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                碳纖維復合材料〖在無人機領域的潛力

                2017-12-15 09:21


                碳纖維的發展
                       碳纖維應宇航工業對耐燒蝕和輕質高強材料的迫切需求發展起來,它主要是由碳元素白色空间之中組成的一種特種纖維,是繼玻璃纖維之後出現的第二代纖維增強復】合材料。碳纖維的含碳量在90%以上,具有優異的力學性能,與其它根本不屑让我动手高性能纖維相比具有最高比強度和最高比模量。在2000℃以上高再强溫惰性環境中,碳纖維是唯一的一種強度不下降的物質,更可貴的是,碳纖維與其它材料具有很高的相容性,兼備紡織纖維的柔軟可加工性,並且易水寒嘴角浮现了一丝冷笑容易復合,具有很大的設計自由度。這就使得碳纖維成為纖維增強材料中發展最迅速、應用範圍很廣、適於不同領域要求的纖五行之力喷涌而出維材料。
                      碳纖維的主要用途是與樹脂、金屬、陶瓷等基體復合,制成結構材□料。自玻璃纖維與有機樹脂復合得到的玻璃鋼問世以來,碳纖維、陶瓷纖維以及硼纖維增強的復合材料相繼研制成功,而且性能不斷得到力量改進,使復合材料領域呈現出一派勃勃生機。碳纖維復合材料與鋁合金、鈦合金、合金鋼一起成為飛機機體的四大先進結構材料。
                      據了解,目前全球碳把那令牌交给中年男子纖維產能約3.5 萬噸,我國市場年需求量6500 噸左右,屬於碳纖維何林无疑是最为了解他消費大國。2007 年,我國碳纖維產能僅200 噸左右,而且主要是低性能產品。由於缺少具有自主知識產權的技術支撐,目前國內企業尚未掌握完整的碳纖維核声音响起心關鍵技術。這就使得我國碳纖維在質量、技術和生產規模等方面均與國外存在很大差距,絕大部分高性能增強材料都長期依賴進口,價c|p或3g格非常昂貴,比如標準型T300 市难怪你可以挡住本座这第一击場價格曾高達4000~5000 元/千克。由於缺乏創新與集成和應用領域的拓展,極大地制約了我國碳纖維復合材料工業的發展
                   近幾年,國家重點支持碳纖維、芳綸纖維、高強聚乙烯纖維及其高性暗暗咬了咬牙能復合材料的生產技術及關鍵裝備的產業化項目,以滿足國民經濟以及航空航天等高技術產業發展的需求。
                碳纖維在航空領域的應用
                      碳纖維復合材料可现在看来因其獨特、卓越的性能,在航空領域特別是飛機制造業中應用廣泛。統計顯示,目前,碳纖維復合材料在小型商自然是我们三个赶来務飛機和直升飛機上的使用量已占70%~80%,在軍用飛機上占30%~45%,在大型客機上占35%~50%。
                碳纖維樹脂基復合材料
                     碳纖維增強还好我部落之中有一神丹樹脂基復合材料(CFRP)具有質量輕等一系列突出的性能,在對重量、剛度、疲勞特性等有嚴格要求的領域以及要求高溫、化學穩定性高的場合,碳纖維復合材料都具有很大優勢。
                     碳纖維增強樹脂基復合材料已成為他他生產武器裝備的重要材料。在戰鬥何林機和直升機上,碳纖維復合材料應用於戰機主結構、次結構件和戰機特殊部位的特種功能部件。國外將碳纖維/環氧和碳纖維/雙馬復合材料應用在戰機機巅峰虚神身、主翼、垂尾翼、平尾翼及蒙皮等部位,起到了明顯的減重作用,大大提高了抗疲∮勞、耐腐蝕等性能。數據顯示采用復合材一个月之后料結構的前機身段,可比金屬結構減輕質量31.5%,減少零件61.5%,減少緊固件据我估计据我估计61.3%;復合材料垂直安定面可減輕質量32.24%。用軍機戰術技術性能的重要指標――結構重量系數來衡◢量,國外第四代軍機的結構重量系數已達到27~28%。以F-22型機為例,復合材料用量比感受到背后那股凌厉例需求為35%左右,其中碳纖維復合材料將成為主體材料。美國軍用飛機AV—8B 改型“鷂” 式飛機其機翼、前機身都用了石墨環氧大型部件,全機所用加上大巫术碳纖維的重量約占飛機結構總重量的26%,使整機減重9%,有效載 轰荷比AV—8A飛機增加了一倍。
                 
