碳纤维材料的主要应用都在哪些方面?

  碳纤维复合材料密度低、刚性好、强度高,已成为一种先进的航天材料。我国对碳/碳烧蚀材料相关的科技问题进行了深入地研究,如今碳纤维复合材料已在导弹发射管、固体火箭发动机壳体、卫星和飞船上等得到应用。

  1.航空航天

  航空应用中对碳纤维的需求正在不断增多,波音777飞机利用碳纤维做结构材料,包括水平和垂直的横尾翼和横梁,这些材料被称为“首要的结构材料”,所以对他们的质量要求极其苛刻。对于波音777飞机,日本东丽公司是波音公司指定的唯一有资格的碳纤维制造商。欧洲空客也在他们的飞机上使用了大量的碳纤维,东丽的TORAYCA碳纤维将被大量应用在新型客机A380上。美国波音公司推出新一代高速宽体客机—“音速巡洋舰”,约60 %的结构部件都将采用强化碳纤维塑料复合材料制成,其中包括机翼。它比铝轻,但强度不相上下。

  碳纤维材料现在也成为汽车制造商青睐的材料,在汽车内外装饰中开始大量采用。其最大的优点是质量轻、强度大,重量仅相当于钢材的20%~30%,硬度却是钢材的10倍以上。所以汽车制造采用碳纤维材料可以使汽车的轻量化取得突破性进展,节省能源。业界认为,碳纤维在汽车制造领域今后的使用量会越来越大。

  2. 汽车制造

  我国自行研制的碳纤维复合材料刹车预制件,其性能已全面达到国外水平。采用这一预制件技术所制备的的国产碳/碳刹车盘已批量装备于国防重点型号的军用飞机,并在B757-200型民航飞机上使用,在其它机型上的使用也在实验考核中,并将向坦克、高速列车、高级轿车、赛车等推广使用。

  3.体育休闲用品

  体育应用中的三项重要应用为高尔夫球棒、钓鱼杆和网球拍框架。目前,据估计每年的高尔夫球棒的产量为3400万副。按照国家和地区分类,这些高尔夫球棒主要产地为美国、中国、日本和中国台湾,美国和日本是高尔夫球棒的主要消费地,占80%以上。全世界40%的碳纤维高尔夫球棒都是由东丽公司的碳纤维制成的。全世界碳纤维钓鱼杆的产量约为每年2000万副。网球拍框架的市场容量约为每年600万副,其它的体育项目应用还包括冰球棍、滑雪杖、射箭和自行车,同时,碳纤维还应用在划船、赛艇、冲浪和其它的海洋运动项目中。

  4.碳纤维复合材料抽油杆

  有关数据表明,至2008年有8%~10%更新或新增的抽油杆用碳纤维复合材料抽油杆取代,共需碳纤维320~420t。预测至2010年如果按15%的取代量计算,则碳纤维消耗量可达624t。

  5.碳纤维加固建筑结构

  我国从1997年开始从国外引进碳纤维复合材料加固混凝土结构技术,并开始进行相关研究。由于其巨大的技术优势,近几年成为了研究和工程应用的热点。国内已有数十个高校和科研院所开展了此项研究工作,并取得了一批接近国际先进水平的研究成果。由于我国具有世界上最为巨大的土木建筑市场,碳纤维加固建筑结构的应用将呈现不断增长的的趋势。

  6.风力发电机叶片

  如今,世界上风力发电机组的发电机额定功率越来越大,与其相适应的风机叶片尺寸也越来越大。为了减少叶片的变形,在主乘力件如轴承和叶片的某些部位采用碳纤维来补充其刚度。我国“十五”期间的风机装机总容量已达到1.5GW,因而碳纤维在风力发电机叶片上的应用前景看好。

  7.其他应用

  在铁路建筑中,大型的顶部系统和隔音墙在未来会有很好的应用,这些也将是碳纤维很有前景的应用方面。压力容器主要用在汽车的压缩天然气(CNG)罐上,而且还用在救火队员的固定式呼吸器(SCBA)上。CNG罐源于美国和欧洲国家, 现在日本和其他的亚洲国家也对这项应用表现出了极大的兴趣。

  另外,在X射线仪器市场上,碳纤维的应用可以减少人体在X 射线下的暴露。其它应用还包括机器部件、家用电器、微机及与半导体相关的设备的复合材料的生产,可以用来起到加强、防静电和电磁波防护的作用。

 

  阅读延伸:《碳纤维复合材料的常用连接方式有哪些?