碳纤维复合材料在航空航天范畴的使用有哪些？

碳纤维按质料来源可分为聚丙烯腈（PAN）基碳纤维、沥青基碳纤维和粘胶基碳纤维。聚丙烯腈（PAN）基碳纤维占有主流位置。其超卓的力学功能、热功能、耐腐蚀、抗辐射在一般工业范畴以及航天航空范畴运用越来越广泛。

沥青基碳纤维和粘胶基碳纤维首要运用于导热、冲突以及隔热。与PAN基碳纤维比较，粘胶基碳纤维力学功能较差，工艺条件严苛，本钱较高，但具有杰出的耐烧蚀功能和隔热功能，首要用于航空航天范畴的耐烧蚀资料和隔热资料。沥青基碳纤维在航天范畴某些小范围运用，如防热端，运用量不是很大。

聚丙烯腈（PAN）基碳纤维

聚丙烯腈基碳纤维以聚丙烯腈基长丝为首要资料，也称为原丝，通过拉伸、预氧化、氧化、高温碳化、石墨化等构成碳纤维。聚丙烯腈基碳纤维的强度、刚性及其他力学功能均优于钢铁，比强度、比模量功能指标比起钢铁、金属资料更加超卓，是高强钢的3-5倍，可充分满意航空航天范畴需求。

上世纪40-50时代国外开端研讨碳纤维及其复合资料。二战后美.日.德在碳纤维研讨范畴走在了世界前列。60时代相继开发出了T300系列，70时代开发T400、T700以及相关M系列碳纤维，90时代T800、T1000系列问世，2012年日本东丽公司宣告T1100研制成功。

我国碳纤维复合资料的研讨与运用

我国碳纤维的研制阅历了30多年的绵长进程。2008年T300级碳纤维工业化出产全流程关键技能得到打破，已根本完成国产化，产品部分代替进口。目前，T700级碳纤维没有构成大规模量产，T800进入研讨阶段。我国的碳纤维研讨、工业运用与国外尚有20-30年距离。碳纤维在航空航天方面尝试运用始于70、80时代，但运用范围极小、用量很少，进入到90时代中期，跟着第三代航空装备和载人航天项目开端运用，碳纤维复合资料逐步锋芒毕露，但纤维多为实验室等级或严重依靠进口。2008年国家发动大飞机项目，碳纤维复合资料的出产在国内出现井喷的开展态势。综上，尽管我国碳纤维复合资料在航空航天范畴的开展远落后于西方国家，但追赶速度非常快。估计2025-2030年能够与西方国家同台竞技，一较高下。

碳纤维复合资料在航空航天范畴运用的结构占比

航空航天是世界碳纤维运用的传统商场。最早开端于航天范畴。美国等发达国家先后开发了碳纤维-酚醛防热复合资料、高强高韧碳纤维—环氧复合资料、耐高温碳纤维复合资料等系列产品，首要用于受力部件（火箭发动机外壳）、耐热部件（火箭发动机喷管）、火箭箭体结构等。后开展到航空范畴，首要用于军用飞机的非受力部件，如舵面、扰流板、整流罩等。再后来开展至大非承力部件，如整个舵面、水平尾翼、垂直尾翼、机翼、机头、机身等等。

国外碳纤维复合资料在战斗机、直升机、无人机上的用量早已到达或超越机身总重的50%，军事飞机运用碳纤维复合资料用量占比约为30%。波音787“梦境航线”和空客A350XWB宽体客机上，碳纤维复合资料主、次结构件质量占比也已到达50%，而我国C929仅为10%左右，仍有很大距离，这与我国碳纤维复合资料的研讨前史、碳纤维复合资料的成形技能、力学功能、结构设计等有很大联系，然后导致我国碳纤维复合资料在航天器上的运用较少。

航天范畴与航空范畴有所不同，我国碳纤维复合资料在航天范畴运用开展较快。航天器如火箭、卫星等运用周期短，碳纤维复合资料结构比重较大，约为20%左右，与国外水准齐平。

碳纤维复合资料运用范畴

碳纤维按用处可分为宇航级和工业级两类，亦称为小丝束和大丝束。一般把48K及以上碳纤维称为大丝束碳纤维，包含60K、120K、360K和480K等。宇航级碳纤维初期以1K、3K、6K为主，逐步开展为12K和24K，首要运用于国防工业和高技能及体育休闲用品（如：飞机、导弹、火箭、卫星和钓鱼杆、高尔夫球杆、网球拍等）。工业级碳纤维运用于不同民用工业，包含：纺织、医药卫生、机电、土木建筑、交通运输和动力等。其间，航空航天运用量占25-30%，一般工业范畴占40-50%。其间，运用于航空航天范畴的碳纤维复合资料的产值最大，其复合资料归于最新、最高端、功能最安稳的产品。

民用航空

碳纤维复合资料不只限于军用范畴。跟着低空范畴的敞开，通用航空、民用航空对碳纤维复合资料需求激增。大飞机项目发动以来，民航范畴对国内碳纤维复合资料需求越来越旺盛，我国行将研制的二代大型C929碳纤维复合资料运用会再上台阶，民航对于大飞机的需求量每年坚持200-300架需求。

通用航空

私家飞机、探空气球等航空器价格较低、产量大，拉动碳纤维资料的运用量奉献最大，归于最有利于下降资料本钱的运用范畴。

无人机

碳纤维复合资料在军用无人机、民用无人机范畴开端锋芒毕露。无人机要想取得更大的载荷和更长时刻的续航，在制作资料这一块，就必须选用质轻高强的资料，而碳纤维都满意这些条件，所以被众多无人机厂家选用为无人机机壳和无人机配件的首选资料。此外，跟着碳纤维本钱逐步下降将大力推进无人机商场对碳纤维的运用，然后构成工业良性循环，有利于碳纤维资料技能进步、运用水平进步。