碳纤维会在未来的飞机、汽车和轮船中主要取代钢和铝吗?
碳纤维增强聚合物的使用主要是由于与传统材料相比具有更高的强度重量比,目前在航空航天、军事和高端性能产品(即赛车、船只、离心机转子等)。
然而,要使碳纤维替代更多的商品材料,还需要做一些事情,目前工业界和学术界正在研究这些事情。
1)使碳纤维更便宜。
大多数高性能碳纤维是通过聚芳腈的氧化和碳化合成的,然后相应地使用(通常需要编织或排列)。正在探索廉价的生物质,如纤维素、几丁质和木质素,以获得性能更好的碳纤维以及低成本的合成聚合物
2)使CFRP可回收。
用于连续纤维复合材料成型的传统热固性聚合物,如聚氨酯和环氧树脂,一旦固化就不容易降解,也不能像传统热塑性塑料那样进行再加工。许多公司和学术研究小组目前正在研究选择性解聚热固性材料的方法,以便可以回收和回收填料。
最后,寻找新材料,例如结构电容器,其中可以用更轻的材料代替传统结构材料,这些材料还可以为脉冲功率应用存储大量能量。考虑一下将汽车中的所有制动功率转换为存储在电容器中的能量,然后使用该能量再次启动汽车而无需从电池组中取出。我认为也许在未来 5 到 10 年内,这也将在高端电动汽车上实现商业化,以缓解当前锂离子电池的续航里程问题。