“貴族”碳纖維“平民化”還要跨過幾道坎兒

  說起碳纖維,你可能會覺得這一應用于軍工領域的材料非常“高大上”。其實,碳纖維已經悄然走進了我們的日常生活。10月16日下午,在第五屆江蘇產學研合作成果展示暨江蘇省產業技術研究院技術轉移對接會上,飛行器結構力學和復合材料專家、工程院院士杜善義作了《碳纖維產業發展》主題報告。他在報告中表示,碳纖維復合材料正在從“貴族”材料向“平民化”材料轉變,在民用領域的作用越來越突出。
  杜善義介紹,碳纖維是一種新型纖維材料,它“外柔內剛”,密度低、強度大,質量比鋁輕,強度卻高于鋼鐵,并兼備紡織纖維的柔軟可加工性,且耐腐蝕、耐高溫、耐疲勞,耐沖擊性能好,熱膨脹系數小,擁有良好的導電導熱性能及電磁屏蔽性,被稱為“新材料之王”,在國防軍工和民用領域均有廣泛應用。
  根據2014-2020碳纖維市場研究報告,預計到2020年,碳纖維市場收益將達到37.3億美元(約合幣229億元)。在工業應用領域中,隨著碳纖維復合材料應用的拓寬,風能和汽車制造業將成為推動碳纖維需求增長的主力,碳纖維將在民用領域“大顯身手”。
  “碳纖維在能源領域的應用,先是大家熟悉的風電。”杜善義介紹道,風電是重要的清潔能源,而輕質長壽命的風機葉片是其技術的關鍵,金屬重量過重,而碳纖維就很合適了。除此之外,碳纖維也將成為工業中突破電力傳輸瓶頸的重要“武器”。“有一次春節很冷,南方一些城市的電線凍斷了,江蘇宜興的企業家給我打電話,問有沒有解決方法。”杜善義想到,用碳纖維復合芯導線代替鋼芯鋁絞線,不但可以適應不同的溫度氣候,還可以使輸電線路傳輸容量快速擴容。
  在交通領域,新能源汽車要實現車身輕質化,也需要碳纖維復合材料。此外,由于碳纖維材料的抗腐蝕性、輕量化,可以應用于救生艇、巡邏船甚至艦艇、潛水艇等。
  碳纖維需求增加為相關企業帶來了巨大機遇,然而,國產碳纖維發展之路也面臨著不小的挑戰。杜善義直言,“在材料方面,我們的高端纖維性能不夠高、質量不夠穩、成本不夠低、品種不夠全,同時應用水平較低,企業不敢用、不會用、用不好。”
  杜善義認為,碳纖維復合材料應用中要考慮的設計問題,充分發揮新材料性能,縮短新材料從開發到應用的周期,同時也要考慮結構效率與可靠性間的矛盾。眼下碳纖維企業規模過小,無法與國際巨頭競爭,我們要努力實現協同創新,消除發明到產品的“死亡之谷”。
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