碳纖維復合材料輕型飛機是如何制造的
新民航客機的主機翼、艙體及尾翼等主要結構材料,由質量較輕的碳纖維復合材料(Carbon Fiber Reinforced Plastic,以下縮略為CFRP)構成。由于質量的減輕,燃油成本大幅降低,對環境的友好度得到了提升。與此同時,充分利用CFRP的特性,可以安裝更大的機窗,機內所允許設定的壓力、濕度也較高,乘客的航空體驗也得到了改善。隨著人們對環境問題關注度的提高,CFRP可以被認為是航空飛機的標準材料。
就碳纖維而言,日本占到了碳纖維市場約70%的份額,碳纖維也被應用于越來越多的領域(圖1)。

圖1 碳纖維的需求推移
用樹脂將碳纖維固化(復合)后可以作為CFRP進行使用。航空客機使用的CFRP中,樹脂占到了體積分數的約40%,使用彈性(剛性)較高、熱收縮/硬化收縮較小、與碳纖維結合性較好的環氧樹脂。CFRP具有以下特點(圖2)。
比強度(強度÷密度)、壁彈性率(彈性÷密度)較高(輕而強)
抗疲勞性優異(長期反復載荷也難以損壞=壽命長)
不發生銹蝕(投入維護的勞動力較少)
熱膨脹系數小(尺寸穩定性好)

圖2 輕而強的CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastic)
此外,從制備的角度來看,CFRP大的特點在于其工藝性(圖3)。終產品部件的設計和材料設計同時進行。將碳纖維在需要的方向進行排列,僅使用要求所需的量,避免了浪費。

圖3 CFRP的研究領域
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就碳纖維而言,日本占到了碳纖維市場約70%的份額,碳纖維也被應用于越來越多的領域(圖1)。

圖1 碳纖維的需求推移
用樹脂將碳纖維固化(復合)后可以作為CFRP進行使用。航空客機使用的CFRP中,樹脂占到了體積分數的約40%,使用彈性(剛性)較高、熱收縮/硬化收縮較小、與碳纖維結合性較好的環氧樹脂。CFRP具有以下特點(圖2)。
比強度(強度÷密度)、壁彈性率(彈性÷密度)較高(輕而強)
抗疲勞性優異(長期反復載荷也難以損壞=壽命長)
不發生銹蝕(投入維護的勞動力較少)
熱膨脹系數小(尺寸穩定性好)

圖2 輕而強的CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastic)
此外,從制備的角度來看,CFRP大的特點在于其工藝性(圖3)。終產品部件的設計和材料設計同時進行。將碳纖維在需要的方向進行排列,僅使用要求所需的量,避免了浪費。

圖3 CFRP的研究領域
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