低空经济是指以各种有人和无人驾驶航空器的低空飞行活动为牵引，带动相关领域融合发展的综合性经济形态。
近年来，国家层面高度重视低空经济的发展，将其视为战略性新兴产业，并出台了一系列支持政策。低空经济的核心载体，如电动垂直起降飞行器(eVTOL)，对材料的轻量化要求极为苛刻，而纤维凭借其优异的性能，成为制造这些飞行器的理想选择。据预测，到2025年，中国低空经济的市场规模有望达到1.5万亿元，到2035年更有望达到3.5万亿元。以eVTOL为例，有机构测算，到2030年我国eVTOL市场保有量有望突破10万架。纤维在低空领域的应用越来越重要，哪些纤维是值得我们关注的呢?
碳纤维
碳纤维是国际认可的现代高科技领域的战略新材料，被誉为“黑色黄金”。碳纤 维(CarbonFiber，CF)是一种含碳量高于 90%的纤维状碳化产物，通过有机纤维原丝(先驱体)在高温(1000-3000℃)惰性气体保护的条件下经过热解、碳化等一系列物理化学变化而制得。从分子结构上看，碳纤维可以看成是由片状石墨微晶沿纤维轴向方向排列而成，但真正的碳纤维达不到石墨的理想状态，且石墨层平面呈波浪状，平面间距明显大于石墨的 0.335nm。碳纤维具有显著的各向异性，沿其纤维轴向模量高，强度高，是一种高性能的增强纤维，具有良好的导电、导热、耐腐蚀、耐超高温等特性，同时还兼备纺织纤维的柔软可编织性。
1、碳纤维性能卓越
1)高强度与高模量：碳纤维的抗拉强度极高，是钢的数倍，例如 T1000 级碳纤维，一束一米长重量仅 0.5 克，却可承担 500 公斤力量。
2)低密度：其密度小，一般为钢的 1/5、钛的 2/5、铝的 3/5，如民用大飞机 C919 发动机采用碳纤维复合材料叶片，重量大幅减轻 。
3)耐高温与耐腐蚀性：能在 3000 摄氏度高温下安然无恙，在高腐蚀性环境里使用性能稳定，在航空航天、海上装备制造等领域优势显著。
4)良好的导电性和导热性：可用于制造电子设备的散热结构等，如笔记本电脑中有的使用碳纤维增强树脂用于散热。
2、碳纤维渗透低空经济全场景
1)无人机领域
在低空经济蓬勃发展的浪潮下，无人机正实现从“航拍玩具”到“空中生产力”的华丽转身。拿物流领域来说，顺丰大型货运无人机采用全碳纤维框架，载重提升至1.5吨，这一技术突破极大地改变了物流运输格局。以往受限于载重和续航，无人机在物流配送中多扮演辅助角色，如今却能承担起中长距离、大运量的货物运输任务，实现降本增效，让物流配送更加高效灵活。
在工业巡检领域，碳纤维的耐高温特性助力电力巡检无人机穿越高压电弧区。以往，人工巡检不仅效率低，还存在安全风险，无人机的出现彻底改变了这一局面。它凭借先进的碳纤维材料，无惧恶劣环境，精准捕捉电力设备的细微异常，为电网安全稳定运行筑牢坚实防线。从物流运输到工业巡检，无人机正凭借自身技术革新，在低空经济的广阔舞台上发挥着越来越重要的作用，成为推动各行业发展的强大动力。
顺丰无人机货物运输实拍图，图片来源于网络
2) eVTOL
在低空经济的赛道上，eVTOL(电动垂直起降飞行器)正引领着飞行汽车的变革浪潮，而其中关键的“材料攻坚战”备受瞩目。作为行业标杆，Joby Aviation的S4机型无疑是佼佼者，其碳纤维用量高达90% ，这一材料优势赋予了它卓越的性能，实现了320km/h的极速，在飞行速度上大幅领先同类产品，为城市空中出行开辟了新的可能性，展示出碳纤维材料在提升飞行效率和速度方面的巨大潜力。
而国产力量也不甘示弱，2024年5月，亿航智能发布全球首款全碳纤维无人驾驶飞行器EH216-S获适航认证，这一里程碑式的突破意义非凡。它标志着我国在eVTOL领域凭借碳纤维材料的创新应用，打破了技术壁垒，从材料研发到整机制造，实现了全链条的自主可控。这两款飞行器凭借碳纤维材料，在性能、安全等多方面实现突破，为低空经济的发展注入了新的活力，让飞行汽车从概念逐步走向现实，推动低空经济迈向新的高度。
EH216-S试飞现场图，图片来源于网络
3)通用航空
在低空经济的发展进程中，通用航空领域的直升机与小型固定翼飞机正全力推进“减负计划”，力求在性能与效率上实现质的飞跃。以空客H160直升机为例，其主旋翼采用碳纤维材料，带来了诸多令人瞩目的成效。在降噪方面，相较于传统材料，噪音降低了50%，这使得直升机在飞行过程中对周边环境的干扰大幅减小，无论是城市低空飞行还是在对噪音敏感区域执行任务，都能更加“悄无声息”，极大地拓展了其应用场景。
