La fibra di carbonio rappresenta un punto di riferimento nel campo della scienza dei materiali, acclamato come il"Il re dei nuovi materiali"E"Oro nero"per le sue prestazioni eccezionali in vari settori. Questa fibra polimerica inorganica, derivata da fibre organiche attraverso pirolisi ad alta temperatura, non solo vanta una resistenza da 5 a 8 volte quella dell'acciaio, ma pesa anche solo un quarto. La sua leggerezza, l'elevata resistenza, la resistenza alle alte temperature e la resistenza alla corrosione lo rendono un materiale ideale per applicazioni, tra gli altri, nel settore aeronautico, aerospaziale, edile ed energetico.

Con la rapida crescita dell’energia eolica, del fotovoltaico e di altre nuove industrie energetiche, la domanda cinese di fibra di carbonio è costantemente aumentata.

Panoramica dello sviluppo del settore della fibra di carbonio

Le eccezionali prestazioni della fibra di carbonio sono attribuite alla sua unica struttura portante in carbonio, che la rende una risorsa strategica indispensabile per l’economia nazionale e la sicurezza della difesa. Nelle applicazioni di fascia alta, la fibra di carbonio svolge un ruolo insostituibile grazie alla sua elevata resistenza specifica, elevata rigidità specifica ed eccellente resistenza alla corrosione e alla fatica.

La fibra di carbonio in genere non viene utilizzata da sola ma combinata con resine e altre matrici per formare materiali compositi, ampliando ulteriormente la sua gamma di applicazioni. La tecnologia di preparazione dei compositi in fibra di carbonio è un fattore chiave nel suo sviluppo.

Questi compositi hanno una densità estremamente bassa, circa la metà di quella delle leghe di alluminio e un quinto di quella dell'acciaio. Pertanto, i componenti realizzati con compositi in fibra di carbonio sono molto leggeri, pesando solo il 15%-30% di quelli realizzati con materiali tradizionali in lega di alluminio.

Ad esempio, l’introduzione da parte di BMW di materiali plastici rinforzati con fibra di carbonio nei suoi veicoli elettrici del 2014, i3 e i8, ha segnato un nuovo capitolo per la fibra di carbonio nella produzione di massa di automobili. Nel campo dei veicoli elettrici, dove si perseguono leggerezza, alte prestazioni ed efficienza energetica, si prevede che i materiali compositi in fibra di carbonio svolgeranno un ruolo ancora maggiore.

Analisi della filiera della fibra di carbonio

Dal punto di vista della catena industriale, la produzione della fibra di carbonio inizia con l’estrazione dei combustibili fossili come materie prime, seguita da una serie di reazioni e processi chimici per convertirli infine in fibre di carbonio. Queste fibre vengono ulteriormente trasformate in tessuti in fibra di carbonio, preimpregnati (noti anche come intermedi) e prodotti finali in materiale composito.

La premessa per la preparazione della fibra di carbonio ad alte prestazioni sono fibre precursori di alta qualità, ma i relativi processi di polimerizzazione, filatura, carbonizzazione e ossidazione sono impegnativi. Inoltre, la trasformazione dei precursori della fibra di carbonio in veri e propri componenti in materiale composito prevede un passaggio fondamentale: lo stampaggio del composito.

In questo processo, la fibra di carbonio deve essere combinata con una matrice di resina attraverso specifiche tecniche di stampaggio dei compositi per formare il materiale composito finale. Padroneggiare questa serie di processi e tecnologie è fondamentale per far avanzare lo sviluppo dell’industria della fibra di carbonio.

Concorrenza di mercato e opportunità di sviluppo nella fibra di carbonio

Il mercato globale della fibra di carbonio è stato a lungo dominato da alcuni paesi, come il Giappone e gli Stati Uniti, con una ricca esperienza e una tecnologia avanzata nella ricerca, produzione e vendita. Soprattutto nel mercato dei piccoli rimorchi, alcune grandi aziende giapponesi hanno assunto una posizione di leadership.

