碳纤维复合材料在各领域的应用分析

  碳纤维复合材料因其较高的比强度、比模量在国外先进战略、战术固体火箭发动机方面应用较多。除军用外开发碳纤维复合材料的其它应用也大有作为如飞机及高速列车刹车系统、民用飞机及汽车复合材料结构件、高性能碳纤维轴承、风力发电机大型叶片、体育运动器材(如滑雪板、球拍、渔杆)等。随着碳纤维生产规模的扩大和生产成本的逐步下降在增强混凝土、新型取暖装置、新型电极材料乃至日常生活用品中的应用也必将迅速扩大。

  1.航空航天领域的应用

  碳纤维复合材料与钢材相比其质量减轻75%而强度却提高4倍,其最早最成熟的应用当属在航空航天领域如军用飞机无人战斗机及导弹、火箭、人造卫星等。早在1970年代初期美国军用F- 14战斗机就部分采用碳纤维复合材料作为主承力结构。在民用航空领域如波音767和空中客车A310中碳纤维复合材料也占到了结构质量的3%和5%左右。近几年随着碳纤维工业技术和航空航天事业的不断发展,碳纤维在这一领域的应用更加广泛如用于制造人造卫星支架、卫星天线、航天飞机的机翼、火箭的喷焰口、战略导弹的末级助推器、机器人的外壳等。

  2.体育休闲领域的应用

  体育休闲用品是碳纤维复合材料应用的另一个重要领域如高尔夫球杆、滑雪板、滑雪车、网球拍、钓鱼竿等。用碳纤维复合材料制成的球拍与传统的铝合金球拍相比其质量更轻、手感和硬度更好、对震荡和振动的吸收也更好,且使用寿命大大延长。同时由于复合材料本身的可设计性,使得制造商在球拍的硬度、弹性、球感击球性能的设计上有了更大的想象空间。而碳纤维钓鱼竿由于其良好的韧性与耐用性,更是被广泛青睐。近年来碳纤维复合材料在运动及休闲型自行车零组件方面的应用也非常广泛。

  3.交通运输领域

  碳纤维增强复合材料在交通运输方面主要是汽车骨架、螺旋桨芯轴、轮毂、缓冲器、弹簧片、引擎零件、船舶的增强材料等,尤其在汽车方面的应用更是潜力巨大。早在1979年福特汽车公司就在实验车.上作了试验将其车身、框架等160个部件用碳纤维复合材料制造结果整车减重33%汽油的利用率提高44%同时大大降低了振动和噪音。

  4.其他工业领域

  防弹产品方面,包括防弹头盔、防弹服、防弹运钞车和防弹汽车等;电子工业方面包括各种反射面天线、印刷电路板、壳架等生物工程和人体医学方面,包括人造关节、骨骼、CT扫瞄床板等地铁车辆、发热材料和电热用品以及机械制造工业等复合材料产品多种多样层出不穷充分体现了其应用多元化的趋势和特点。

  综上所述,碳纤维增强树脂基复合材料品种结构变化繁多加工成型技术不断更新基础理论研究方兴未艾应用领域相当广泛这些事实充分证明了这一材料在工程塑料中的领先地位。随着基础研究和应用研究的不断深入该材料在取代金属、节约能源特殊专用等方面将发挥独特的作用其巨大的潜力必将得到进一步挖掘。