碳纤维复合材料在航空航天领域的应用

    碳纤维是纤维状的碳素材料,含碳量在90%以上。具有十分优异的力学性能,与其它高性能纤维相比具有高比强度和高比模量。特别是在2000℃以上高温惰性环境中,是唯一强度不下降的物质。此外,其还兼具其他多种得天独厚的优良性能:低密度、高升华热、耐高温、耐腐蚀、耐摩擦、抗疲劳、高震动衰减性、低热膨胀系数、导电导热性、电磁屏蔽性、纺织加工性均优良等。因此,碳纤维复合材料也同样具有其它复合材料无法比拟的优良性能,被应用于军事及民用工业的各个领域,在航空航天领域的光辉业绩,尤为世人所瞩目。2005 年碳纤维的耗用量已超过2 万吨,图1 为21 世纪前十年碳纤维需求量的统计预测情况。航空航天领域的碳纤维需求情况见表1 所示,约占总消耗量的20%左右。


    可以明显看出,航空航天领域需求量有大幅度增加。2001 年航空航天领域对碳纤维的需求为2690t,2002 年和2003 年对碳纤维的需求量有所减少,2002 年约减少20%,2003 年则减少约9 %。2003 年以后航空航天领域对碳纤维的需求出现快速增长,2006 年与2001 年相比
将增长约40 %,2008 年将增长约76 %,到2010 年和2001 年相比预计增长超过100%。本文将介绍碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)在航空航天领域应用的新进展。


    1 航空领域应用的新进展
  T300 碳纤维/树脂基复合材料已经在飞行器上广泛作为结构材料使用,目前应用较多的为拉伸强度达到5.5GPa,断裂应变高出T300 碳纤维的30%的高强度中模量碳纤维T800H纤维。[-page-]
  军品
  碳纤维增强树脂基复合材料是生产武器装备的重要材料。在战斗机和直升机上,碳纤维复合材料应用于战机主结构、次结构件和战机特殊部位的特种功能部件。国外将碳纤维/环氧和碳纤维/双马复合材料应用在战机机身、主翼、垂尾翼、平尾翼及蒙皮等部位,起到了明显的减重作用,大大提高了抗疲劳、耐腐蚀等性能,数据显示采用复合材料结构的前机身段,可比金属结构减轻质量31.5%,减少零件61.5%,减少紧固件61.3%;复合材料垂直安定面可减轻质量32.24%。用军机战术技术性能的重要指标