أخبار الشركة عن ملك حقبة الوزن الخفيف: هل ستحل الألياف الزجاجية محل المعدن؟

مفترق طرق ثورة الوزن الخفيف

الجزء الأول: رأس المال "الرفع" للألياف الزجاجية - لماذا يمكنها تحدي المعادن؟

1مواجهة الأداء: الأرقام تتحدث عن نفسها

- نسبة الوزن:

• الكثافة: مركب الألياف الزجاجية (1.5-2.0 غرام/سم 3) مقابل الصلب (7.8 غرام/سم 3) مقابل الألومنيوم (2.7 غرام/سم 3).
• لنفس المقاومة، الألياف الزجاجية أخف بـ 70% من الفولاذ و 30% من الألومنيوم.

- القوة المحددة:

• الألياف الزجاجية الإلكترونية: 1.36 GPa-cm3/g مقابل الصلب (0.27 GPa-cm3/g) مقابل سبيكة الألومنيوم (0.45 GPa-cm3/g).

- مقاومة للتآكل:

• بيئة مياه البحر: 50 عامًا لتركيبات الألياف الزجاجية ، يحتاج الفولاذ إلى التصلب ولا يستمر إلا لمدة 15-20 عامًا.

2ميزات التكلفة وكفاءة الطاقة الثورية

- قطاع السيارات:

• بطاريات الألياف الزجاجية (مثل BYD) 30٪ تخفيض في الوزن → 5٪ زيادة في النطاق، 18٪ أقل من كل عمر من الألومنيوم.

- الفضاء الجوي

• يستخدم جسم طائرة إيرباص A350 مواد مركبة من الألياف الزجاجية لتقليل الوزن بنسبة 20٪ → وفورات وقود سنوية تبلغ 1200 طن لطائرة واحدة.

الجزء الثاني: الحفرة من المعادن - لماذا من الصعب استبدالها؟

1خصائص جسدية لا يمكن استبدالها

- التوصيل الكهربائي الحراري:

• الحماية الكهرومغناطيسية والقدرة الحرارية للمعادن (على سبيل المثال ، لا تزال هناك حاجة إلى سبائك الألومنيوم لمستنقعات حرارة محطة قاعدة 5G).

- التسامح البيئي المتطرف:

• درجات حرارة عالية للغاية: شفرات توربينات محركات الطائرات النفاثة (السبائك القائمة على النيكل تتحمل 1000 درجة مئوية ، الحد الأقصى للألياف الزجاجية هو 500 درجة مئوية).
• مقاومة الصدمات: لا تزال هناك حاجة إلى ألواح فولاذية عالية الصلابة في مناطق اصطدام السفن (عيبات هشاشة الألياف الزجاجية).

2مزايا السلسلة والحجم

- النضج:

• إنتاج الصلب العالمي يبلغ 1.8 مليار طن سنوياً و 10 ملايين طن فقط من الألياف الزجاجية (اختلاف كبير في الحجم).
- نظام إعادة التدوير:
• معدل إعادة تدوير المعدن أكثر من 90٪، في حين أن معدل إعادة تدوير الألياف الزجاجية المركبة أقل من 30٪ (لم يتم حله بعد).

الجزء الثالث: حقائق ساحة المعركة - ما هي المجالات التي حدثت فيها الاستبدال؟

1هجوم الألياف الزجاجية

- سيارات الطاقة الجديدة: مجموعة بطاريات، هيكل الباب (استخدام ألياف الزجاج في Tesla Model Y يمثل 15٪).
- شفرات توربينات الرياح: لا يتبقى سوى المسامير في الأجزاء المعدنية من شفرات 100 متر (مثل الألياف الزجاجية لأكثر من 70٪).
- الإلكترونيات الاستهلاكية: دعامة الكمبيوتر المحمول، جسم الطائرة بدون طيار (النايلون المقوى بالألياف الزجاجية يحل محل سبيكة المغنيسيوم).

2المعادن تحافظ على أرضها

- الآلات الثقيلة: ذراع حفر تحمل الحمل (حاجة الفولاذ إلى مقاومة الصدمة لا يمكن استبدالها).
- نقل الطاقة: قلوب الكابلات عالية الجهد (التوصيل النحاسي/الألومنيوم يفوق بكثير من المواد المركبة).
- الصناعة عالية درجة الحرارة: أفران الصلب، محركات المركبات الفضائية (المعدن هو الخيار الوحيد).

الجزء الرابع: مستقبل الحرب - كيف تقوم التكنولوجيا بإعادة كتابة القواعد

1اتجاه تطور ألياف الزجاج

- اختراقات الأداء:

• زادت قوة سحب ألياف الزجاج S إلى 4.5 GPa (قريبة من بعض سبائك التيتانيوم).
• الحد الأقصى لدرجة الحرارة: الألياف الزجاجية المغلفة بالسيراميك تتحمل 800 درجة مئوية (مرحلة اختبار ناسا).

2استراتيجيات مضادة للمعادن

- سبائك خفيفة الوزن:

• الألومنيوم النانوي (50٪ زيادة في القوة ، لا تغيير في الكثافة).
• المعدن الرغوة: تخفيض الوزن بنسبة 30٪ والحفاظ على خصائص امتصاص الطاقة (تطبيق إطار الباب BMW i8).

تعديلات مركبة:

• المصفوفات الهجينة من الألومنيوم والألياف الزجاجية (جناح بوينغ 777X ، يجمع بين الوزن الخفيف ومقاومة التعب).

الجزء الخامس: الإجابة النهائية - البديل أم التعايش؟

1نموذج التعايش القائم على السيناريو

- ‬أساس الألياف الزجاجية في الخارج، أساس معدني في الداخل‬:

• السيارة الكهربائية: غلاف الألياف الزجاجية + وحدة البطارية المعدنية (منطق تصميم بورش تايكان).
• مجال الهندسة المعمارية: الجدار الخارجي من الخرسانة المقاومة من GFRP + الأعمدة الحاملة الفولاذية (حالة متحف دبي المستقبلي).

2اتجاهات التقارب في السلسلة

- ابتكار التصميم:تقنيات تحسين الطوبولوجيا لتوزيع المواد حسب الطلب (على سبيل المثال الطباعة ثلاثية الأبعاد للبنى الهجينة).
- الاقتصاد الدوري:نظام مشترك لإعادة تدوير الألياف المعدنية الزجاجية (مشروع ممول من برنامج أفق الاتحاد الأوروبي).

الاستنتاج: لا نهاية لخفيفة الوزن، فقط التطور

لا يعد استبدالها أو عدم استبدالها أمرًا حاسمًا ، أي شخص يمكن أن يخدم البشرية في السعي الأبدي للسرعة وحماية البيئة وتكلفة أكثر كفاءة هو الإجابة لوقتنا.