碳纖維的造價爲什麼這麼高?


眾所周知,我國將於2022年建成的天宮空間站,在尺寸上比現有國際空間站小了一號,之所以會出現這種情況,並非是中國造不出更大的太空艙,而是出於成本考量。

因為這玩意成本實在是太高了,每年中國都要在航天領域砸進去至少60億美元,預估每一枚“長征”火箭僅製造成本少說也在6000萬美元以上,上限則可能高達將近2億美元左右,而貴就貴在一種叫做碳纖維的材料上面。

碳纖維是一種十分神奇的新興材料,它的重量輕過鋁,卻擁有著比鋼鐵更為堅固的強度,而且還具備耐高溫,耐腐蝕,抗衝擊,抗疲勞等優良特質,可以廣泛應用於航空航天,建築構築,汽車工業等製造業領域。

碳纖維,顧名思義,就是用碳原子絲“編織”而成的材料,從微觀來看,成千上萬根碳原子絲就像麻繩一般絞纏成一條條絲束,24000根碳原子絲以上為大絲束,以下則為小絲束,一般來說,越小也就製造意味難度越高,應用的領域也就越尖端。

此前,作為一種國家戰略層級的材料,我國雖然也能早出來,但高品質的小絲束碳纖維一直被日本東麗,東邦以及三菱等三家日本企業壟斷著市場的絕大多數份額,並藉此機會向我國高價出售,而用於航天工業的更高端的高模M系列小絲束碳纖維技術以及產品則更是被嚴格禁止進入中國。

還是那句話,感謝外國封鎖,讓我們不再受制於人,最近,國內碳纖維領域傳來了好消息,精功集團有限公司研製的有效幅寬1米碳纖維微波石墨化生產線取得了重大突破,可以將常規碳絲微波石墨化處理,從而提高百分之十五的模量以及強度,最終產出T800以上品質的產品。

該生產線還能夠提供中強高模,高強中模,以及高強高模等不同等級規格的碳纖維產品,應用領域十分廣泛,比如航天事業以及國防工業,除了運載火箭以外,“東風”洲際彈道導彈的核心殼體材料便是由高性能小絲束碳纖維所製成。

碳纖維還有望應用於坦克裝甲當中,當然不能直接把碳纖維打造成裝甲,因為碳雖然可以和鋼鐵一樣堅固,但是卻不具備金屬韌性,也就是說一點點破洞可能會導致整個塊裝甲的瓦解,可如果把它向貧鈾裝甲一樣當做鋼鐵裝甲裡面的填充劑,就可以達到硬度和韌性的共存了。

飛機同理,但是飛機由於對武器防禦並沒有太高要求,因而碳纖維那又輕又堅固,耐腐蝕性的特性可以說簡直就是為飛機外殼量身打造的,更輕的重量可以提高飛機的機動性,並降低噪音,還能節省燃油,可謂百利而無一害,當然,這都是普通碳纖維的應用領域。

精功集團有限公司這次的研發成果,主要關鍵在於微波高溫石墨化技術,這項技術可以從低檔次碳纖維中生產出大絲束,中高模量的碳纖維,減少七成能耗,直接降低三成成本,並即將應用到運載能力超過二十噸的“快舟”二十一號火箭的碳纖維發射筒體上面。

雖然我們尚未掌握更高端的高模M系列小絲束碳纖維技術,但是在千噸級別大絲束碳纖維項目,也就是航天火箭殼體這種項目當中,仍將在很大程度之上降低火箭的製造成本,憑藉這項技術,中國航空事業將會減少一個障礙,為未來奪得先機。

但是我們依舊得保持清醒,技術難度相對較低的大絲束碳纖維技術雖然已經被我國成功突破,可目前仍然處在試生產的階段,日本等該領域的老牌強國為了遏制我們的發展,正在大幅度降低碳纖維的報價,所以即使是大絲束碳纖維,情勢依舊不容樂觀。


迷彩虎軍事


之所以認為碳纖維神秘,主要是人們很少關注碳纖維材料,宣傳普及不夠,所以在多數人的認知中有些神秘。其實,它作為一種具有優異特性的新材料,已經應用到了各個行業。當前的碳纖維球拍、碳纖維釣魚杆、碳纖維自行車、碳纖維電動汽車、碳纖維手提電腦、碳纖維機殼手機、碳纖維辦公傢俱、碳纖維運動器材、碳纖維假肢、碳纖維CT床,等等。

碳纖維材料的廣泛應用,標誌著材料發展史的一個全新的階段。而碳纖維的神秘感還來自以下的幾個方面:

1.物以稀為貴

以前碳纖維材料作為軍工國防、航空航天的重要材料與物資,碳纖維一直處於供不應求的狀態,價格也自然居高不下,國內用量的80-90%靠進口。這就直接導致碳纖維自行車的高價處境,高時每千克達到5000元。近些年隨著碳纖維產量的提升,包括進口碳絲的價格也不斷下降,目前有的碳絲價格可以低至150元/kg。但是沒有企業去宣傳碳絲的真實價格。

2.工藝複雜,手工打造

製作碳纖維自行車架模具的費用比較高昂,一個碳纖維自行車車架的鋼製模具一般需耗用模具費用幾十萬元,分攤到每件產品上的成本也遠高於一般產品。

生產一個碳纖維自行車架需要碳纖維片材約800多片,需要逐一按設計的次序和尺寸鋪排疊層,非常耗用人力。產品整個成型過程全部由富有經驗的工程師指導專業鋪料員工逐一手工打造。整個過程宛如製造“瑞士精工手錶”,嚴謹、專業。

另外,從碳絲原材料製造成一臺碳纖維自行車的車架成品,需要長達15個工作日才能完成整個流程,分解的工序達60多個崗位才能完成,專業工廠人均每月能製造的碳纖維自行車車架約為6-8臺,人工費用不菲。

3.檢測難度大

碳纖維自行車產品的優劣識別難度大。消費者無法從色澤、重量、外觀上看到產品的質量問題,只有通過破拆的方式檢驗車架、輪組的製造性能。消費者不可能通過感官來鑑定產品優劣。


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