摘要

本文簡(jiǎn)述了我國(guó)碳纖維復(fù)合材料的性能與碳纖維增強(qiáng)劑復(fù)合材料（CFRP）的幾種成型工藝，同時(shí)說明了碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用領(lǐng)域現(xiàn)狀，重點(diǎn)分析了碳纖維復(fù)合材料在航空航天、汽車領(lǐng)域、風(fēng)電領(lǐng)域的應(yīng)用。

碳纖維復(fù)合材料分類

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

碳纖維材料的性能分析

①密度小、質(zhì)量輕
②強(qiáng)度、彈性模量高，其強(qiáng)度比鋼大4~5倍，彈性回復(fù)為100%；
③熱膨脹系數(shù)小，導(dǎo)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(rùn)滑性；
⑤導(dǎo)電性好，25℃時(shí)高模量碳纖維的比電阻為775Q*cm，高強(qiáng)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(duì)酸呈惰性，能耐濃鹽酸、磷酸、硫酸等侵蝕。

碳纖維增強(qiáng)劑復(fù)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(jié)構(gòu)復(fù)合材料制造并仍普遍使用的一種技術(shù)，熱壓罐成型工藝流程為：將單層預(yù)浸料按預(yù)定方向鋪疊成的復(fù)合材料坯料放在熱壓罐內(nèi)，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(yù)浸料中間體，其具有可固化不同厚度的層合板、可制造復(fù)雜曲面零件、使用范圍廣泛、工藝穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)，但也存在設(shè)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(diǎn)，適用于制造飛機(jī)艙門、整流罩、機(jī)載雷達(dá)罩，支架、機(jī)翼、尾翼等產(chǎn)品。

碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用現(xiàn)狀

1.汽車領(lǐng)域

目前我國(guó)在軌道車輛在碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用上也取得了不小的成果。2011年，研發(fā)的碳纖維復(fù)合材料車頭罩應(yīng)用于時(shí)速500km/h高速試驗(yàn)車，抗沖擊性能和力學(xué)性能優(yōu)良。2013年，研發(fā)城際動(dòng)車組碳纖維設(shè)備艙裙板，較鋁合金裙板減重大于30%，裝車試運(yùn)行時(shí)各項(xiàng)性能優(yōu)異。2015年，研發(fā)的中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)車組碳纖維復(fù)合材料設(shè)備艙，較鋁合金減重35%，完成各項(xiàng)型式試驗(yàn)及60萬公里運(yùn)營(yíng)考核，最高試驗(yàn)時(shí)速420km/h，分解檢查狀態(tài)良好

航空領(lǐng)域

空客A380是目前世界上最大的飛機(jī),其結(jié)構(gòu)重量的25%為復(fù)合材料,碳纖維復(fù)合材料構(gòu)件(機(jī)身段、襟翼、副翼、艙壁等)占其結(jié)構(gòu)重量的22%。碳纖維復(fù)合材料的大量應(yīng)用使其明顯減重,大大減少了油耗,降低了運(yùn)營(yíng)成本。

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

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