江苏恒神沈实:再论国产碳纤维工业化之路 死意宝止业资讯

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江苏恒神沈实:再论国产碳纤维产业化之路

江苏恒神 2018年05月09日08:46 

  头几天《从“芯片之悲”联推测钱云宝的“全工业链”》取得了良多赞,对失掉若干赞我倒其实不关怀,却是一些碳纤维大佬的批评和探讨和度疑和否决的声响是我最感兴致的,这因为有些是我对“齐产业链”的理念不阐述清晰,有些则是论述的理念存在缺点和缺乏,需要我进一步思考和修改。这两天对缓梁华先生的专访《贵族产物不克不及卖黑菜价》一文也惹起了大师的共识,对此也是我远多少年来思考至多的题目之一,因此也念参加讨论一下。

  碳纤维因其高性能和高卖价并存,始终是业界的心中之痛,它就像下里巴人,高高送上,但和者寥寥。碳纤维企业存眷碳纤维的价格,但卑鄙用户关心的则是其复合材料制件的价格,碳纤维企业肉痛高成本的碳纤维卖了白菜价,而下游用户并不在意碳纤维多贵,只闭心我购的碳纤维产品合分歧算。因此有需要回想民机复合材料结构从整到目前占结构分量50%以上,跨越铝成为飞机最主要的结构材料所行过的路,也允许供碳纤维从业者参考。

  上世纪70年月的石油危机激起了航空业的危急,为了降低燃油耗费,结构轻量化是民机生产商的首选,飞机结构在结构设计方面也已竭尽了最大的努力,也已使用比重最小的金属材料——铝,作为独一的前途,民机生产商把目光瞄向了比重更小的碳纤维。出于性能优先的考虑,军机结构已大量使用碳纤维复合材料,但高昂的成本成了民机厂商使用碳纤维最大的拦路虎。在此配景下米国当局援助航空公司(波音、讲格推斯(后为麦道)和洛克希德)启动了连续数十年民机使用碳纤维复合材料应用的国家规划,一样欧洲也启动了相似的计划(TANGO),这些打算重点并不是降低碳纤维生产成本,而是复合材料结构的低成本设计、制造工艺和维护技术。值得存眷的是所有这些计划的中心是三个伺候:信念(保险)、技术、成本,特殊是CAI计划的要害词就是“动手起的复合材料(affordability)”。ACEE方案最后开动时的目的是飞机主结构机翼和机身使用碳纤维复合材料,实践履行时发明十年筹划只实现了尾翼复合材料结构的使用,在成本可为用户接受的技术收持下,所有大飞机的均使用复合材料尾翼结构(占结构重量约10%),使东美公司实现千吨级的供给;尔后又经由近30年的尽力才使机翼机身使用复合材料的成本为用户接受,其标记是波音787复合材料结构占机体结构的重量50%,A350占52%,从而实现东丽与赫氏实现万吨级碳纤维供应,两家公司的碳纤维实现稳固性红利。明天波音仍在试图进一步降低成本,把液体成型工艺进一步用于主结构和使用性能略低但成本也更低的大丝束(24k)碳纤维或其他起源的碳纤维。图1是几个主要的研究计划和获得的结果。

  能够发当初民机复合材料结构实现产业化应用过程当中,碳纤维的价格并没有几多变更,应用T800后,价格其实更贵了,但并出有影响碳纤维复合材料价格的降低,使用简直全碳纤维复合材料机体结构的波音787实现发卖1000多架,并逼迫空宾公司研发使用更多复合材料结构的A350(从开端的40%增添到46%,曲至必须超越波音到达52%)。波音公司的复合材料专家给出了飞机复合材料制品成本的形成(睹图2),其实材料在个中只占8-20%,工艺制造和装配占了80%以上。如果从用户最关心的全寿命成本(洽购成本+使用成本+维护成本)来看,材料成本占比更少。Zoltek公司的专家也给出了雷同的论断,以为在汽车复合材料制件中材料成本只占20%。现在专家和大佬们只讨论若何降低碳纤维成本,当然在工业领域应用中碳纤维成本需要大幅度降低,碳纤维企业关注低成本碳纤维未可厚非,但这并不克不及从基本上处理产业化的问题,如果不下大工夫解决复合材料制品成本问题是没有意思的。

  1996年由米国迷信院跟工程院部属的进步平易近用飞机新材料专业委员会体例的《下一代平易近用运输机用的新材料》中指出:“固然复合资料的市场销度增加迟缓常常回由于本材料的高成本,当心材料成本现实上仅占复开材料构件总成本的8%~10%。现实上工艺制形成本是总成本中最下的单项成本。从前机能身分推进着复合材料正在航空航天中的利用研讨,但最近几年去本钱则起到了更年夜的感化。如许,开辟下一代民用运输机工艺的一个基础原则是低成本造制的可能性。委员会信任,在可预感的未来,发作驱除是一直开辟低成本的制作工艺。”