Dall'invenzione della tecnologia di preparazione della fibra di carbonio basata sul PAN in Giappone a metà del XX secolo, il Giappone e il Regno Unito sono diventati pionieri nella ricerca e nello sviluppo di questa tecnologia. A partire dagli anni '80, con la svolta nella produzione industriale della fibra di carbonio a base PAN, il mercato è entrato in una nuova fase di integrazione e acquisizione, formando il panorama competitivo odierno.

Nel grande mercato dei rimorchi, le aziende europee e americane hanno un vantaggio più netto, con le aziende statunitensi e tedesche che controllano quasi l’intero mercato. La continua crescita della domanda di fibra di carbonio nei settori dell’energia eolica, automobilistica e dell’aviazione commerciale ha ulteriormente consolidato la posizione di leader delle aziende statunitensi e giapponesi nel mercato globale.

Con lo spostamento della domanda globale di fibra di carbonio e l’aumento delle imprese nazionali cinesi, la sostituzione interna è diventata una nuova tendenza. Negli ultimi anni le principali aziende nazionali, come Jilin Chemical Fiber, hanno aumentato i propri sforzi in ricerca e sviluppo.

Con l’accelerazione del processo di sostituzione interna, si prevede che i produttori cinesi incontreranno nuove opportunità di sviluppo nel settore della fibra di carbonio.

Conclusione

Poiché la domanda di materiali leggeri e ad alte prestazioni continua a crescere a livello globale, il mercato della fibra di carbonio sta vivendo un vigoroso sviluppo. Soprattutto nel campo aerospaziale, l’applicazione dei compositi in fibra di carbonio è diventata un mezzo cruciale per migliorare le prestazioni degli aerei e ridurre il consumo energetico. Nell’industria automobilistica, la fibra di carbonio è sempre più utilizzata nella produzione di auto sportive e veicoli elettrici ad alte prestazioni per migliorare l’efficienza del veicolo e l’esperienza di guida.

Inoltre, con la crescente enfasi sulla tutela dell’ambiente e il rapido sviluppo delle energie rinnovabili, anche la domanda di fibra di carbonio nel settore dell’energia eolica è in aumento.

Tuttavia, vale la pena notare che lo sviluppo dell’industria della fibra di carbonio deve affrontare sfide, tra cui i costi relativamente elevati di produzione e tecnologie di riciclo e riutilizzo immature, che esercitano determinate pressioni sull’ambiente. Pertanto, la riduzione dei costi di produzione e il miglioramento dei tassi di riciclaggio sono compiti chiave per lo sviluppo dell’industria della fibra di carbonio.

Nel complesso, come rappresentante dei materiali emergenti, la fibra di carbonio svolge un ruolo importanteruolo importante nel campo della produzione di nuovi materiali, con un vasto potenziale di crescita futura. Le sue applicazioni non si limitano a migliorare le capacità dei settori high-tech, ma includono anche un contributo significativo alla sostenibilità e al miglioramento dell’efficienza in vari settori. Mentre il mondo si muove verso soluzioni più ecologiche e un uso più efficiente dell’energia, la fibra di carbonio è in prima linea in questa transizione, offrendo soluzioni innovative che combinano prestazioni e responsabilità ambientale. Il continuo sviluppo e l’adozione della fibra di carbonio e dei suoi compositi sono destinati a ridefinire gli standard del settore, rendendo i prodotti più leggeri, resistenti e durevoli una realtà per il mercato globale. Questa traiettoria di crescita dinamica evidenzia l’importanza della ricerca, degli investimenti e della collaborazione continui nel settore della fibra di carbonio per sbloccare il suo pieno potenziale e affrontare le sfide future, garantendo che la fibra di carbonio continui a essere un attore chiave nella rivoluzione dei nuovi materiali.