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新材料驅(qū)動(dòng)低空經(jīng)濟(jì)發(fā)展,PEEK材料在無(wú)人機(jī)制造領(lǐng)域獲青睞

   2024-07-01 集賢網(wǎng)4760
核心提示:今年2月27日,全球首條低空航線在深圳首飛。一架2噸重,載重400公斤的純電E-VITOL五座飛行器從深圳蛇口郵輪母港起飛,抵達(dá)珠海九
今年2月27日,全球首條低空航線在深圳首飛。一架2噸重,載重400公斤的純電E-VITOL五座飛行器從深圳蛇口郵輪母港起飛,抵達(dá)珠海九州灣碼頭。以往用時(shí)約2到3小時(shí),而通過(guò)電動(dòng)垂直起降航空器,僅需20分鐘就可以完成深圳、珠海間的跨城之旅。


去年底,召開(kāi)的中央經(jīng)濟(jì)工作會(huì)議中提出,打造低空經(jīng)濟(jì)等若干戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。這其中,作為新質(zhì)生產(chǎn)力的代表,低空經(jīng)濟(jì)眼下成為“新賽道”。主流觀點(diǎn)認(rèn)為:低空經(jīng)濟(jì)是以各種有人駕駛和無(wú)人駕駛航空器的各類低空飛行活動(dòng)為牽引,輻射帶動(dòng)相關(guān)領(lǐng)域融合發(fā)展的綜合性經(jīng)濟(jì)形態(tài)。具體的航空器又包括了直升機(jī)、無(wú)人機(jī)、熱氣球等,這其中,無(wú)人機(jī)的制造與應(yīng)用又是低空經(jīng)濟(jì)的重要組成部分。


近日,工信部要求要加快培育壯大新材料產(chǎn)業(yè),以保障重大應(yīng)用需求和實(shí)現(xiàn)材料先行為目標(biāo),系統(tǒng)布局建設(shè)新材料大數(shù)據(jù)中心,推進(jìn)新材料中試平臺(tái)建設(shè)。


1、更強(qiáng)更輕,新材料之王獲無(wú)人機(jī)青睞


隨著低空經(jīng)濟(jì)的興起,低空飛行器成為推動(dòng)該領(lǐng)域發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一?;ば虏牧献鳛榈涂诊w行器研發(fā)和制造的基石,其性能直接影響飛行器的安全性、經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性。化工新材料在低空飛行器中的應(yīng)用主要集中在:

1、輕量化材料:如高強(qiáng)度碳纖維,用于減輕飛行器自重,提高外殼機(jī)械強(qiáng)度和航程;


2、能源存儲(chǔ)材料:高能量密度的鋰離子電池和正在研發(fā)中的新型電池技術(shù),為電動(dòng)飛行器提供動(dòng)力;


3、環(huán)境適應(yīng)材料:如聚酰亞胺,抗腐蝕、耐高低溫材料,保證飛行器在復(fù)雜環(huán)境下的穩(wěn)定性;


4、智能/通訊材料:如壓電陶瓷、聚四氟乙烯等,用于飛行器的智能控制、提高通訊系統(tǒng)的性能。


在航空航天結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,無(wú)人機(jī)是航空領(lǐng)域最主要的產(chǎn)品之一,是該領(lǐng)域中科技成果的代表,是體現(xiàn)國(guó)家整體科技水平的重要標(biāo)準(zhǔn)之一?,F(xiàn)如今在航空領(lǐng)域發(fā)展中無(wú)人機(jī)是發(fā)展的熱點(diǎn)之一,為了滿足無(wú)人機(jī)低成本、航時(shí)長(zhǎng)且機(jī)動(dòng)性能高的特點(diǎn),降低無(wú)人機(jī)結(jié)構(gòu)重量是有效方法之一。


近年來(lái),在飛機(jī)的研究中實(shí)現(xiàn)飛機(jī)輕量化成為了工程師們追求的重要標(biāo)準(zhǔn)之一,實(shí)現(xiàn)機(jī)翼的輕量化也是非常重要的一環(huán)。因?yàn)榻饘俨牧闲阅芊€(wěn)定且具有高強(qiáng)度、剛度高和耐沖擊性能好的特點(diǎn),在傳統(tǒng)飛機(jī)結(jié)構(gòu)中金屬材料使用較為廣泛,但相比于復(fù)合材料,常用的鋁合金、鈦合金和鋼等金屬材料的密度更大,導(dǎo)致使用金屬材料的結(jié)構(gòu)部件重量更大,在一定程度上限制了飛機(jī)的續(xù)航能力且增加了能源的消耗。


20世紀(jì)初,玻璃纖維復(fù)合材料首次應(yīng)用于航空領(lǐng)域并顯示出了纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的巨大優(yōu)勢(shì)。隨著復(fù)合材料的發(fā)展,纖維增強(qiáng)型復(fù)合材料逐漸被大量應(yīng)用,現(xiàn)在常用的纖維增強(qiáng)型復(fù)合材料的纖維有碳纖維、凱夫拉纖維和硼纖維等,常用的基體材料有聚酰亞胺和熱塑性樹(shù)脂等。


2、PEEK材料應(yīng)用場(chǎng)景


近幾年,隨著全球電子信息、汽車、航空航天產(chǎn)能不斷向亞太地區(qū)轉(zhuǎn)移,亞太地區(qū)的PEEK消費(fèi)增長(zhǎng)速度遠(yuǎn)超歐洲。


