广东工业设备用碳纤维种类分多少种

时间:2021年03月31日 来源:

自2010年以来,全球碳纤维市场已从不到4万吨增长到2019年的10万吨以上。在此期间,碳纤维增长平稳且不间断,每年增长速度达到10%到12%。

但是2020年,随着COVID-19大流行来袭,全球碳纤维几乎在一夜之间发生了变化。2020年,全球对碳纤维的需求总计约为10.5万吨,只比2019年增长1%,预计在2021年,增长幅度也只为1%。

碳纤维市场受到许多领域应用增长的推动,例如航空航天、风能、体育用品、船舶、汽车、压力容器等。在2020年之前,所有这些细分市场的增长率以及整个行业的增长率都在稳步上升。


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碳纤维比较难加工

碳纤维兼具碳材料强抗拉力和纤维柔软可加工性两大特征,碳纤维是一种的力学性能优异的新材料。

就拿碳纤维和我们常见的钢材来说,碳纤维的强度在 400 到 800 兆帕左右,而普通钢材的强度为 200 到 500 兆帕。再来看韧性,碳纤维和钢材基本类似,没有明显的区别。

碳纤维具有更高的强度,更轻的重量,所以说碳纤维是新材料中的**。正因为这种优势,碳纤维增强复合材料(CFRP)在加工过程中,基体和纤维存在较为复杂的内部相互作用,使其物理特性与金属有较大区别,CFRP密度远小于金属,而强度大于大部分金属。因为 CFRP 的不均匀性,在加工过程中往往会出现纤维拉出或基质纤维的脱离;CFRP 具有较高的耐热性和耐磨性,使其在加工过程中对设备的要求较高,因此生产过程中产生大量切削热对设备磨损较为严重。

同时,其应用领域的不断扩展,要求也越来越细腻,对材料适用性做出要求,对CFRP的质量要求也越来越苛刻,也致使加工成本上浮。


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具体而言,“十四五”期间,国内碳纤维企业要重点做好三件事。一是根据用户需求研发具有专门应用性能的碳纤维,并提供符合用户需求的预浸料原料。通过自主创新,开发出满足用户要求,可以实现批量生产的复合材料产品,从而实现国产碳纤维的大规模销售。

二是改进工艺,降低成本。纵观碳纤维复合材料大量应用领域,如目前增长迅速的风电叶片和压力容器领域,相关产品都是由国外厂家设计和制造,利用中国廉价的劳动力在中国设厂生产。国产碳纤维进入这些领域的首要条件必须是质量、性能与国外产品相当,且价格低廉,才能被用户接受。在此背景下,企业只有立足于自身改进工艺,提高性能,降低成本。但要实现这一目标,需要国家和企业的共同努力。

碳纤维是一种新型的非金属材料,它是由与金刚石材料相同的碳材料制成,温度在1000℃以上。它及其复合材料具有高比强度、高比模量、抗疲劳、抗蠕变、耐高温、耐腐蚀、耐磨损、尺寸稳定、导电、导热、热膨胀系数小、自润滑、吸能、抗震等一系列优异性能。碳纤维的另一个重要特点是比重低。比重1.6左右,是铝的一半,钢的五分之一。碳纤维虽然重量轻,但强度高,“比强度”高。它的比强度是钢的五倍,刚性很好。鉴于碳纤维的上述优良特性,碳纤维的应用范围越来越广阔。从50年代开始,主要用于火箭、航天、航空等高精尖科学,80年代广阔应用于运动器材、纺织、化工机械、医学等领域。

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提到碳纤维我都会想到是坚固,轻便并且价格昂贵(相对于钢材和铝产品)例如用在F1赛车等产品上,但现在有在民用汽车上,其实碳纤维是广义的物质统称,衍生出来的复合类材质很多。

不同的复合材料根据碳化率不同高温热处理温度成本也不一样,从而不同碳纤维材料之间的价格也会相差很大。随着技术的发展,应用范围变大,更多资金的投入,回收再利用技术的成熟,碳纤维的成本会进一步下降。碳纤维复合材料在汽车上的应用会越来越多。

因此,碳纤维在汽车领域的应用会越来越广阔,将来汽车的排放会越来越低碳,而汽车本身将越来越“高碳”。未来颠覆汽车的两个技术就是,碳纤维新材料,智能化。


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其次,机械臂在承受载荷时,不能有断裂和应变,即制造机械臂所用的材料必须有足够的强度,必须选用“较高的强度材料”。就相对性能而言,铝不如钢。即使铝是非常好的,它的相对性能仍然不如钢的模量,强度和韧性。铝合金的重量介于碳纤维和碳钢之间,强度低于碳纤维,高于碳钢,但韧性低,缺乏弹性。碳纤维不但重量轻,而且强度高。目前,碳纤维复合材料的强度约为1400MPa,一般钢材只有600MPa,碳纤维的比强度远高于钢材。

此外,机械手的工作环境也对材料提出了相应的要求。比如比较明显。碳纤维不同于普通钢和铝合金。它能保持非常小蠕变在零下几十度到200℃之间,因此可以在不同的工作环境下使用。

在工业机器人的生产中,碳纤维也被应用于机械臂的生产中。除了在一些航空领域的应用外,一些小型机械武器也开始使用碳纤维材料。碳纤维还将在生产更多工业机器人方面发挥性能优势。 广东工业设备用碳纤维种类分多少种

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