“新材料之王”?——碳纖維還能有哪些突破?

 7月19日,小米MIXFold4發布,為了可靠耐用,也為了極致減薄,小米率先在手機上采用全碳架構,大量采用了T800H高強度碳纖維,宣告了碳纖維材料在消費電子領域的新紀元。
什么是全碳架構?全碳架構是小米MIXFold4的核心創新,即在轉軸、屏幕和中框都使用了100%碳纖維材料,總面積超過33552mm²,抗拉強度達5500MPa,抗沖擊強度提升300%,同體積重量只有前代旗艦鋁合金材質的1/15,使得MIXFold4成為市場上碳纖維使用量最大的折疊屏手機。

碳纖維是什么?
碳纖維是一種稀有材料,細如發絲,比重不到鋼的1/4,強度卻是鋼的7~9倍,且耐腐蝕能力超強,被稱為“黑黃金”,“新材料之王”,廣泛應用于航空航天、軌道交通、船舶車輛、新能源等領域。

碳纖維,是由聚丙烯腈(或瀝青、粘膠)等有機纖維在高溫環境下裂解碳化形成的含碳量高于90%的碳主鏈結構無機纖維,是目前量產高性能纖維中比強度和比模量最高的纖維。
根據絲束規格,可分為小絲束和大絲束兩類:
小絲束:碳纖維絲束規格低于24K,單絲數量在1000~24000根之間;主要應用于國防軍工如飛機、導彈、火箭、衛星等高科技領域,以及體育休閑用品,如高爾夫球桿、網球拍等。
大絲束:碳纖維絲束規格達到或超過48K,單絲數量超過48000根,包括48K、60K、80K等,主要應用于工業,包括紡織、醫藥衛生、機電、土木建筑、交通運輸和能源等領域。
我國碳纖維的主要企業有吉林化纖、中復神鷹、寶旌碳纖維、上海石化、江蘇恒神、太鋼鋼科、藍星、中油吉化、新創碳谷、新疆隆矩、光威復材、中簡科技、長盛科技、曉星中國,還有河南永煤、西安康本、煤化所揚州基地等。

新材料之王的多元化應用

碳纖維,最近頻繁出現,從手機到航天航空,好像無處不在,具體來看看!

全球首列用碳纖維做的地鐵

6月26日,全球首列用于商業化運營的碳纖維地鐵列車“CETROVO 1.0碳星快軌”,在山東青島正式發布。
與傳統金屬材料的地鐵車輛相比,該碳纖維地鐵車輛的車體減重25%,轉向架構架減重50%,整車減重約11%,運行能耗降低7%,每列車每年可減少二氧化碳排放約130噸。

用碳纖維制造出的火箭發動機外殼

近日,湖北三江航天江北機械工程有限公司在“快舟11號”上使用的碳纖維工藝技術又提升了。
以往,火箭發動機殼體多用金屬合金材料制造,工藝成熟但重量較大。早在2022年底,“快舟11號”全箭主體結構就首次采用碳纖維復合材料,并且實現了國產替代。
江北公司所使用的制造工藝,是用由1.2萬根碳纖維絲制成的“線束”材料纏繞而成。每根碳纖維絲的直徑只有一根頭發絲的1/10。
與金屬材料制造工藝相比,采用碳纖維材料制造新工藝可使火箭發動機外殼減重4成左右。新材料質地柔軟,但制造出的火箭發動機外殼強度、韌性并不低,是金屬的數倍,且可承受火箭飛行過程中產生的高溫等極端挑戰。

全碳纖維復合材料3D打印技術無人機

近日,國內首架全碳纖維復合材料3D打印技術驗證機試飛成功。
該樣機由同濟大學航空航天與力學學院先進復合材料設計與制造團隊、飛行器設計與制造團隊聯合中國商飛上海飛機設計研究院追風工作室成功應用連續碳纖維增強樹脂基復合材料3D打印技術制造。

碳纖維還能做錄取通知書

甚至,碳纖維的應用已經觸及到教育領域。北京化工大學高考錄取通知書,采用“細如發絲,輕如鴻毛,強如鋼鐵,貴如黃金”的碳纖維復合材料制成,厚度僅有0.2mm,在陽光下變換角度,可呈現顏色變化,極具藝術與科學之美。

碳纖維在低空經濟中擔任重要角色

6月16日,小鵬匯天旅航者X2在北京大興國際機場臨空經濟區完成首飛。據悉,小鵬匯天旅航者X2全機身采用碳纖維材料打造,兼顧安全性和輕量化。
在低空經濟中,碳纖維以高強度、低密度等特性成為了制造飛行汽車復合材料的理想選擇。其中在eVTOL設計中復合材料中碳纖維比例達90%以上。
從頭部eVTOL制造商億航智能、小鵬匯天、峰飛航空等公司公布的設計方案看,機身結構均采用碳纖維復合材料。

載人飛碟eVTOL——“UFO”首飛

7月11日,一款“飛碟”形電動垂直起降載人航空器(簡稱eVTOL)在廣東深圳鹽田區大梅沙海濱公園完成首飛。機殼采用碳纖維等復合材料和航空級鋁合金制造,兼具高強度與低重量。

未來展望

碳纖維可以應用到那么多的領域,可稱之為全能材料,那未來又如何發展呢?

此前,化工新材料曾報道由于我國行業內的無序投資和重復建設,導致了市場上碳纖維供應過剩的問題。但是高端領域我國主要還是依靠進口,因此高端化和創新應用是碳纖維未來發展的主要方向。