碳纤维材料加工复合材料在航空航天领域中有哪些应用

碳纤维材料加工复合材料在航空航天领域中有哪些应用

军用：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，民用：部件包括：减速板、垂直和水平稳定器(用作油箱)、方向舵、升降舵、副翼、襟翼扰流板、起落架舱门、整流罩、垂尾翼盒、方向舵、升降舵、上层客舱地板梁、后密封隔框、后压力舱、后机身、水平尾翼和副翼均采用CFRP制造。继A340对碳纤维龙骨梁和复合材料后密封框――复合材料用于飞机的密封禁区发起挑战后，A380又一次对连接机翼与机身主体结构**翼盒新的禁区发起了成功挑战。

碳纤维复合材料的用途

碳纤维的主要用途是与树脂、金属、陶瓷等基体复合，制成结构材料。碳纤维增强环氧树脂复合材料，其比强度、比模量综合指标，在现有结构材料中是最高的。

在密度、刚度、重量、疲劳特性等有严格要求的领域，在要求高温、化学稳定性高的场合，碳纤维复合材料都颇具优势。

碳纤维是50年代初应火箭、宇航及航空等尖端科学技术的需要而产生的，现在还广泛应用于体育器械、纺织、化工机械及医学领域。随着尖端技术对新材料技术性能的要求日益苛刻，促使科技工作者不断努力提高。80年代初期，高性能及超高性能的碳纤维相继出现，这在技术上是又一次飞跃，同时也标志着碳纤维的研究和生产已进入一个高级阶段。由碳纤维和环氧树脂结合而成的复合材料，由于其比重小、刚性好和强度高而成为一种先进的航空航天材料。

因为航天飞行器的重量每减少1公斤，就可使运载火箭减轻500公斤。所以，在航空航天工业中争相采用先进复合材料。有一种垂直起落战斗机，它所用的碳纤维复合材料已占全机重量的1/4，占机翼重量的1/3。

据报道，美国航天飞机上3只火箭推进器的关键部件以及先进的MX导弹发射管等，都是用先进的碳纤维复合材料制成的。现在的F1（世界一级方程锦标赛）赛车，车身大部分结构都用碳纤维材料。顶级跑车的一大卖点也是周身使用碳纤维，用以提高气动性和结构强度碳纤维可加工成织物、毡、席、带、纸及其他材料。

传统使用中碳纤维除用作绝热保温材料外，一般不单独使用，多作为增强材料加入到树脂、金属、陶瓷、混凝土等材料中，构成复合材料。碳纤维增强的复合材料可用作飞机结构材料、电磁屏蔽除电材料、人工韧带等身体代用材料以及用于制造火箭外壳、机动船、工业机器人、汽车板簧和驱动轴等。

波音787大量采用碳纤维复合材料是否存在隐患？

我认为碳纤维材料也是几十年前在747上小规模应用了，累计了足够的经验，才在787上大量使用的，所以我觉得应该没问题的。波音787“梦幻”飞机——碳纤维/ 环氧树脂复合材料革命的代表，其复合材料用量达到了50%。

在波音787 上大面积使用碳纤维/ 环氧树脂复合材料，减轻了飞机重量并使创新理念得以实现。

波音工程师们只是认为碳纤维/ 环氧树脂复合材料结构能大大降低飞机重量，从而节省燃料、扩大飞行范围。复合材料的两个缺陷：首先它一层与一层之间的结合力非常薄弱，而一旦出现分层的情况，就会对其整体性能造成严重的破坏。其次用以粘结碳纤维、形成复合材料整体的树脂基体的韧性都很差。比如被维修人员失手掉下的扳手给砸了——这就足以导致它形成内部的层间缺陷，然而从外表却很可能根本看不出痕迹。

当一个复合材料部件的冲击损伤在表面已经可以勉强目视发现时，它内部已经出现大范围的基体开裂和分层，强度可以骤降到无损状态的40%。事实上飞机复合材料部件最多的损伤就是在维护过程中各种碰撞、拆卸而产生的。总结     787整体来说还是不错的，虽然还是存在一些问题，但科技技术性难题是需要投入时间和金钱的。

毕竟，没有哪一款飞机可以做到完美无瑕疵。

无人机为什么要用碳纤维材料、碳纤维复合材料？

续航时间长：碳纤维具有重量超轻的特点，其制成的碳纤维无人机架重量非常轻，和其他材质无人机相比，续航时间更长;坚固性强：碳纤维的抗压强度在3500MP以上，且具有高强度的特点，制成的碳纤维无人机具有抗摔性强，抗压能力极强;易组装，易拆卸：碳纤维多旋翼无人机架结构简单，采用铝柱和螺栓连接而成，使得在进行元器件安装过程中，编排极其方便;可以随时随地进行组装，易于携带;使用非常方便;而且采用航空铝柱和螺栓，牢固性强。稳定性佳：碳纤维制成的多旋翼碳纤维无人机架的云台具有减震增稳的效果，通过云台抵消机身晃动或者震动的影响。

