航空碳纤维复合材料的未来发展趋势

  树脂基复合材料是有特殊成型工艺复合而成,其中主要涉及高分子基体材料以及高性能纤维增强材料。性能可设计、复合效应多以及材料与构件同步制造等都是其明显特征。航空领域最早于20世纪70年代开始应用碳纤维来增强树脂基复合材料,取得明显成就。在衡量航空飞行器先进性时,可将树脂基复合材料作为重要指标。高韧性、低成本以及耐高温仍然是航空碳纤维复合材料发展的主要方向与趋势。

  在复合材料制造技术方面,我国远远落后于欧美国家。我国科技转化为生产力的水平较低,是导致上述问题出现的主要原因。通过对欧美航空工业以及我国航空企业进行对比后可以发现,并没有真正的科技转化为生产力主体,是制约我国航空企业发展的重要因素。科技转化为生产力体制以及机制的目标无法顺利实现,通过建立材料发展战略的方式是有效改善上述问题的基础,并在此过程中结合实际开展有组织、有规划的创新工作,企业同样要加大投入力度,通过完善料研机制的方式,逐步满足设计制造一体化的目标,飞机研制频度的不断提升,是加大科技转化生产力的重要前提。最终获取理想的航空工业模式。

  实现高性能、高质量碳纤维国产化。随着我国经济的快速发展,碳纤维的需求与日俱增,虽然国际上一些公司的T300级原丝和碳纤维产品开始对我国解冻,但碳纤维及其复合材料的生产是关系到国防建设的高科技,必须立足国内。所以,需要加大国家投入和攻关,或通过技术引进,尽快掌握核心技术,降低生产成本,研制生产高性能、高质量的碳纤维,以满足军工和民用产品的需求,扭转大量进口的局面,这是我国碳纤维工业发展亟待解决的问题。

  大力发展低成本制造技术。低成本复合材料制造技术是当今世界上复合材料技术领域的核心问题之一,包括低成本的材料技术、低成本的设计技术和低成本的制造技术,如大型整体成型结构、共固化/共胶接结构、设计制造一体化技术等,其中,重点应是以共固化/共胶接为核心的大面积整体成型技术。我们应当向国际上倡导的的无紧固件技术靠拢,减少后加工量和装配工作量。国内亟需在这几方面制订好规划,有组织地统一制订相应规范,使试验和分析更好地结合起来,形成设计和鉴定的统一指南,编制全行业的技术标准,改进最终产品的一致性,降低成本,减小风险,以满足飞机研制的需要。

  发展研究创新的制造工艺技术。国外复合材料在飞机上的广泛应用得益于制造设备和工艺技术的发展和成熟。因此,国内要注意规划发展机械化、自动化制造技术(如自动铺带技术、自动纤维铺放技术等),并提高生产设备的柔性,以提高复合材料构件的生产率。注意借鉴其他领域的经验,在飞机零件制造中适当采用缠绕、拉挤等低成本的自动化制造技术,填补这一空白。

  通过大量实践与应用,高性能航空碳纤维增强树脂基复合材料体系呈现出日渐完善的趋势,大面积应用于军民用航空装备上。从复合材料制造工艺技术角度来说,其自动化程度呈现出逐年提高的趋势,我国不断建立健全航空碳纤维树脂基复合材料技术体系,逐渐拉近与发达国家之间的差距。但是在技术成熟度、自动化程度以及综合制造成本方面,我国航空碳纤维树脂基复合材料还是存在一定的不足。

 

  阅读延伸:《碳纤维复合材料在航空航天领域的应用案例分析