油耗减少15%的成果更是意义重大。在运营成本中，燃油消耗占据相当大的比例，这一油耗的降低直接降低了运营成本，让直升机运营企业在激烈的市场竞争中更具成本优势。同时，更低的油耗也意味着更环保，符合当下绿色发展的理念。通过采用碳纤维实现“减负”，空客H160直升机在通用航空领域树立了典范，为其他直升机和小型固定翼飞机提供了可借鉴的方向，助力低空经济在安全、高效、环保的道路上稳步前行，促进低空经济产业的蓬勃发展。
玻璃纤维复合材料
玻璃纤维是一种由许多极细的玻璃纤维组成的材料。它是通过迫使熔融玻璃通过筛子制成的，筛子将其旋转成线，然后组合形成玻璃纤维。
玻璃纤维复合材料是一种增强塑料材料，由嵌入树脂基体中的玻璃纤维组成。玻璃纤维复合材料具有优异的比强度，重量轻但机械性能接近金属;不锈不蚀，可长期耐受酸碱、潮湿和盐雾环境，使用寿命长于传统金属材料;可通过调整纤维铺层和树脂类型优化性能，并加工成复杂形状;不导电且透电磁波，适用于电气设备、雷达罩等特殊功能部件;比起碳纤维等高端复合材料，玻璃纤维价格更低，是经济型高性能材料的选择。
1、玻璃纤维复合材料的特性与优势
1)优异的比强度
玻璃纤维复合材料由嵌入树脂基体中的玻璃纤维组成，具有优异的比强度，即重量轻但机械性能接近金属。以RQ - 4“全球鹰”无人机为例，其雷达罩和整流罩采用玻璃纤维复合材料，在保证结构强度的同时，大大减轻了重量，有助于提高无人机的飞行性能和续航能力。
2)耐腐蚀性
该材料不锈不蚀，可长期耐受酸碱、潮湿和盐雾环境，使用寿命长于传统金属材料。这使得玻璃纤维复合材料制造的低空飞行器在各种复杂环境下都能保持良好的性能，减少了因腐蚀导致的维护成本和安全隐患。
3)可设计性强
可通过调整纤维铺层和树脂类型优化性能，并加工成复杂形状。这一特性使得玻璃纤维复合材料能够满足低空飞行器不同部件对性能和形状的特殊要求，为飞行器的设计提供了更大的灵活性。
4)电磁特性
玻璃纤维复合材料不导电且透电磁波，适用于电气设备、雷达罩等特殊功能部件。在无人机和eVTOL等低空飞行器中，这一特性有助于提高飞行器的通信和探测能力，保障飞行安全。
5)成本优势
比起碳纤维等高端复合材料，玻璃纤维价格更低，是经济型高性能材料的选择。这使得玻璃纤维复合材料在低空飞行器的制造中具有更高的性价比，有利于降低生产成本，推动低空经济的普及和发展。
2、玻璃纤维复合材料在低空经济领域的应用
1)无人机领域
机身与结构部件：玻璃纤维增强塑料(GFRP)因其轻量化和高强度的特点，被广泛应用于无人机的机身、机翼和尾翼等关键结构部件。例如，RQ - 4“全球鹰”无人机的雷达罩和整流罩采用玻璃纤维复合材料，确保了信号传输的清晰性，提高了无人机的侦察能力。
桨叶材料：在无人机螺旋桨制造中，玻璃纤维与尼龙等材料结合使用，提高了刚性和耐久性。这种复合桨叶能够承受更大的载荷和更频繁的起降，延长了螺旋桨的使用寿命。
功能优化：玻璃纤维还可用于电磁屏蔽和红外线穿透材料，提升无人机的通信和探测能力。通过在无人机上应用这些功能材料，可以增强无人机在复杂电磁环境下的通信稳定性，提高其对目标的探测精度。
2)eVTOL领域
机身框架与机翼：eVTOL飞行器对轻量化要求极高，玻璃纤维增强复合材料常与碳纤维结合使用，以优化机身结构并降低成本。例如，一些eVTOL飞行器采用玻璃纤维复合材料制造机身框架和机翼，在保证结构强度的同时，减轻了飞行器的重量，提高了飞行效率和续航能力。
玄武岩纤维
玄武岩纤维的制备原料单一，工艺过程简便，即将破碎后的天然玄武岩矿石投至1400～1550℃高温窑炉中熔融、均化、冷却后，由铂铑合金漏板流出并拉伸、卷绕制成。它具有良好的力学性能、耐温性能、耐化学稳定性等优点，是继超高分子量聚乙烯纤维、碳纤维、芳纶纤维之后，我国重点发展的又一高性能纤维。由于玄武岩纤维的原料纯天然、无添加、成本低，生产过程无废气，获得了“点石成金”的美誉，近年来已经被广泛应用于交通运输、建筑、环保、化工、军工、航空航天等领域。