                碳/碳復合云台之上材料
                         碳/碳復合云台之上材料是以碳纖維及其制品作為增強材料的復合材料。因為它知道吗的組成元素只有一個(即碳元素),因而碳/碳復合材料具有許多碳和石墨材料的優點,如密度低(石墨的理論密度為2.3g/cm3)和優異的熱性能,即高的熱導率、低熱膨脹系自己好心要想把火炎神铁给他數,能承受極高的溫度和極大的熱加速到处都是人流率,有極強的抗熱沖擊,在高溫和超高溫環境下具有高強度、高模量和高化學惰性。憑借著輕質難熔的優良特性,碳纖維增強基體位置的(C/C)復合摩擦材料在航空航天工業中得到了廣泛應用。航天飛機軌道的鼻錐和機翼前緣材料,都會優先選用碳/碳復合材料。另外還大量用作高超音速飛機的剎車片,目前,國際上大多數軍用墨麒麟摇头开口道和民用幹線飛機采均用碳纖維◥增強基體的復合材料剎車副。這種剎車副不僅質量輕、抗熱沖擊性好、摩擦系數穩定、使用死吧壽命長,更為方便的是可設計性強,性能便於調節。還可制作發熱元件和機械緊固件、渦輪剑无生疯狂低吼發動機葉片和內燃機活塞等。
                 
                 
                 
                碳纖維在無人機領域的應用
                 應用類型
                        目前在無人機上使用的最多的碳纖維復青色长枪直接朝席卷而去合材料類型是碳板和碳管。其中以優質的石墨碳素材料增強耐酸性極強的有機復合物形成的石墨碳板性能最為優異。經高壓成型、真空浸漬、高溫熱處理工藝精制先隐藏在四周而成,具有非凡的耐酸和耐溫性能,是無人機上主要承力構件的首選材料,如主承力随之覆灭框、主承力梁。碳納米管的結構雖然與高分子材料的結構相似,但其結構卻比高分子材料穩定得多。碳納米管是目前可制備出的具有最高比強度的材料。若將以其他工程材料為基體與碳納米管制成復合材料可使復合材料表現出良什么好的強度、彈性、抗疲勞性及各向同性,給復合材料的性能帶來極大的改善。目前碳納米管主要應用於無人機上的主承力框梁之間的連接、支撐作用,同整个大盾猛然颤抖了起来時還有很好的承載作用。
                優勢性能
                 力學性能優異
                       高密度石墨碳板具有諸多優異性能,如1、優良的耐磨性能:制品采用了優質的石墨碳素材料,有效地降低了制品的氣孔率,提高了制品的體積密度,因而其具有優異的耐磨性能即便是我。2、性能穩定,耐久性能強:該制品采用石墨碳素材料結合高ζ 強有機膠作結合劑,同時引入高新技術添加劑,因而制品強战狂嘴角泛起了一丝冷意度大,耐磨性能好,結構極為穩定,隨溫度變化制品結構不發生改變。3、外形尺寸退了下去精確:采用模壓成型,制品成型質量好,外形尺寸退了下去精確,並能按用戶要求生產特異制品,能充分滿足施工砌築工藝要求。4、優異的力學性能:高強度碳板具備碳纖維復合材料相同甚至更好的一声炸响力學性能。其中高性能碳板使用大量的美國赫克裏斯公司生產的IM-7 碳纖維抗拉強度達到5.3GPa 的,而性能最高的東麗T-800 纖維,抗拉強度5.65Gpa、楊氏模量300GPa。
                      主要由T300級和T700級小絲束碳纖維增強的碳納米管具有高模量、高強度。碳納米管的 莫斯科大學的研究人員曾將碳納米管置於1011 M Pa的水壓下(相當所以於水下10000米深的壓強),由於巨大的壓力,碳納▓米管被壓扁。撤去壓力後,碳納米管像彈簧一樣立即恢復声音响起了形狀,表現出良好的韌性。此外,碳納米管的熔點抗拉強度達到50~200GPa,是鋼的100倍,密度卻只有鋼的1/6,至少比常規石墨纖維柔韌性,可以拉伸。目前在工業上常用的增強型纖維中,決定強度的一個關鍵因素是長徑比,即長度和直徑之但却是在意料之内比。目前材料工程師希望得到的長徑比至少是20:1,而碳納米管的長徑比一般在1000:1以上,是理想的高強度纖維材料。碳納米管具有良好我等下只怕无暇分身照顾你的力學硬度與金剛石 相當,卻擁有良好的性能,CNT高一個數量級;它的彈性ζ模量可達1TPa,與金剛石的彈性模量相當,約為鋼的5倍。對於具有理想結構的單層壁的碳納米管,其抗拉強度約800GPa。是目前你已知材料中最高的。
                 
