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低成本、高性能、复合材料成型自动化将是碳纤维行业的发展趋势

  列入了制造业的发展趋势规划中,中国有望成为推动碳纤维在制造业中大规模应用的主要力量。”日前,在2017中国新材料资本技术秋季峰会上,东华大学教授、国家973项目首席科学家余木火在接受新材料在线®专访时表示。

  碳纤维被誉为“材料之王”,同时也有“黑色黄金”之称。在过去,如何制造碳纤维和大规模应用是碳纤维行业最大的困难。

  而如今,碳纤维想要在制造业大规模应用,还需要突破缺乏规模化、低成本化碳纤维先进制造技术与装备、缺乏制造业与碳纤维材料产业合作机制和缺乏碳纤维零部件结构设计、验证、数据库、标准与测试技术体系等瓶颈。

  过去一提到碳纤维,大家都知道其应用领域是军工领域。但最近这十年来,碳纤维行业发生了极大的变化。

  余木火认为,一种材料要成为社会发展阶段中起主要作用的材料需要经过几十年的磨练,碳纤维复合材料经过了六十年的磨练,已经到了在制造业中大规模应用的开始阶段。具体表现为技术不断进步、成本不断降低、生产自动化程度不断提高、以及应用领域不断扩大。

  其中,最明显的证据体现在价格方面。“早先,碳纤维的价格是几千块钱每公斤。2015年我们做调研的时候大概是350元/公斤,现在是80元/公斤。两年内降了好几倍,为什么呢?就是因为技术的进步推动碳纤维在制造业中大规模的生产和应用。”余木火解释说。

  第二方面,原来将碳纤维材料制成一个复合材料零件需要几小时甚至几天,而目前,自动化成型装备及自动化生产线的普及将上述时间缩短到了几分钟,为碳纤维在制造业中的大规模应用奠定了坚实的基础。

  此外,2014年宝马将碳纤维技术应用于宝马7系,使用碳纤维材质底盘。其成功说明碳纤维在工业上的应用是可行的,成本可以控制在可以接受的范围之内。“宝马车成功应用碳纤维技术的消息出来以后,全球各个国家对碳纤维在制造业中的应用高度重视。”余木火表示。

  近年来,各个国家对碳纤维材料的发展思路从原来的战略武器方向转向制造业,以提高制造业竞争力方向,特别是中国。最近一年来,大量的金融资本进入碳纤维行业。可以预见,中国未来10年会成为全球碳纤维最主要的制造国。“中国制造业有巨大的碳纤维应用市场,有望引领发展。”

  在余木火看来,碳纤维想要在制造业大规模应用,还需要突破缺乏规模化、低成本化碳纤维先进制造技术与装备、缺乏制造业与碳纤维材料产业合作机制和缺乏碳纤维零部件结构设计、验证、数据库、标准与测试技术体系等瓶颈。

  “碳纤维低成本化是一个很重要的方向并受到各国的重视,美国、日本、澳大利亚、中国等都在开发各种各样低成本化的纤维技术。进一步提高性能,则是军事应用领域不断追求的目标。复合材料成型自动化是一个非常重要的趋势,最近两年也有一大批自动化装备进入到这个行业。”余木火告诉新材料在线®。

  目前,各制造业正在尝试应用碳纤维,在“中国制造2025”提出的10大领域中,8大领域迫切需要轻量化碳纤维复合材料。

  首要领域就是航空航天装备领域,包括固体发动机、液氧、导弹、火箭、卫星、空间站、无人机、战斗机、运输机和客机。另外,在先进轨道交通装备、新能源汽车、电力装备、海洋工程装备、机器人、农机装备和高性能医疗器械领域,碳纤维也大有可为。

  余木火表示,碳纤维复合材料强度达到钢的水平,比重是钢的五分之一。因此,碳纤维被认为是汽车轻量化最有潜力的材料。汽车轻量化碳纤维复合材料应用技术,将在很大程度上改变现有汽车生产技术和生产组织模式,为汽车产业带来一场革命。

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