碳纖維複合材料性能不斷得到改進

碳纖維複合材料性能不斷得到改進
　與我們熟知的紡織纖維不同，碳纖維是一種主要由碳元素組成的特殊纖維，具有輕而強、抗疲勞、抗腐蝕等獨特“秉性”——比重不到鋼的1/4，抗拉強度卻是鋼的7至9倍。

換句話說，兩架同樣自重的飛機，用碳纖維材料做“外衣”的那架載重量更大。

在複合材料大家族中，纖維增強材料一直是人們關注的焦點。自玻璃纖維與有機樹脂複合的玻璃鋼問世以來，碳纖維、陶瓷纖維以及硼纖維增強的複合材料相繼研制成功，使其複合材料領域呈現出一派勃勃生機。

　　設計一件盡可能輕的“外衣”，正在成爲世界飛機制造業的一大趨勢。北京航空材料研究院教授益小蘇向與會者展示了幾幅大飛機的制造材料細分圖：在出産于上世紀70年代的空客A300機身上，複合材料占整架飛機的比重只有5%；而在去年面世的超大型飛機A380上，複合材料的比重已達23%；預計將于2010年問世的A350超寬客機，其高性能輕質結構將達62%，成爲空客第一架全複合材料機翼飛機。

　　輕質“外衣”不僅能有效克服自重與安全的矛盾，還能大幅降低飛機能耗。以A380爲例，其首架飛機每位乘客的百公裏能耗不到3升，比競爭機型的能耗低12%；而A350的百公裏能耗預計只有2。5升/人，幾乎可以跟現在的小汽車媲美。

　　然而，與國際先進水平相比，我國在碳纖維的核心技術與生産工藝方面都存在相當差距，這一差距反映在固定翼飛機結構複合材料上約有20年。爲此，在未來我國航空工業優先發展的12項關鍵技術中，先進材料技術位列第二。

碳纖維主要是由碳元素組成的一種特種纖維，其含碳量隨種金相顯微鏡類不同而異，一般在90%以上。碳纖維具有一般碳素材料的特性，如耐高溫、耐摩擦、導電、導熱及耐腐蝕等，但與一般碳素材料不同的是，其外形有顯著的各向異性、柔軟、可加工成各種織物，沿纖維軸方向表現出很高的強度。碳纖維比重小，因此有很高的比強度。　　

碳素纖維是一種力學性能優異的新材料，它的比重不到鋼的1/4，碳纖維樹脂複合材料抗拉強度一般都在3500Mpa以上，是鋼的7~9倍，抗拉彈性壓克力模量爲23000~43000Mpa亦高于鋼。因此CFRP的比強度即材料的強度與其密度之比可達到2000Mpa/(g/cm3)以上，而A3鋼的比強度僅爲59Mpa/(g/cm3)左右，其比模量也比鋼高。