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碳纤维在航空航天上的应用

2017/1/12 8:58:58

现阶段复合材料主要用于制造航空航天器械的外饰和内饰部件,比如座椅、肋板、内部装饰、舷窗、扶手、引擎罩盖、机翼、机身和导流罩等,目前在航空航天领域运用最多的复合材料为碳纤维复合材料。

碳纤维复合材料以其独特、优异、卓越的物理化学性能,广泛应用在火箭壳体、导弹和飞行器材等航空航天领域。例如采用碳纤维与树脂制成的复合材料制成的飞机、卫星、火箭等宇宙飞行器,其重量和噪音大大减低,从而增加了产品的助推力,节约大量燃料。

在航空航天方面主要利用了它耐高温、轻而硬的力学特点,因而广泛应用于航天、航空、飞机、飞船,充当产品的结构材料。如飞机的一次构造材料(主翼、尾翼、机体);二次构造材料(副翼、方向舵、升降舵、内部装饰材料、地板材料、桁梁、刹车片等及直升飞机的叶片;火箭的排气锥体、发动机盖等;人造卫星结构体、太阳能电池板和天线、运载火箭和导弹壳体)等。目前轻型商务机航班和直升飞机的碳纤维复合材料使用量已占55%,军用飞机则在25%左右,大型客机用量在20%左右。

航空用纤维材料由纤维和树脂材料结合而成,根据纤维的强度,纤维加强型材料可分为碳纤维增强复合材料(CFRP)、玻璃钢(GFRP)等,2013年,碳纤维在航天领域的应用量达到54.3%,GFRP则达到了25.8%,预计到2019年,沿线委会增长到67.2%,玻璃钢会减少至17.3%。

根据用途不同,航空航天用复合材料可分为机身复合材料、引擎盖复合材料、发动机复合材料、飞机内部装饰复合材料。2013年,其中机身所用复合材料,航空发动机复合材料,飞行器内饰所用材料分别占64.6%,6.9%,28.5%;统计数据指出到2018年,机身所占比重会达到77.4%,其中航空发动机和飞行器分别占4.8%和17.8%。

总体来看,碳纤维在航空航天领域成波段增长态势。Zai2009-2016年间只有09年和11年出现小幅下降的情况,其他年份则是成增长态势。

从当前我国对碳纤维及行业的重视程度和科研投来来看,结合国家十三五对碳纤维新兴产业的投入,2017-2022年间,我国碳纤维行业需求量将保持13%左右的增速,按照这一增速预测,到2022年我国航天航空领域对碳纤维的需求量将呈现大幅增长态势。