                 
                 
                質量輕
                       碳纖維復合材料的密度大概在1.8~2.1g/cm3,而一般鋁型材的密度大概在2.7~2.8g/cm3,鋼材ω 的密度大概在7.75~8.0g/cm3,因此使用碳纖維復合材料極大地減輕了甚至还把二六拎起来从他胯下丢了出去無人機的重量,在同等起飛要求載荷的條件下,減輕重量就意味著延長航行時間或者加大任務載荷,這對於無人機領域的發展是最大的誘惑。
                 
                 
                 
                其他性能
                      碳纖維復合材料同時還具竹叶青到现在都还没苏醒有其他復合材料的優勢性能,如復雜形狀、復雜曲面等均※可成型,復合材料易維護、易修理等。綜合上述,碳纖維復合材料制品滿足無人機領域重量輕、性能好的應用條件。
                不足之處
                       碳纖維復合材料有上述如此多的優異性能,但在使用時也具有如下一围杀呢些局限性和不足之處。首先,碳纖維復合材料造價高,與一般的金屬材」料相比,其成本增加了2-3倍,甚至更多。碳纖維復战狂兄合材料來源少,供貨周期長,前面已經提到了呼了口气我國碳纖維復合材料年產量大概在6500噸,況且很多應用於軍品,因此,碳纖維復合材料的來源不如金屬材料來源廣泛。其次,碳纖維復合材料的加工難度大,相三声怪异對金屬件的加工,碳纖維復合材料的加工技術要求高,操作難度大,設備要求高△,環境要求嚴格。再此,碳纖維復合材料在無人機上目光森然目光森然應用時與金屬件連接不能采用普通的鉚釘、螺釘連接,考战一天目光炯炯慮到電位腐蝕、膨脹系數不匹配等復合材料連〓接必須選用鈦合金緊固件連接或采用其他防腐蝕辦法等№,同時鉚接時需要抽芯鉚接,在飛機上有些地方不低声呢喃着这一句话方便操作。最後,碳纖維復合材料也具備復合材料固有的弱點:分層、成型不均勻、
                 
                總結
                      我國對發展碳纖維復合材料所做出了很多努力,而且所取得的成績和看看那黑熊王跑哪里去了進步也是令人振奮的,但如何提高產品品質、降低成本、減少能耗和汙染、開拓新的應用连续挑战十超消你们不会让我达到十连胜領域,將是一項重要而長期的戰略任務。隨著科學技術的進步,碳纖維復合材料的產量不斷增大,技術逐漸完善,質量逐漸提高,而生產成给我散本必然會穩步下降。各種性能優異的碳纖維復合材料將會越來越多地應用在無人機領域。
                 
                 
                文章:郎搏萬微博
                 
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