好的减震球与云台板的结合，有效的增加稳定性和减少减震性，在空中平稳的飞行;安全性：碳纤维多旋翼无人机架由于动力分散到多个机臂，可以保证较高的安全系数;在飞行中可以做到力的平衡，易于操 控，自动悬停，使其按照所想要的路径飞行，避免突然下降造成伤害。

什么是“碳纤维复合材料”？

碳纤维复合材料在复合材料大家族中，纤维增强材料一直是人们关注的焦点。自玻璃纤维与有机树脂复合的玻璃钢问世以来，碳纤维、陶瓷纤维以及硼纤维增强的复合材料相继研制成功，性能不断得到改进，使复合材料领域呈现出一派勃勃生机。

下面让我们来了解一下别具特色的碳纤维复合材料。

碳纤维主要是由碳元素组成的一种特种纤维，其含碳量随种类不同而异，一般在90%以上。碳纤维具有一般碳素材料的特性，如耐高温、耐磨擦、导电、导热及耐腐蚀等，但与一般碳素材料不同的是，其外形有显著的各向异性、柔软、可加工成各种织物，沿纤维轴方向表现出很高的强度。碳纤维比重小，因此有很高的比强度。 碳纤维是由含碳量较高，在热处理过程中不熔融的人造化学纤维，经热稳定氧化处理、碳化处理及石墨化等工艺制成的。

碳纤维的主要用途是与树脂、金属、陶瓷等基体复合，制成结构材料。碳纤维增强环氧树脂复合材料，其比强度、比模量综合指标，在现有结构材料中是最高的。在密度、刚度、重量、疲劳特性等有严格要求的领域，在要求高温、化学稳定性高的场合，碳纤维复合材料都颇具优势。

碳纤维是50年代初应火箭、宇航及航空等尖端科学技术的需要而产生的，现在还广泛应用于体育器械、纺织、化工机械及医学领域。随着尖端技术对新材料技术性能的要求日益苛刻，促使科技工作者不断努力提高。80年代初期，高性能及超高性能的碳纤维相继出现，这在技术上是又一次飞跃，同时也标志着碳纤维的研究和生产已进入一个高级阶段。

由碳纤维和环氧树脂结合而成的复合材料，由于其比重小、刚性好和强度高而成为一种先进的航空航天材料。因为航天飞行器的重量每减少1公斤，就可使运载火箭减轻500公斤。所以，在航空航天工业中争相采用先进复合材料。

有一种垂直起落战斗机，它所用的碳纤维复合材料已占全机重量的1/4，占机翼重量的1/3。据报道，美国航天飞机上3只火箭推进器的关键部件以及先进的MX导弹发射管等，都是用先进的碳纤维复合材料制成的。

碳纤维复合材料的应用有哪些

普通碳-石墨制品的脆性，是碳素材料的最大弱点。多年来人们为提高碳素制品的可挠性和机械强度，进行了广泛深入的研究。

从20世纪60年代初期开始发展起来的碳纤维及其复合材料，由于具有很高的比强度、比刚度等优异特性，在工程应用上越来越受到重视。

碳纤维系采用天然纤维或人造纤维在一定条件下经加工和碳化而成。如果用来制造复合材料，则碳纤维还要经过一系列表面处理。由于聚丙烯腈合成纤维含碳量高，工业上普遍用它作原料。原料丝首先利用一般纺织机械将纤维丝束整成卷，或拉成无纬布。

为了提高碳纤维的强度和弹性模量，常常在碳化之前先经预氧化，预氧化是在预氧化炉中于210-230℃高温下进行的。预氧化可以加速聚丙烯腈分子形成环链的芳香结构，使分子间牢固地结合在一起。然后在非氧化性气纸中于1000-1100℃的高温下进行碳化，如果最终希望得到石墨化纤维，则需进一步在2500-3000℃下经过石墨化处理。

碳纤维与普通碳-石墨制品一样，具有优良的耐热和耐腐蚀性能，但导热性却保持了原料纤维的特点，比较低。因此，常将碳纤维织成碳布或碳毡用作感应炉和电阻炉的热屏蔽材料。石墨化的纤维则有较高的导热率，作为发热元件可以在真空或惰性气体炉内用到2500℃。

石墨化纤维编织成石墨纱经聚四氟乙烯浸渍，用于输送腐蚀性介质的化工泵的城料密封，不仅有良好的密封性，且使用寿命长。碳纤维复合材料有碳纤维/树脂、碳纤维/金属、碳纤维/碳等各种制品，其中以碳纤维增强树脂的复合材料应用最多。玻璃纤维的比强度与碳纤维差不多，但比刚度却低很多。

显然，碳纤维/树脂复合材料比玻璃钢有更优越的性能。目前碳纤维复合材料在航空工业上已得到广泛应用，在汽车工业、原子能工业中亦逐步扩大使用范围。利用这种材料的高比强度、高比刚度和优异的耐蚀性，用作化工机械的高速回转件如离心机转鼓、泵的叶轮或压力容器等无疑具有良好的应用前景。