1、玄武岩纤维优势
1)原料储备丰富，成本优势显著
玄武岩纤维以玄武岩矿石为原料，经熔融拉丝工艺制成。这种矿石在地球和月球上储量极为可观，为大规模生产提供了坚实的物质基础。与其他纤维材料相比，丰富的原料储备使得玄武岩纤维在成本上具备明显优势，能够以较低的原料成本投入实现大规模生产，这无疑为其在各个领域的广泛应用奠定了良好的经济基础。
2)耐高温且抗热震，性能超乎想象
在面对极端温度环境时，玄武岩纤维展现出卓越的性能。它的使用温度范围极广，介于-260—880℃之间，远超芳纶纤维、无碱E玻纤、石棉、岩棉、不锈钢等常见材料，性能接近硅纤维、硅酸铝纤维和陶瓷纤维。同时，其热震稳定性极佳，在500℃高温下性能保持稳定，即使在900℃时，原始重量仅损失3%。这一特性使耐高温性能要求极高的领域中，发挥着不可或缺的作用。
3)化学稳定性超强，无惧环境侵蚀
无论是强酸还是强碱环境，玄武岩纤维都能从容应对。其耐酸性和耐碱性均优于铝硼硅酸盐纤维，耐久性、耐候性、耐紫外线照射、耐水性以及抗氧化性能与天然玄武岩石头相当。这意味着在各种恶劣的自然和化学环境中，玄武岩纤维都能保持稳定，不易被侵蚀，保障了使用它的产品的长期可靠性。
4)高模量与强抗拉，力学性能超群
从力学性能指标来看，玄武岩纤维表现十分出色。其弹性模量在85GPa—110GPa之间，高于无碱玻纤、石棉、芳纶纤维、聚丙烯纤维和硅纤维;抗拉强度达到3000—4800 MPa ，超越大丝束碳纤维、芳纶、PBI纤维、钢纤维、硼纤维、氧化铝纤维，与S玻璃纤维相当。这些优异的力学性能使玄武岩纤维成为增强复合材料力学性能的理想增强体，广泛应用于需要高强度材料的领域。
5)吸音降噪优异，隐身性能卓越
玄武岩纤维的吸音系数高达0.9—0.99，高于无碱玻纤和硅纤维，具有优良的吸音和隔音性能。同时，它还具备优良的透波性和一定的吸波性，这些特性使其在隐身材料领域具有独特优势，能够满足国防军事等特殊领域对材料的特殊需求，为相关装备的隐身性能提升提供有力支持。
2、玄武岩纤维在低空领域的应用
1)无人机制造
由于玄武岩纤维高强度、低密度的特性，可用于制造无人机的机身、机翼、螺旋桨等部件，在保证结构强度的同时减轻无人机的重量，提高无人机的续航能力和载荷能力，大大提高了无人机的作业效率和可靠性。同时，玄武岩纤维还可以用于制造无人机的电池外壳、传感器外壳等部件。此外，无人机在飞行过程中可能会遇到碰撞、刮擦等情况，玄武岩纤维的高耐磨性和抗冲击性使其能用于制造无人机的防护外壳或防护套，从而保护无人机内部的电子设备和机械结构免受外界环境的影响。
玄武岩纤维机身无人机
2)低空基础设施建设
在低空基础设施建设方面，玄武岩纤维同样发挥着重要作用。它可以与混凝土等材料进行复合，应用于机场跑道和停机坪的建设工作中。通过加入玄武岩纤维，能够显著提高跑道和停机坪的使用寿命与承载能力，确保机场设施的高效稳定运行，例如玄武岩纤维格栅可应用于机场跑道路面的增强。在塔台和导航设施的制造过程中，玄武岩纤维可用于制造塔架、天线支架等结构部件。由于玄武岩纤维具有出色的抗风性能，能够有效提高这些结构部件的抗风能力与稳定性，保障导航设施在复杂气象条件下的正常工作。此外，玄武岩纤维还具有不导电性以及吸波透玻性，基于这些特性，其在制作雷达罩、5G天线罩等无人机基础设施建设方面也展现出了一定的发展潜力。
芳纶纤维
芳纶纸蜂窝指采用芳纶纤维制成的含有蜂巢六边形结构的复合材料。芳纶纸蜂窝具有轻量化、阻燃性好、耐高温、强度高、耐化学腐蚀、能吸收大量能量等特点，在运动器材、航空航天、国防军工以及交通运输领域需求旺盛。
芳纶纤维为芳纶纸蜂窝重要基材。芳纶纤维，又称芳香族聚酰胺纤维，具有模量高、强度高、电绝缘性好、耐高温、化学稳定性好等优势，与玄武岩纤维、超高分子量聚乙烯纤维、碳纤维一起被列为我国重点发展的四大纤维。
在应用领域方面，航空航天领域为芳纶纸蜂窝最大需求端。芳纶纸蜂窝具备轻量化、强度高等优势，可用于制造飞机发动机罩、机舱门、机翼、整流罩以及星载天线等。2023年5月，我国国产大飞机C919成功完成首次商业载客飞行，该飞机的客货舱地板以及客机舱门皆采用芳纶蜂窝材料。未来伴随我国航空航天技术不断进步，芳纶纸蜂窝行业发展速度将有所加快。