無處不在的碳纖維復合材料之航空領域
發布時間：2021-07-20
瀏覽次數：907
目前碳纖維復合材料已經廣泛應用于航空航天、體育休閑、汽車工業、環境能源、土木工程等領域，其應用范圍幾乎是無處不在，為了便于更好了解碳纖維及其復合材料應用，鑫材泰克小編創建無處不在的碳纖維復合材料專題。
一、碳纖維在航空領域應用概述
碳纖維復合材料在減輕重量和改善機身性能方面起著不可或缺的作用。自1970年代開始，碳纖維首先用于擾流板、其他輔助結構材料，而且證明效果明顯。在1980年代后期，碳纖維進入了主要結構材料，例如尾翼和機艙橫梁。大型飛機制造商美國波音和歐洲空客不斷增加每架新機型使用的碳纖維數量。在2007年開始服務的大型空客A380以及2009年首飛的中型波音787，每架飛機使用30噸以上的CFRP，波音787使用CFRP的重量約為其結構重量的50％，而空客A350飛機先進結構材料中碳纖維復合材料占比已達53%。
二、碳纖維在航空領域應用實例
1、民用航空
碳纖維復合材料可用于機身蒙皮、地板梁、發動機風扇葉片、機身框架、尾椎等初級結構，也可以用于擾流板、天線罩等其他結構材料。
2、特殊航空
碳纖維及其預浸料在防空戰斗機飛機領域的具體應用包括：
※雷達透明天線罩：采用環氧樹脂或BMI預浸料；或RTM樹脂和由玻璃纖維或石英纖維制成的編織預制件；
※ 前緣舵面翼：碳纖維/環氧預浸料；
※ 機身壁板：碳纖維/環氧預浸料、非金屬蜂窩心；
※ 前緣裝置：碳纖維/玻纖環氧預浸料；
※ 翼整流罩：碳纖維/玻纖環氧預浸料；
※ 翼皮和翼肋：碳纖維/玻纖環氧預浸料；
※ 翼尖：石英纖維/環氧預浸料；
※ 方向舵：碳纖維/環氧預浸料；
※ 翼：碳纖維/玻纖環氧預浸料；
※飛行操縱面：碳纖維/玻璃纖維增強環氧預浸料、蜂窩材料。
3、 直升機系統
用于直升機機身的復合材料主要為碳纖維復合材料和玻璃纖維復合材料
碳纖維復合材料在直升機結構中詳細應用
※ 葉片：采用碳纖維編織物預浸料加工；
※ 轉子輪轂：編織碳纖維/環氧樹脂預浸料；
※ 引擎/機身整流罩/檢修面板：玻璃纖維、碳纖維和芳綸編織物與環氧樹脂、BMI樹脂預浸料；
※ 機身：碳纖維和玻璃纖維編織預浸料，蜂窩狀；
※ 主門和貨艙門：編織碳纖維和玻璃纖維環氧樹脂預浸料；
※ 水平平衡器：編織玻璃纖維、碳纖維和芳綸/環氧樹脂預浸料；
※ 動臂和尾部：編織碳纖維環氧或碳纖維/玻纖混編預浸料；
※ 玻璃條：編織碳纖維環氧預浸料和玻纖預浸料。
三、國外航空用碳纖維材料體系發展
自上世紀70年代到新千年以來，航空領域用碳纖維復合材料經歷三代材料發展，分別是：1970-1980年代強度標準模量碳纖維增強脆性環氧樹脂復合材料、1990-2000年代強中模碳纖維增強韌性環氧樹脂復合材料以及2010年以后強中模碳纖維增強韌性復合材料。2010年前后美國赫氏公司推出了IM8、IM10等強中模碳纖維，使其成為了新一代航空碳纖維材料。赫氏IM8、IM10型碳纖維拉伸強度分別高達6067、6964MPa，而拉伸模量也達到310GPa；而日本東麗T1100G碳纖維拉伸強度7000MPa、拉伸模量324GPa。
由于新一代航空碳纖維性能已經達到前所未有的高度，對于增強基體，則出現了可定制聚合物基體，即可根據產品性能要求設計基體性能。目前國內航空領域已定型使用的碳纖維性能相當于國外一代碳纖維水平，即強度標準模量級碳纖維，因此，與國外碳纖維在航空領域應用技術仍然存在多年差距。