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引领交通领域新材料革命的碳纤维技术(下)

碳纤维同样广泛应用于国防军工、航空航天、电力、车辆、建筑、石油化工器材等诸多工业领域以及体育器材等。

国际上碳纤维在航空航天、工业和体育休闲三大领域的应用比例为29∶56∶15。中国“十二五”新材料产业发展规划将碳纤维作为高性能纤维材料之首来发展,并列入“十二五”新材料产业重点发展产品目录。除了作为发展航空航天和国防军工等尖端技术必不可少的战略性原材料,碳纤维还是工业产品更新换代、产业升级不可或缺的基础材料。中国大飞机的研制也将使用碳纤维。

研制大型飞机要突破许多关键技术,其中之一是“先进复合材料结构设计技术”,这就离不开碳纤维。碳纤维以其优异的性能已经广泛应用于飞机制造业,最突出的主要性能是强度大、模量高、比重小、质量轻。另外,还具有耐高温、耐疲劳、耐腐蚀、耐高导和耐稳定性等一系列优异性能,而且与其他材料的相容性高、兼备纺织纤维的柔软可加工性、容易复合、设计自由度大等。碳纤维的这种特性决定了它可以应用于航空航天、体育休闲、交通运输、医疗卫生、土木建筑等诸多领域。

在航空航天领域,利用碳纤维的耐高温、比强度高和比模量高等力学特性作为航空、航天、飞机、飞船等的结构材料使用。如飞机的一次构造材料:主翼、尾翼和机体等;二次构造材料:副翼、方向盘、升降舵、内装材料、地板材、刹车片及直升机的叶片等。火箭的排气锥体、发动机(盖、壳体、燃烧室、喷管、喉衬、扩散段)、助推器壳体等;导弹武器的整流罩、弹体、端头、喷管、扩散段等;人造卫星的承力结构、热防护系统、太阳能电池基板、复杂曲面天线、连接架等;宇宙飞船的翼面板和支撑构件等。太空站和天地往返动输系统上的一些关键部件也往往采用碳纤维复合材料为主要材料。目前,碳纤维复合材料在小型商务飞机和直升飞机上的使用量已占70%~80%,在军用飞机上占30%~40%,在大型客机上占15%~50%。

结语

世界碳纤维的需求在各用途领域都不断增长,特别是急速增长的航空航天领域拉动了碳纤维全体的增长。世界碳纤维在航空航天领域的使用量,2006年为3775吨,占总用量的15.6%,预计2010年将增加到5389吨,占16.9%。我国碳纤维在航空航天领域的应用量远远低于世界水平,2005年为120吨,占总用量的2.7%,预计2010年将增加到250吨,占4.1%。

有关统计显示,世界碳纤维需求每年将以大约13%的速度增长,业内人士指出,未来交通行业对碳纤维的巨大需求仍然具有较大的上涨空间。

本文转载自中国复合材料学会