2012-2-27 來(lái)源:中國(guó)聚合物網(wǎng)
關(guān)鍵詞：碳纖增強(qiáng)材料 航空航天市場(chǎng)
廣泛應(yīng)用在航空航天市場(chǎng)
航空航天市場(chǎng)歷來(lái)是碳纖維增強(qiáng)材料最重要的市場(chǎng)之一。近年來(lái)，碳纖維在航空航天市場(chǎng)的應(yīng)用發(fā)展更為迅捷。在航空工業(yè)中，碳纖維主要被用作結(jié)構(gòu)材料，如主翼、尾翼和機(jī)體、方向舵、起落架、副翼、擾流板、發(fā)動(dòng)機(jī)艙、整流罩及座板等，此外還有C/C剎車片。大量碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用可以減輕航空航天器的重量，節(jié)省油耗，提高航速。
2010年11月，中國(guó)首架擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的碳纖維輕型運(yùn)動(dòng)飛機(jī)“紅嘴鷗”在珠海航空產(chǎn)業(yè)園下線，這款飛機(jī)凈重只有280公斤。在千米左右的低空空域，從珠海飛向武漢、三亞、長(zhǎng)沙等城市，只需添加80升97號(hào)或98號(hào)汽油，輕松飛行四五個(gè)小時(shí)即可到達(dá)。
此外，空客320、380，波音787等均大量采用碳基復(fù)合材料作為航空器內(nèi)部的結(jié)構(gòu)材料，來(lái)實(shí)現(xiàn)飛行器自身的減重，相應(yīng)地減少飛行過(guò)程中的油耗。以波音787夢(mèng)幻飛機(jī)為例，復(fù)合材料占到整機(jī)重量的1/2。如果波音公司每月生產(chǎn)5架787飛機(jī)，對(duì)碳纖維復(fù)合材料需求量將達(dá)每年1500噸。空中客車公司制造的A380是當(dāng)今世界上最大的大型客機(jī)，可載客555人，飛行距離15,000km，采用的復(fù)合材料約占結(jié)構(gòu)重量的35~40%。據(jù)統(tǒng)計(jì)，僅波音787、空中客車A380和A400M三種新型飛機(jī)對(duì)碳纖維復(fù)合材料的需求量就達(dá)到3000t/a。
碳纖維復(fù)合材料在宇航工業(yè)中也有廣泛的應(yīng)用，如用作防熱及結(jié)構(gòu)材料，如火箭噴管、鼻錐、大面積防熱層；衛(wèi)星構(gòu)架、天線、太陽(yáng)能翼片底板、衛(wèi)星-火箭結(jié)合部件，航天飛機(jī)機(jī)頭、機(jī)翼前緣和艙門等制件，哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的測(cè)量構(gòu)架、太陽(yáng)能電池板和無(wú)線電天線等。
積極開(kāi)拓航空航天新應(yīng)用
正是看好航空航天市場(chǎng)的前景，越來(lái)越多材料供應(yīng)商將這一市場(chǎng)作為開(kāi)拓的一個(gè)重要市場(chǎng)。
作為全球領(lǐng)先的碳素石墨材料及相關(guān)產(chǎn)品制造商，德國(guó)西格里集團(tuán)（SGLGroup）在第十六屆中國(guó)國(guó)際復(fù)合材料工業(yè)技術(shù)展覽會(huì)，展示其高性能的碳纖維及復(fù)合材料產(chǎn)品。
據(jù)悉，此次展品覆蓋了碳纖維生產(chǎn)的整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈，包括SIGRAFILC碳纖維、多軸織物、機(jī)織和無(wú)紡材料、預(yù)浸漬材料、以及碳纖維增強(qiáng)塑料組件等。
本次展出的SIGRAFILC碳纖維及相關(guān)復(fù)合材料是用于風(fēng)能、航空航天、汽車工業(yè)、以及其他工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域關(guān)鍵組件的生產(chǎn)制造。
2009年，名古屋大學(xué)設(shè)立了復(fù)合材料工學(xué)研究中心，目的是與日本宇航研究所、三菱重工及東麗等材料供應(yīng)商合作，共同推進(jìn)中斷了近40年的國(guó)產(chǎn)YS-11客機(jī)的開(kāi)發(fā)，這種機(jī)型可乘坐70~90人，其主翼和尾翼都選用CFRP，以達(dá)到世界最高水平的航運(yùn)經(jīng)濟(jì)性和客艙的舒適性，以期與俄、中等正在開(kāi)發(fā)的區(qū)域性飛機(jī)在國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中處于優(yōu)勢(shì)地位。今后的重要課題是如何降低成本，盡快開(kāi)發(fā)可確實(shí)檢測(cè)因CF預(yù)浸料的內(nèi)部發(fā)生層間剝離而導(dǎo)致強(qiáng)度下降的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)、修復(fù)技術(shù)及高精度打孔及快速切削加工技術(shù)等。
