Toepassingen van moderne composietmaterialen

Toepassingsgebieden van moderne composietmaterialen

Moderne composietmaterialen, met hun unieke combinatie van hoge sterkte, lichtgewicht eigenschappen, corrosieweerstand en aanpasbare prestaties, zijn een kern drijvende kracht geworden voor technologische innovatie en industriële modernisering in diverse sectoren. Daaronder hebben koolstofvezelcomposieten, elektronisch weefselcomposieten en andere geavanceerde varianten bijzonder opvallende toepassingen, waardoor nieuwe vitaliteit wordt gebracht in zowel opkomende industrieën als traditionele domeinen. Hieronder volgt een gedetailleerde analyse van hun belangrijkste toepassingsscenario's.

In de lage-altitude economie, die in de afgelopen jaren is opgekomen als een nieuwe groeimotor, zijn koolstofvezelcomposieten een onvervangbare materiaalkeuze geworden, waarbij het aandeel van hun toepassing in drones en eVTOL (elektrische verticale start- en landingsvliegtuigen) een duidelijke stijgende trend vertoont. Drones, of ze nu worden gebruikt voor luchtfotografie, logistieke leveringen of industriële inspecties, stellen hoge eisen aan laadvermogen en vliegduur. De koolstofvezelcomposieten die worden gebruikt in drone rompen verminderen het totale gewicht met 30%-50% in vergelijking met traditionele metalen materialen zoals aluminiumlegeringen, terwijl ze tegelijkertijd uitstekende structurele sterkte behouden om bestand te zijn tegen complexe luchtweerstand en externe impact. Voor rotoronderdelen zorgen de hoge modulus en vermoeiingsweerstand van koolstofvezelcomposieten voor stabiele werking tijdens langdurige hoge snelheden, waardoor de frequentie van onderhoud en vervanging wordt verlaagd. Voor eVTOL-vliegtuigen, die cruciaal zijn voor stedelijke luchtvaartmobiliteit, bepalen structurele onderdelen zoals vleugels en chassis gemaakt van koolstofvezelcomposieten direct de vluchtsafety en operationele efficiëntie. Hun lichte eigenschappen kunnen het energieverbruik van de batterij aanzienlijk verminderen, waardoor de vliegbereik wordt verlengd, terwijl hun goede schokabsorptie ook het comfort van passagiers verbetert.

Op het gebied van scheeps- en oceaantechniek spelen koolstofvezelcomposieten een steeds belangrijkere rol bij de bevordering van de groene en koolstofarme transformatie van de industrie, dankzij hun uitstekende voordelen op het gebied van gewichtsvermindering, geluidsreductie en vermindering van energieverbruik. Traditionele schepen zijn meestal gemaakt van staal, wat zwaar is en gevoelig voor corrosie, wat leidt tot hoog brandstofverbruik en frequente onderhoudskosten. Door koolstofvezelcomposieten toe te passen op essentiële onderdelen zoals rompen, bovenbouwen en schroeven, kan het totaalgewicht van het schip worden verlaagd met 20%-30%, wat direct leidt tot een vermindering van het brandstofverbruik met 10%-15% en aanzienlijk minder uitstoot van kooldioxide en andere verontreinigende stoffen. Tegelijkertijd beschikken koolstofvezelcomposieten over goede geluidsisolerende en trillingsdempende eigenschappen, waardoor effectief het geluid dat ontstaat door de werking van de scheepsmotor en de wrijving van de romp met zeewater kan worden verminderd, wat het werkmilieu van de bemanning verbetert en de impact op mariene ecosystemen zoals zeedieren verkleint. Daarnaast hebben koolstofvezelcomposieten een sterke weerstand tegen corrosie door zeewater, waardoor het probleem van corrosie van stalen rompen wordt vermeden, de onderhoudskosten sterk dalen en de levensduur van schepen aanzienlijk wordt verlengd.

In de nieuwe-energievoertuigindustrie, die zich in een periode van snelle ontwikkeling bevindt, versnellen grote bedrijven de implementatie van koolstofvezelcomposieten bij de ontwikkeling en samenwerking op het gebied van kerncomponenten zoals carrosseriestructuren en motorrotors, met als doel de prestatiebeperkingen van elektrische voertuigen te doorbreken. De carrosseriestructuur is een van de belangrijkste factoren die van invloed zijn op het gewicht en de veiligheid van elektrische voertuigen. Het gebruik van koolstofvezelcomposietmaterialen voor de fabricage van de carrosserie op de ruiten (body-in-white) kan het gewicht met 40%-60% verminderen in vergelijking met traditionele stalen carrosseries, terwijl de treksterkte meer dan tweemaal die van staal bedraagt, wat de veiligheidsprestaties van het voertuig aanzienlijk verbetert en tegelijkertijd het energieverbruik verlaagt. Voor motorrotors maken de hoge sterkte en lage dichtheid van koolstofvezelcomposieten het mogelijk dat de rotor bij hogere snelheden draait, waardoor de vermogensdichtheid en efficiëntie van de motor worden verbeterd. Momenteel hebben veel bekende bedrijven op het gebied van nieuwe-energievoertuigen strategische samenwerkingen opgezet met fabrikanten van koolstofvezelmaterialen om gezamenlijk geïntegreerde koolstofvezelcarrosserietechnologieën en hoogwaardige motorrotorproducten te ontwikkelen. Verwacht wordt dat het toepassingspercentage van koolstofvezelcomposieten in nieuwe-energievoertuigen de komende 3-5 jaar aanzienlijk zal toenemen.

Op het gebied van schone energie en 5G-communicatie zijn elektronische doekcomposieten met een lage diëlektrische constante uitgegroeid tot een cruciaal ondersteunend materiaal, afgestemd op de technische eisen van 5G-A (5G Advanced), en dragen ze bij aan de optimalisatie van lichtgewicht en hoogfrequente prestaties van communicatieapparatuur. De 5G-A-technologie stelt hogere eisen aan de transmissiesnelheid en signaalstabiliteit van communicatieapparatuur, wat vereist dat communicatiematerialen een lage diëlektrische constante en lage diëlektrische verliezen hebben om signaalverzwakking te verminderen. Elektronische doekcomposieten met een lage diëlektrische constante kunnen aan deze technische eisen voldoen dankzij hun unieke vezelstructuur en materiaalsamenstelling. Bij toepassing in antennes van communicatiebasetransformatoren en signaaltransmissiecomponenten verlagen deze composieten niet alleen het gewicht van de apparatuur, waardoor installatie en onderhoud gemakkelijker worden, maar verbeteren ze ook de efficiëntie van signaaloverdracht en de interferentiebestendigheid van de apparatuur. Op het gebied van schone energie, zoals windenergie, worden koolstofvezelcomposieten ook veel gebruikt in wieken van windturbines. Hun hoge sterkte en lichte constructie maken langere wieken mogelijk, wat de efficiëntie van windenergie-omzetting verbetert, terwijl hun corrosieweerstand zorgt voor stabiele werking in extreme omstandigheden zoals harde wind en hevige regenval.

Kortom, moderne composietmaterialen hebben brede toepassingsmogelijkheden getoond in diverse gebieden, en met de voortdurende vooruitgang van materialentechnologie en de uitbreiding van toepassingsscenario's, zullen ze een steeds belangrijkere rol blijven spelen bij het stimuleren van industriële modernisering en technologische innovatie.