受去年底“人形機(jī)器人”的概念帶動(dòng),PEEK材料突然大火,到今年又延續(xù)了“低空經(jīng)濟(jì)”的熱度。


從行業(yè)來(lái)看,2023年以來(lái),特斯拉等科技巨頭不斷迭代升級(jí)人形機(jī)器人;今年以來(lái),我國(guó)低空經(jīng)濟(jì)“政策+產(chǎn)業(yè)”不斷推進(jìn)。人形機(jī)器人和飛行汽車兩大熱門行業(yè)面臨材料輕量化的問(wèn)題,PEEK是其離不開(kāi)的重要材料。


在人形機(jī)器人領(lǐng)域,為提升材料強(qiáng)度,PEEK材料與碳纖維復(fù)合使用成為重要趨勢(shì)。目前,國(guó)內(nèi)已有廠家把PEEK材料應(yīng)用于人形機(jī)器人的關(guān)節(jié)、軸承、齒輪等部件,形成配套生產(chǎn)鏈。


其中,中國(guó)PEEK市場(chǎng)需求增長(zhǎng)速度尤為突出。據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院的數(shù)據(jù)口徑,2012年-2021年期間中國(guó)PEEK產(chǎn)品消費(fèi)量由80噸增長(zhǎng)至1980噸,對(duì)應(yīng)CAGR約為42.8%。另?yè)?jù)沙利文咨詢的預(yù)測(cè),中國(guó)PEEK產(chǎn)品需求量在2022年至2027年期間繼續(xù)以16.82%的年復(fù)合增長(zhǎng)率增長(zhǎng),預(yù)計(jì)2027年將達(dá)到5078.98噸的規(guī)模。


機(jī)構(gòu)表示,隨著人形機(jī)器人及飛行汽車等產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展,PEEK輕量化材料需求也將不斷提升,建議關(guān)注行業(yè)動(dòng)態(tài)及相關(guān)公司進(jìn)展。


3、PEEK搭上低空經(jīng)濟(jì)“快車道”


PEEK(聚醚醚酮)是新材料中的“全能選手”,其抗拉強(qiáng)度是鋁合金的3倍,鋼鐵的2倍,且抗疲勞性強(qiáng)。在剛性方面,PEEK材料的彎曲彈性模量達(dá)到了鋁合金的4倍、鋼鐵的1.5倍,并能在315℃的高溫下保持高剛性。此外,PEEK材料還具備阻燃性、耐腐蝕性和自潤(rùn)滑性,其重量?jī)H為鋁合金的三分之一。


在高速運(yùn)動(dòng)的工況中,低質(zhì)量意味著低慣性,從而可以實(shí)現(xiàn)更高的操控精度。特別是通過(guò)碳纖維優(yōu)化PEEK材料,可使其性能得到進(jìn)一步提升,在低空經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域具備較高的應(yīng)用潛力。


碳纖維增強(qiáng)PEEK高性能熱塑性復(fù)合材料,被視為未來(lái)新興產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵材料。這種復(fù)合材料由碳纖維以各種形式(如粉末、顆粒、連續(xù)纖維或織物)增強(qiáng)PEEK樹(shù)脂基體而成。


一般來(lái)說(shuō),鋁合金的密度為2.8g/cm3,不銹鋼的密度為 7.3g/cm3,而PEEK復(fù)合材料的密度為 1.5-1.6g/cm3。傳統(tǒng)鋁合金和不銹鋼材料與PEEK復(fù)合材料相比,PEEK復(fù)合材料具有輕質(zhì)、高強(qiáng)度的優(yōu)勢(shì)。這是因?yàn)樘祭w維的性能優(yōu)勢(shì)賦予了PEEK復(fù)合材料高強(qiáng)度、高彈性模量和抗變形特性,其機(jī)械強(qiáng)度至少提高了3倍,模量也至少增加了3倍,具有更好的尺寸穩(wěn)定性和抗變形性。


在政策層面,我國(guó)政府一直致力于推動(dòng)高性能材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。近年來(lái),政府出臺(tái)了一系列支持措施,旨在鼓勵(lì)企業(yè)增加研發(fā)投入,提高產(chǎn)品質(zhì)量與技術(shù)水準(zhǔn)。例如,國(guó)家發(fā)改委發(fā)布《新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》,強(qiáng)調(diào)了加快發(fā)展高性能復(fù)合材料、特種合金等新材料產(chǎn)業(yè);財(cái)政部也出臺(tái)了多項(xiàng)稅收優(yōu)惠政策,以支持新材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。此外,地方政府也紛紛推出了一系列扶持政策,例如資金援助等,為企業(yè)提供了良好的發(fā)展空間。這些政策的出臺(tái)也有助于促進(jìn)PEEK行業(yè)的健康發(fā)展,并推動(dòng)其在航空、醫(yī)療、電子等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。


低空經(jīng)濟(jì)作為新質(zhì)生產(chǎn)力的重要組成,得到了國(guó)家和地方政策的大力支持,相關(guān)法規(guī)體系也在逐步完善。采用PEEK和其他輕量化復(fù)合材料能夠有效減輕飛行器重量、增加有效載荷、延長(zhǎng)飛行距離和續(xù)航時(shí)間,并提高飛行安全性。因此,隨著低空經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展、應(yīng)用場(chǎng)景的不斷擴(kuò)展,該行業(yè)對(duì)輕量化材料的需求量也將持續(xù)增加。


文章來(lái)源: 題材邏輯說(shuō),中國(guó)粉體網(wǎng),云奇新材料
原文鏈接:https://www.xianjichina.com/special/detail_551461.html
來(lái)源:賢集網(wǎng)
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