碳纤维增强复合材料对航空工业发展的意义

  航空工业对所需材料的要求是轻质、高强、高可靠。飞行器作为一个整体,还用到少量非结构性材料,如阻尼、减振、降噪、密封材料等,碳纤维增强复合材料恰好适合制作这种材料。现代航空工业上应用的纤维增强复合材料有铝合金玻璃纤维混杂复合材料(Glare)、碳纤维增强复合材料(CFRP)、芳纶增强复合材料(AFRP)、玻璃纤维增强复合材料(GFRP)等,还用韧性环氧树脂、双马来醚亚胺树脂和聚酚亚胺树脂基增强复合材料等,它们覆盖了航空飞行器机体的主要面积。其中航空航天领域应用最多的是碳纤维增强复合材料,而玻璃纤维增强复合材料一般常用于航海船舶领域。

  为了进一步迎接碳纤维复合材料更高性能价格比的挑战,欧洲空中客车公司提出的目标是更多地应用碳纤维增强复合材料以减重30%,从而降低整个飞行成本40%。

  碳纤维及其增强复合材料常用于飞机、火箭和宇宙飞船的零部件,如用于军Y飞机和大型民用客机的减速板和刹车装置,阿波罗宇宙飞船控制舱的光学仪器热防护罩、内燃机活塞喷嘴材料、机翼和尾翼等。可见在发展低成本、高性能复合材料方面还大有潜力。在新一代飞机设计中,纤维增强复合材料除了作为结构材料外,还承担着吸波隐身等特殊功能。

  碳纤维复合材料对直升机的发展也至关重要,尤其在减重、隐身和防护装甲等方面能满足直升机机动性好、生存力高的要求。法国宇航公司也大幅度增加碳纤维增强复合材料的用量。波音公司生产的7E7双过道喷气式客机,包括机翼和机身在内的大部分承力骨架结构上已决定使用纤维增强塑料(FRP),它抵消了制造方向上的突然转变所产生的任何负面影响。7E7飞机其结构件重量的50%以上是复合材料,这使得空中客车公司的成就黯然失色,而在这之前空中客车公司还被人们称为民航复合材料开发的领导者。

  对航空用碳纤维增强复合材料的主要性能要求是,军Y飞机要求提高其机动性、近距格斗和全天候作战能力;民用飞机则要求安全性、可靠性、舒适性和经济性等,因此对航空材料的主要要求是高比强度、抗疲劳、耐高温、耐腐蚀、长寿命、低成本。

  碳纤维增强复合材料以其典型的轻量特性、卓越的比强度、比模量、独特的耐烧蚀和隐蔽性、材料性能的可设计性、制备的灵活性和易加工性等,在实现武器系统轻量化、快速反应能力高威力.大射程、精确打击等方面起着巨大作用,使它成为航空航天工业中非常理想的材料。