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碳纖維復(fù)合材料發(fā)揮出了突出的優(yōu)勢,碳纖維是由化纖和石油經(jīng)特殊工藝制成的纖維,除了和一般碳素材料一樣具備耐高溫、耐摩擦、導(dǎo)電、導(dǎo)熱等特性外,它強(qiáng)度更高,質(zhì)量輕,更耐腐蝕。它的密度不到鋼的1/4,但抗拉強(qiáng)度卻是鋼的7~9 倍,抗拉彈性也高于鋼,在2000℃以上的高溫惰性環(huán)境中,是強(qiáng)度不下降的物質(zhì)。在、酸、堿中不溶不脹,耐蝕性出類拔萃。而且它外形柔軟,可加工成各種織物。從使用的角度看,碳纖維不存在腐蝕生銹的問題,比普通金屬耐用。在氣候條件下,碳 纖維的性質(zhì)幾乎不發(fā)生變化。應(yīng)用在機(jī)身中可以提高整體性能,同時(shí),采用整體化制造技術(shù)可以生產(chǎn)配件,減少結(jié)構(gòu)重量,降低生產(chǎn)成本。
復(fù)合材料化已是目前和今后的一個(gè)發(fā)展趨勢,國外在機(jī)體結(jié)構(gòu)上大量采用低成本、輕質(zhì)高強(qiáng)度復(fù)合材料,并在材料、機(jī)體結(jié)構(gòu)整體化設(shè)計(jì)、分析和制造技術(shù)等方面取得了快速發(fā)展與提高,使得結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造技術(shù)已發(fā)生了深刻的變革,這種的整體結(jié)構(gòu)與常規(guī)鉚接結(jié)構(gòu)相比具有許多優(yōu)點(diǎn)。
1、氣動性能:表面光滑、外形準(zhǔn)確、對稱性好;
2、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度:總體和局部的剛性好、強(qiáng)度高,耐疲勞、耐久性、損傷性及機(jī)體可靠性高;
3、重量:減輕機(jī)體結(jié)構(gòu)重量約15%~20%,增加有效載重;
4、工藝和經(jīng)濟(jì):簡化工藝裝備,減少裝配工作量,縮短制造周期,降低整機(jī)全壽命期成本。
綜上所述,碳纖維復(fù)合材料用于制造已是大勢所趨,但我國在運(yùn)用復(fù)合材料技術(shù)尚處于起步階段,相關(guān)技術(shù)手段有待于提高,想要我國在復(fù)合材料未來的領(lǐng)域中獨(dú)樹旗幟,碳纖維制品供應(yīng)商,這就需要我們加大對其科研的投入和支持;同時(shí)要加強(qiáng)與國際間的交流與合作,相信不久的將來,相信在不久的將來,碳纖維復(fù)合材料將會成為的主流制造材料。
早期的制作材料多為鋁合金,還有一小部分鈦合金、 鋼材,屬材料的強(qiáng)度高,但是質(zhì) 量偏重, 并且比強(qiáng)度和比剛度較低,導(dǎo)致
的有效載荷系數(shù)小,而碳纖維材料正好能夠彌補(bǔ)這些缺點(diǎn),其比強(qiáng)度和比剛度在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)材料中十分突出,能夠增加的有效載荷系數(shù),碳纖維制品定做,提高.
安全性。在滿足使用強(qiáng)度的同時(shí),碳纖維還是一種的減重材料,其密度僅有1.7g/cm3 ,是鋁合金的60% ,能夠有效實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的輕量化,并且,碳纖維檢具紡織纖維的柔軟性,可塑性強(qiáng),能夠通過結(jié)構(gòu)的優(yōu)化,實(shí)現(xiàn)一體成型嗎,減少了不必要的零配件,在-定程度上也減輕的重量。
大多數(shù)金屬材料的耐疲勞極限是其抗拉強(qiáng)度的30%- 50% ,而碳纖維復(fù)合材料的耐疲勞極限能夠達(dá)到抗拉強(qiáng)度的70%-80% ,并且碳纖維復(fù)合材料本身的抗拉強(qiáng)度就要比多數(shù)金屬材料。綜合而言,碳纖維復(fù)合材料所具備的一系列優(yōu)點(diǎn),已經(jīng)成為制作外殼的。
在航空航天領(lǐng)域的碳纖維復(fù)合材料制品應(yīng)用是什么樣的呢?
在航空航天領(lǐng)域傳統(tǒng)的采用多采用金屬材料,因?yàn)楦邚?qiáng)度、耐高溫、高比模量等特征非常好的保證了我們在航空航天領(lǐng)域的研發(fā)和科技的推動。那在航空航天領(lǐng)域中研究發(fā)現(xiàn),碳纖維制品訂制,如果能夠減重1千克,大約能夠節(jié)省下1萬美元的燃料,那在材料使用上面的科研就是我們研發(fā)的方向,還能非常好的提升火箭、飛船的負(fù)荷質(zhì)量,所以對于航空航天材料的重量和質(zhì)量是非常值得去關(guān)注的點(diǎn)。
在航空航天領(lǐng)域還有一個(gè)非常重要的點(diǎn)就是耐高溫性能,碳纖維復(fù)合材料是通過碳纖維束和樹脂進(jìn)行預(yù)浸到固化形成碳纖維預(yù)浸料,那在這個(gè)過程中,為了更好的保證碳纖維復(fù)合材料耐高溫的性能,就可以進(jìn)行樹脂添加物,新昌碳纖維制品,使得成型后的碳纖維制品具備非常好的耐高溫性能。
在整個(gè)航空航天材料的選擇上面就需要有重量輕、強(qiáng)度高、耐高溫、變形小的特點(diǎn),這一系列的特征都指向了碳纖維復(fù)合材料,當(dāng)然鈦合金也可以,但是鈦合金的資源太少,這也是為什么國家大力扶持碳纖維企業(yè)的原因,在國外技術(shù)不共享的情況,國內(nèi)大力推進(jìn)碳纖維復(fù)合材料研發(fā)的重要原因。
那碳纖維在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用中,大尺寸的碳纖維還沒有生產(chǎn)的先例,現(xiàn)在主要是進(jìn)行一些小零部件的生產(chǎn),然后進(jìn)行機(jī)加工組裝,常見的有飛機(jī)尾翼,利用蒙皮進(jìn)行長桁組成,通過模具使得碳纖維制品進(jìn)行組合在一起,然后再進(jìn)行熱壓罐成型。
除了飛機(jī)尾翼,還有非常平尾、垂尾等。那在航空航天領(lǐng)域,我們被廣泛運(yùn)用的有整流罩、前緣、艙門以及內(nèi)部的材料選用,很好的保證了航空飛船的性能表現(xiàn),在一定程度上減少了整體的重量,那在航天飛船的桶身應(yīng)用,采用多段桶身的生產(chǎn)后,然后進(jìn)行組成,從而生產(chǎn)出碳纖維復(fù)合材料的航空壁體,在這個(gè)過程中特別重要的地方就是銜接處。
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