東邦TohoTenax生產(chǎn)的TenaxIM600系列（抗拉強(qiáng)度5880MPa）與高強(qiáng)韌性的樹脂相組合形成的預(yù)浸料，已用于空客A-380的飛機(jī)部件、直升飛機(jī)和噴氣式戰(zhàn)斗機(jī)的材料。
今后將設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)面向新一代飛機(jī)的CF。
一年前，日本TohoTenax歐洲公司贏得了龐巴迪公司的項(xiàng)目合同，計(jì)劃為其新的C系列飛機(jī)項(xiàng)目的主要一級(jí)和二級(jí)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)提供碳纖維材料。TohoTenax公司預(yù)計(jì)，在未來(lái)10年內(nèi)，該合同將價(jià)值約1.3億歐元。TohoTenax公司將為C系列飛機(jī)項(xiàng)目采用的干的織物和預(yù)浸料，提供各種系列的碳纖維。
據(jù)TohoTenax公司介紹，龐巴迪公司在C系列飛機(jī)項(xiàng)目使用其碳纖維材料，是因?yàn)門ohoTenax公司最新的Tenax碳纖維材料達(dá)到了飛機(jī)先進(jìn)設(shè)計(jì)的要求，并且支持龐巴迪公司新開(kāi)發(fā)的制造工藝。
金屬合金材料的替代品
減輕重量以節(jié)省燃料和系統(tǒng)成本一直是航空行業(yè)的一項(xiàng)長(zhǎng)期戰(zhàn)略，其中碳纖維增強(qiáng)熱塑性塑料將成為航空航天工業(yè)用新材料最重要的增長(zhǎng)點(diǎn)。
沙伯基礎(chǔ)創(chuàng)新塑料利用航空碳纖維技術(shù)和Ultem聚醚酰亞胺（PEI）樹脂制成了一款新型高性能復(fù)合材料，通過(guò)把部件質(zhì)量減輕50%，從而為如今的太空時(shí)代提供了代替重量更大的航空規(guī)格壓鑄鋁和機(jī)加工鋁材料的解決方案用于制造飛機(jī)內(nèi)飾部件。Vaupell是一家擁有60年經(jīng)驗(yàn)的定制注塑成型部件和組件的全球性代加工制造商，該公司現(xiàn)正與沙伯基礎(chǔ)創(chuàng)新塑料合作，研究將這款新型Ultem樹脂材料用于飛機(jī)座椅部件的可行性。
沙伯基礎(chǔ)創(chuàng)新塑料在飛機(jī)內(nèi)飾展(AircraftInteriorsExpo)展出Vaupell制造的桌板支架。這些概念部件展現(xiàn)了使用碳纖維填充Ultem樹脂與壓鑄鋁相比，可將重量減輕50%，強(qiáng)度提高40%。
碳纖維填充Ultem樹脂基于久經(jīng)驗(yàn)證的高性能Ultem樹脂基礎(chǔ)上專為飛機(jī)內(nèi)飾開(kāi)發(fā)，符合FAA可燃性標(biāo)準(zhǔn)FAR25.85及OSU65/65中對(duì)于煙霧密度和熱量釋放的要求。除桌板支架外，新型碳纖維填充Ultem樹脂規(guī)格的潛在應(yīng)用領(lǐng)域還包括扶手、擱腳板以及咖啡機(jī)底座等廚房用具。Vaupell并進(jìn)行了進(jìn)一步的負(fù)荷性能測(cè)試和疲勞測(cè)試。
沙伯基礎(chǔ)創(chuàng)新塑料已開(kāi)發(fā)出了一系列填充了不同碳纖維含量的Ultem樹脂技術(shù)，從而滿足對(duì)于高端性能特性的各種特殊要求。這一新方案是該公司的LNP特種復(fù)合材料團(tuán)隊(duì)與Ultem樹脂技術(shù)團(tuán)隊(duì)緊密協(xié)作的結(jié)果，旨在幫助航空公司應(yīng)對(duì)輕質(zhì)的迫切需求，另外與鋁材相比，該材料解決方案的強(qiáng)度還提高了40%。航空規(guī)格的碳纖維具有高達(dá)38.3PSI的出色拉伸強(qiáng)度，相比之下，2024-0規(guī)格的壓鑄鋁和7075-0規(guī)格的機(jī)加工（鋼化）鋁的抗拉強(qiáng)度僅分別為27PSI和33.1PSI。連續(xù)長(zhǎng)纖維具有出色的剛性和抗沖擊性能。
與航空規(guī)格的鋁材相比，Ultem樹脂材料具有更好的拉伸性能，且比重（SG）比前者低50%左右（2024-0規(guī)格的比重為2.78；7075-0規(guī)格的比重為2.81；碳纖維填充Ultem樹脂的比重為1.44）。除了比鋁材重量更輕之外，碳纖維填充Ultem樹脂規(guī)格還省去了機(jī)械加工及其他二次處理，從而簡(jiǎn)化了生產(chǎn)過(guò)程，降低了總系統(tǒng)成本。與金屬材料相比，該規(guī)格材料還有助于實(shí)現(xiàn)部件整合，減少故障點(diǎn)，擴(kuò)大設(shè)計(jì)自由度。在加工過(guò)程中，這些樹脂可提供雙倍的流動(dòng)性，從而提高了生產(chǎn)效率，并可生產(chǎn)出薄壁注塑件來(lái)進(jìn)一步減輕重量。
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