军用碳纤维复合新材料迎来机遇

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今天,首华君就和大家来聊聊军用碳纤维,有想法的朋友们,可以在评论区留言哦

1、什么叫碳纤维?

碳纤维是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成,经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料,轴向强度和模量高,密度低、比性能高,无蠕变,非氧化环境下耐超高温,耐疲劳性好。

碳纤维具备优异的力学性能,同时具有轻质、高强度、高弹性模量、耐高低温、耐腐蚀、耐疲劳等优异特性,其外形有显著的各向异性、柔软、可加工成各种织物,沿纤维轴方向表现出很高的强度,广泛应用于航空航天、国防、交通、能源、体育休闲等领域。

2、碳纤维按用途可分为宇航级和工业级两类

碳纤维按用途可分为宇航级和工业级两类,亦称为小丝束和大丝束。通常把48K(一丝束中包含根碳丝)及以上碳纤维称为大丝束碳纤维,包括60K、K、K和K等。宇航级碳纤维初期以1K、3K、6K为主,逐渐发展为12K和24K,主要应用于国防工业和高技术及体育休闲用品(如:飞机、导弹、火箭、卫星和钓鱼杆、高尔夫球杆、网球拍等)。工业级碳纤维应用于不同民用工业,包括:纺织、医药卫生、机电、土木建筑、交通运输和能源等。

与大丝束相比,由于缺少碳丝规模的集束量级,小丝束碳纤维往往需要更高的制造工艺(同样的3根筷子的结构强度小于12根筷子),进而导致成本较高,但由于其重量更轻(3根筷子重量小于12根筷子),所以广泛应用于航空航天领域。目前,各国对高性能的小丝束碳纤维(宇航级)均采取严格的出口管制措施。

3、航空航天是主要用途

碳纤维复合材料主要应用于航空航天、汽车、风力发电等制造业板块,根据《年全球碳纤维复合材料市场报告》统计,年全球树脂基复合材料总用量为15.97万吨,其中风电叶片、航空航天、体育休闲、汽车各占22.67%、24.55%、14.46%、11.40%;金额端总额为.9亿美元,其中航空航天金额占比62.39%。且平价单价达到美元/kg明显高于其它领域。

4、飞机应用碳纤维能够起到很好的经济效益

用碳纤维复合材料代替钢或铝,减重效率可达20%到40%,根据《大国之翼》对C副总设计师章骏的采访,在蒙皮部位使用铝锂合金能够减重2%,型材部分使用铝锂合金能够减重5%,而碳纤维复合材料的减重潜力则在15%-20%区间。而根据《碳纤维及石墨纤维》介绍,战斗机或干线飞机自重每减少1kg,相当于增加美元的经济效益。

5、军用领域

在军用航空领域,高性能碳纤维复合材料主要应用于导弹弹头、弹体箭体、发动机壳体的结构部件和卫星主体结构承力上,其中碳/碳和碳/酚醛复合制品是弹头端头和发动机喷管的重要防热材料;在卫星构件上,高模量碳纤维主要应用于卫星承力筒、桁架、夹层面板及电池板支架。在战斗机和直升机上,碳纤维复合材料应用于战机主结构、次结构件和战机特殊部位的特种功能部件,当前战斗机上碳纤维复合材料的用量已达到25%以上,军用直升机用量则高达50%以上。

此外,近年来无人机包括无人作战机发展迅速,由于低成本、轻结构、高机动、大过载、高隐身、长航程的技术特点,决定了其对减重的迫切需求,复合材料的使用比例基本是所有航空器中最高的,美国全球鹰高空长航时无人侦察机共用复合材料达65%,先进无人机复合材料的用量更是不断提升,X-45C、X-47B、“神经元”、“雷神”上都运用了90%的复合材料。未来随着无人机集群作战、人机协同等先进战术进一步成熟,尖端无人侦察机、无人歼击机的需求进一步释放,也会对碳纤提出新的需求。

6、我国碳纤维产需情况

至年我国碳纤维总产能分别为吨、吨、吨和吨,复合增长率为14.3%;需求量分别为吨、吨、吨和吨,复合增长率为24.6%,需求增长要快于产能的扩张。

然而,-年实际国内实现的产量为吨、吨、吨和00吨,远低于设计产能,这是由于一方面部分产线老化处于经济考虑产能利用有限,另一方面则是碳纤维的质量很大程度上源自于生产经验的累积,国内相关产业起步较晚,对于产线的调试能力有限,生产出的碳纤均一性存在问题。

7、国内碳纤维企业情况梳理

当前我国国内主要的碳纤维厂家有中简科技、光威复材、恒神股份、上海石化、中复神鹰(拟上市)、碳谷科技、精工科技。其中,上海石化、中复神鹰、碳谷科技以大丝束为主。大丝束相对小丝束性能较差,因此高端应用场景多为小丝束。




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