碳纤维复合材料助力航空航天不断发展

  碳纤维复合材料以其优异的性能广泛的应用于飞行器的制造业,最突出的主要性能是强度大、模量高、比重小、质量轻。另外,还具有耐高温、耐疲劳、耐腐蚀、耐高导和耐稳定性等一系列优异性能,而且与其他材料的相容性高,兼备纺织纤维的柔软可加工性,容易复合,设计自由度大。碳纤维的这种特性决定了它可以应用于航空航天、体育休闲、交通运输、医疗卫生、土木建筑等诸多领域。

  在航空航天领域,利用碳纤维的耐高温、比强度高和比模量高等力学特性作为航空、航天、飞机、飞船等的结构材料使用。如飞机的一次构造材料:主翼、尾翼和机体等;二次构造材料;副翼、方向盘、升降舵、内装材料、地.板材、刹车片及直升机的叶片等;火箭的排气锥体、发动机盖、壳体、燃烧室、喷管、喉衬、扩散段)、助推器壳体等;导弹武器的整流罩、弹体、端头、喷管、扩散段等;人造卫星的承力结构、热防护系统、太阳能电池基板、复杂曲面天线、连接架等宇宙飞船的翼面板和支撑构件等。

  太空站和天地往返运输系统上的一些关键部件也往往采用碳纤维复合材料为主要材料。目前,碳纤维复合材料在小型商务飞机和直升飞机上的使用量已占70%-80%在JY飞机上占30%-40%在大型客机上占15%一50%世界碳纤维在航空航天领域的使用虽,2006年为 37754,占总用量的15.6%预计201 0年将增加到5389t,占16.9%,我国碳纤维在航空航天领域的应用量远远低于世外水平,2005年为1201, 占总用量的27%预计2010年将增加到250L,占41%。

  碳纤维复合材料(CFRP)具有质量轻等一系列优异特性,在飞机制造业广泛应用。首先战斗机中的使用量增加迅速,如美国超级“大黄蜂”(F/A-18E/R)的CFRP用量占约19%法国“阵风”的用量占约24%英国“台风”(EP200)的用量占约40%直升机也大量使用CFRP,如日本“0H-1忍者”的机身用量为40%桨叶等也用CFRP制造。我国先进的直升机也大量使用CFRP。特别是近年来在大型客机A380和B787上的使用量增加更快,目前己占结构总量的50%左右,成为制造大型飞机的主体材料,已引起人们极大关注。

  如波音公司1982年波音767型飞机主要在尾翼、发动机上使用一些碳纤维,1架飞机使用CFRP为1.5t,其中碳纤维的实际用量约1t。 1995年推出的波音777型飞机,除了垂直尾翼以外,水平尾翼、机身和里面的地板支撑材料等也开始使用碳纤维,1架飞机的复合材料用量为9.6t,实际碳纤维用量6 5t。波音公司称,大量使用复合材料将减少更多维修时间和费用,而且每架飞机可节省燃料约20%空中客车公司估计目前1架A340/500和A340/600飞机使用的复合材料将近6t,新的A380客机使用复合材料为25~30吨/架,其中85%是碳纤维复合材料。

  21世纪是复合材料的世纪,碳纤维作为复合材料的首选原材料之一应用广泛,需求不断增长,发展前景看好。随着国民经济的发展、科学技术的进步,碳纤维的应用领域不断扩大,特别是大型飞机项目的再次启动,碳纤维市场必将进一步增长,需求量会越来越大,必然促进碳纤维工业的发展。