摘要

本文簡述了我國碳纖維復合材料的性能與碳纖維增強劑復合材料（CFRP）的幾種成型工藝，同時說明了碳纖維復合材料的應用領域現(xiàn)狀，重點分析了碳纖維復合材料在航空航天、汽車領域、風電領域的應用。

碳纖維復合材料分類

碳纖維復合材料是以碳纖維為增強材料，以樹脂、金屬、陶瓷等作為基體材料，經(jīng)過復合成型制成的結構材料，與傳統(tǒng)的金屬材料相比，其具有密度小、比強度/比剛度高、耐腐蝕、抗疲勞、耐高溫、便于設計、易于大面積整體成型加工等優(yōu)點。按基體的不同，可分為樹脂基復合材料（CFRP）、碳/碳復合材料（C/C）、金屬基復合材料（CFRM）、陶瓷基復合材料（CFRC）及橡膠基復合材料（CFRR）等。

碳纖維材料的性能分析

①密度小、質量輕
②強度、彈性模量高，其強度比鋼大4~5倍，彈性回復為100%；
③熱膨脹系數(shù)小，導熱率隨溫度升高而下降，耐驟冷、急熱，
④摩擦系數(shù)小，并具有潤滑性；
⑤導電性好，25℃時高模量碳纖維的比電阻為775Q*cm，高強度碳纖維則為1500Q*cm；
⑥耐高溫和低溫性好，在3000℃非氧化氣氛下不熔化、不軟化
⑦耐酸性好，對酸呈惰性，能耐濃鹽酸、磷酸、硫酸等侵蝕。

碳纖維增強劑復合材料（CFRP）成型工藝

     熱壓罐法

熱壓罐成型是最早開發(fā)用于航空結構復合材料制造并仍普遍使用的一種技術，熱壓罐成型工藝流程為：將單層預浸料按預定方向鋪疊成的復合材料坯料放在熱壓罐內，在一定溫度和壓力下完成固化過程。這種成型工藝采用的原料也是碳纖維預浸料中間體，其具有可固化不同厚度的層合板、可制造復雜曲面零件、使用范圍廣泛、工藝穩(wěn)定可靠等優(yōu)點，但也存在設備投資成本高、工藝生產(chǎn)成本高、制品大小受熱壓罐尺寸限制等缺點，適用于制造飛機艙門、整流罩、機載雷達罩，支架、機翼、尾翼等產(chǎn)品。

碳纖維復合材料的應用現(xiàn)狀

1.汽車領域

目前我國在軌道車輛在碳纖維復合材料的應用上也取得了不小的成果。2011年，研發(fā)的碳纖維復合材料車頭罩應用于時速500km/h高速試驗車，抗沖擊性能和力學性能優(yōu)良。2013年，研發(fā)城際動車組碳纖維設備艙裙板，較鋁合金裙板減重大于30%，裝車試運行時各項性能優(yōu)異。2015年，研發(fā)的中國標準動車組碳纖維復合材料設備艙，較鋁合金減重35%，完成各項型式試驗及60萬公里運營考核，最高試驗時速420km/h，分解檢查狀態(tài)良好

航空領域

空客A380是目前世界上最大的飛機,其結構重量的25%為復合材料,碳纖維復合材料構件(機身段、襟翼、副翼、艙壁等)占其結構重量的22%。碳纖維復合材料的大量應用使其明顯減重,大大減少了油耗,降低了運營成本。

碳/碳復合材料具有耐高溫、抗磨損、比熱容大等特點,是制造飛機制動裝置的優(yōu)異材料。用其制作的飛機制動盤同金屬制動盤相比可節(jié)省40%的結構重量,使用壽命是金屬制動盤的5~7倍。

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