碳纤维复合材料轻型飞机是如何制造的
新民航客机的主机翼、舱体及尾翼等主要结构材料,由质量较轻的碳纤维复合材料(Carbon Fiber Reinforced Plastic,以下缩略为CFRP)构成。由于质量的减轻,燃油成本大幅降低,对环境的友好度得到了提升。与此同时,充分利用CFRP的特性,可以安装更大的机窗,机内所允许设定的压力、湿度也较高,乘客的航空体验也得到了改善。随着人们对环境问题关注度的提高,CFRP可以被认为是航空飞机的标准材料。
就碳纤维而言,日本占到了碳纤维市场约70%的份额,碳纤维也被应用于越来越多的领域(图1)。

图1 碳纤维的需求推移
用树脂将碳纤维固化(复合)后可以作为CFRP进行使用。航空客机使用的CFRP中,树脂占到了体积分数的约40%,使用弹性(刚性)较高、热收缩/硬化收缩较小、与碳纤维结合性较好的环氧树脂。CFRP具有以下特点(图2)。
比强度(强度÷密度)、壁弹性率(弹性÷密度)较高(轻而强)
抗疲劳性优异(长期反复载荷也难以损坏=寿命长)
不发生锈蚀(投入维护的劳动力较少)
热膨胀系数小(尺寸稳定性好)

图2 轻而强的CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastic)
此外,从制备的角度来看,CFRP大的特点在于其工艺性(图3)。终产品部件的设计和材料设计同时进行。将碳纤维在需要的方向进行排列,仅使用要求所需的量,避免了浪费。

图3 CFRP的研究领域
更多信息请关注复合材料信息网www.cnfrp.com
就碳纤维而言,日本占到了碳纤维市场约70%的份额,碳纤维也被应用于越来越多的领域(图1)。

图1 碳纤维的需求推移
用树脂将碳纤维固化(复合)后可以作为CFRP进行使用。航空客机使用的CFRP中,树脂占到了体积分数的约40%,使用弹性(刚性)较高、热收缩/硬化收缩较小、与碳纤维结合性较好的环氧树脂。CFRP具有以下特点(图2)。
比强度(强度÷密度)、壁弹性率(弹性÷密度)较高(轻而强)
抗疲劳性优异(长期反复载荷也难以损坏=寿命长)
不发生锈蚀(投入维护的劳动力较少)
热膨胀系数小(尺寸稳定性好)

图2 轻而强的CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastic)
此外,从制备的角度来看,CFRP大的特点在于其工艺性(图3)。终产品部件的设计和材料设计同时进行。将碳纤维在需要的方向进行排列,仅使用要求所需的量,避免了浪费。

图3 CFRP的研究领域
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