆、10兆等大容量的风电叶片,需要将叶片做大,或者叶片的单位兜风面积要求增加。此时玻璃纤维因比重较大、刚度不够的限制,就无法满足了,而碳纤维在这两方面是强项。所以海洋风电,或者大瓦数大功率风电叶片,一定要用碳纤维,其价值就能体现出来。汽车是碳纤维的潜在市场。目前,碳纤维在汽车上的应用处于验证阶段,并不十分成熟。从全复合材料汽车到碳纤维加强车身,目前为止,我还是认为它是一种技术验证。碳纤维在汽车领域的应用范围和方法,到现在为止未出现特别成熟的结论。此外中国没有特别高端的乘用车,汽车厂家利润水平本来不高,所以碳纤维复合材料在中国市场上的应用难度可能会更大一些。我认为碳纤维在汽车方面的应用是一种储备技术,或者说是验证性的应用。不过,随着国家新能源汽车政策的推动,可能慢慢地会推进这方面的应用。但是绝对不能把应用压力都转移到碳纤维的低成本化方面,碳纤维的成本有一个理论目标,如果碳纤维企业无法盈利,整个行业就将不可持续发展。碳纤维在汽车上的应用应把准碳纤维的综合优势,把应用技术发展起来。像现在碳纤维复合材料替代金属件这种模式,不是发展碳纤维复合材料在汽车上应用技术的正确的方向。碳纤维在汽车上的应用最能发挥其价值的地方是加固、局部加强、和轻量化,但是其软肋是怕冲击。我认为抗冲击的任务,应由金属承担,如铝合金等轻质金属;加固方面则由碳纤维承担,两者结合起来,现在像宝马,也是走的这条路。轨道交通方面,轻量化,从技术层面上来讲,是碳纤维非常好的应用点。比如高铁,需要用电驱动;而现在电网建设跟不上高铁的发展需要,特别是有些地方,因为电网不完善,高铁没法通过去。高铁的轻量化,是解决高铁耗电非常理想的途径之一。此外,随着耗电需求下降,电网的压力随之下降,从长远来讲,它效益也是可以体现的。总之,碳纤维因其特性,在装备存在交互碰撞的领域使用并不很成功,而在不交互碰撞领域的使用很成功。Q:在您看来,国内碳纤维应用的出路在哪里?A:据我总结,中国碳纤维应用市场,其实都是模仿西方国家。如此产生一个弊端,别人的市场开拓出来以后,蛋糕已经画好了,我们仅仅是从人家蛋糕里分一小块蛋糕。西方发达国家隔几年就有新领域的应用发现,我们却没有。我们缺两个条件,一是材料的应用服务跟不上,做材料的不思考怎么把它用出去,只想着卖出去,市场地位不高;二是应用设计能力很差,未形成材料合理应用的主观思维,跟随西方国家的脚步。中国需要有正向设计能力,中国的复合材料真正要做强,一定要会自己开拓市场。Q:针对目前的碳纤维湿纺和干喷湿纺两大产业化技术路线,您认为国内碳纤维要实现低成本化应如何推进?A:提速提束。一个是把速度提上来,一个把丝束提上去。干喷湿纺优点是走速度,但它的丝束不容易提上去。湿纺纺丝的缺点是速度慢,但它的优点是可以把丝束提上去。这两个回归到一个共性问题,就是生产效率的提高,这都是低成本化的途径。工业用碳纤维技术的发展,干湿纺是途径之一,但不是全部,大丝束也是个途径。现在从技术推进的话,两条腿都得走,一个是大丝束,一个是干湿纺。目前国内大丝束技术只到48K,这方面下一步可能有两个任务要进行:一个是大丝束的纺丝和碳化技术,从碳纤维制备和工艺角度来讲,大丝束比小丝束难,技术问题也需要慢慢的去突破; 二是大丝束做复合材料,效率高,但是成型过程中间也有些技术要突破。来源:新材料在线特别声明: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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