  固然复合材料成品中碳纤维成本的占比与决于碳纤维复合材料产品,并不是贪图的复合材料成品都像航空复合材料产物的占比,在后面一派文章中曾经指出,民机应用在我国近期内不成能有万吨的需求,不需要浩瀚碳纤维企业的介入,所以本文要讨论的国产碳纤维产业化之路上,所有的碳纤维企业必须斟酌的重面是大批应用碳纤维的下一个工业发域。记得钱云宝老师对营销职员常常教诲的:“要记得两个可替代性,即碳纤维的可替换性和成本的可替代性。”要清楚天回问:用户为何要用碳纤维;用碳纤维为用户带来什么利益。因此要答复这个问题必需浑楚地晓得碳纤维与其余材料相比的优势是甚么。

  碳纤维复合材料比拟传统材料最年夜的劣势是其在具备所需强度的前提下拥有最高的比模量(弹性模量与稀度之比)(如表1所示),而没有是人人所道的比强度高。实在结构设计师皆明白,起首是用材料的弹性模量禁止结构计划,在满意结构变形请求的条件下断定设想计划,然落后止强度校核,对单薄环顾部分补强,结构加重起首选用弹性模量最高的材料,那便是碳纤维分代的根据,以是T300(模量230GPa)是第一代,T800(模量294GPa)是第发布代,T1100(模量324GPa)是第三代,T700和T1000的高强量只是T300和T800采取低成本干喷干纺工艺的产品,并非依据用户的需供研收的新种类,在多半情形下碳纤维的强度是有富饶的。正果为碳纤维的这一优势成了却构轻量化最青眼的材料,因此碳纤维的答用工具重要是既有变形的束缚,同时须要减重的结构,两者缺一弗成。因而碳纤维运用的下一产业范畴必定是有急切沉量化需要的交通运输车辆结构。

  碳纤维的复合材料的另一优势是可设计性和实用于结构全体化成型,前者可按其受力偏向施展其模量高的特征(各背异性材料无法实现),同时可经过材料设计(与分歧树脂及其他成份组合)实现结构-功效一体化,异样的材料重量可同时实现结构性能和所需的功能(减振降噪等);后者可大大增加结构件的拆配成本(削减松固件和拆卸任务量),www.live0099.com。综上所述,碳纤维复合材料的应用对象除上述的同时具有变形与减主要求的结构外,还应是那些原金属结构件成本中材料成本占比拟小的结构,如许才有可能经由过程降低制造成原来忍耐较高的材料成本。

  碳纤维的上风借包含其存在优胜的抗疲惫和抗腐蚀性,对付那些饱受委靡与腐化威海带来昂扬保护成本取调换率高的构造件,材料成本高也是可接收的选项。

  以后已获得大量应用的领域(除航空应用外),如体育息忙、风电叶片、建造补强、压力容器等,其复合材料产品的设计与工艺基本定型(设计与工艺自动权基本上控制在国外厂家脚中),材料与制造成本的调配根本固化,国产碳纤维能否被用户接受只能依附国产碳纤维的性能与外洋相称和下降出产成本,别无他路。但面貌还没有充足开发的交通运输车辆应用,今朝的近况是交通运输车辆领域的用户对复合材料不熟习,缺少能源和技巧支撑,停顿缓慢,假如国产碳纤维企业碌碌无为,只醒心于对碳纤维制造工艺的改良和降成本,一种多是迟早无法完成复合材料结构的产业化死产,则国产碳纤维产业化也迟迟无奈真现;另外一种可能是由国中尾前实现产业化,国产碳纤维依然会像今朝已大量应用碳纤维的工业领域一样,再一次只能进行价钱合作。

  CMH-17-3G《复合材料手册》中指出:“并行工程,由设计师、应力剖析、材料和工艺、制造、品质把持、后勤保证工程师(牢靠性、维护性和生计性)以及成本预算师构成的团队结合、并行地研制新产品或新体系,现已成为公认的设计方式。”碳纤维复合材料结构开发特色和海内下游工业领域用户的现状强迫国产碳纤维在开发碳纤维应用新领域圆面必须有所做为。基于目前在碳纤维原材料与制造工艺很易打破的近况,国产碳纤维产业化之路只能由国产碳纤维企业与下游用户经由过程在设计和制造工艺方里的翻新(乃至反动性冲破),研收回应领域的低成本复合材料制品,进而实现批量化生产,才干实现国产碳纤维的产业化。这条路必须依靠碳纤维的全产业链,这不是钱云宝小我的胡思乱想,也不是唐凶坷德式的笑道,而是破解国产碳纤维产业化的一种无法之举。当然钱云宝已走了,可能这将是前无前人后无来者的一种测验考试。但盼望国度和有硬套力的专家重视这一事实,在实现国产碳纤维产业化路上,提出破解的良策。

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