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航空航天·C919复合材料应用概况

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2023 年 5 月 28 日,国产大飞机 C919 完成载客首秀,成功开始商业之旅。其机身采用第三代铝锂合金材料、先进复合材料,其用量分别达 8.8% 和 12%。复合材料比金属等传统材料轻,将其应用于航空航空领域,有助于减排、降本、减重、延长飞机结构部件的使用寿命等。由于大规模采用先进复合材料,C919 机体约减重 7%。据波音公司估算,喷气客机重量每减轻 1kg,其在使用期限内可节省 2200美元。因此,机体结构复合材料化是飞机先进性的重要标志。

图:C919 飞机的各类材料应用比例如图所示

图:国产 C919 飞机

复合材料优势    

(一)具有高度通用性

复合材料不受传统材料的限制,能够模制成复杂的配置,构建定制的零件以满足飞机特定要求。

(二)具有高比强度和比刚度

复合材料重量轻,强度和刚度大,将其应用于飞机部件,可大幅减重,降低 制造成本。

(三)具有极强的耐候性和抗疲劳性

复合材料可承受异常高温且耐疲劳,主要应用于建造飞机和航天器的主要承重结构,例如机翼、机身、起落架、发动机舱等。

(四)具有优越的减振性能

复合材料的纤维和基体界面的阻尼较大,振动衰减时间较短,因此具优异的减振性能。

机体主要复合材料使用情况    

01     
   
碳纤维树脂基复合材料  

C919 大型客机是国内首个使用 T800级高强碳纤维复合材料的民机。相比 T300级材料, T800级材料强度、模量更高,韧性更强,具备更好的抗冲击性。C919 受力较大的部件,如后机身平垂尾等都使用了 T800级碳纤维复合材料。其发动机风扇叶片也采用碳纤维复合材料。C919 上使用的 T800 材料采用增韧环氧树脂基体,拉伸强度和拉伸模量较 T300 提高约 50%,其是目前国际上民机主承力结构应用最为广泛的复合材料。

02     
   
玻璃纤维复合材料  

相比碳纤维复合材料,玻璃纤维复合材料的力学性能稍低。然而,碳纤维介电常数较高而影响雷达工作,故 C919 大型客机的雷达罩使用玻璃纤维复合材料。另外机体受力较小的部件,如襟翼也使用玻璃纤维复合材料。因为玻璃纤维复合材料成本比碳纤维复合材料低,在受力较小部件上应用,既可达到设计要求,又可降低 制造成本。

03     
   
陶瓷基复合材料  
陶瓷基复合材料是指在陶瓷基体中引入增强材料,形成以引入的增强材料为分散相,以陶瓷基体为连续相的复合材料。其具有耐高温、耐磨、抗高温蠕变、耐化学腐蚀等优异性能,在航空、航天等众多领域有着广泛应用。其中,C919的涡轮部件则是采用陶瓷基复合材料。
04     
   
芳纶蜂窝材料  
C919 大型客机舱门和客货舱地板使用芳纶蜂窝材料,其是采用酚醛树脂浸渍的芳纶纸制成的轻质高强非金属仿生芯材制品。它模仿蜜蜂的蜂巢设计,具有稳定、轻质的结构和高比强度。与泡沫芯材相比,它具有更高的剪切强度;与金属蜂窝相比,它更加耐腐蚀。另外,芳纶蜂窝材料还具有高韧性、良好的抗疲劳性能和防火性能,是理想的民机复合材料。
05     
   
芳砜纶纤维  
芳砜纶简称 PSA 纤维,由聚砜酰胺组成。其具有优良的电绝缘性和耐热性;具有高阻燃性能,极限氧指数超过 30%;具有优异的耐化学稳定性,除了几种极强的溶剂和浓硫酸外,常温下不易受到化学品腐蚀。芳砜纶不仅可以用于制作多种耐高温滤材和高温高压电器中的绝缘材料,而且还可加工成运输工具中的高级阻燃织物等。C919 机舱内部首次启用芳砜纶纤维制作椅罩、门帘,飞机减重至少 30 公斤以上。

图:复合材料在 C919 飞机上的应用部位示意图

复合材料未来发展趋势    

2022 年全球航空复合材料市场约为 300亿美元,预计 2027 年将达到 516亿美元。复合材料具有卓越的性能,可以可承受严苛的条件,是航空航天结构领域的支柱。随着全球对节油飞机的需求不断增长,未来飞机结构复合材料化的趋势将不断扩大。目前,国内航空高端碳纤维复合材料主要依赖日美进口。国内光威复材、博云新材等复合材料制造商一起开展同 C919 的适航认证工作,其研发的复合材料有望进入 C919 产业链。此举有助于加大复合材料国际市场占比,同时减少进口受制于人的局面。

来源:综合消息、前沿材料

来源:碳纤维生产技术
振动疲劳复合材料化学通用航空航天材料仿生
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首次发布时间:2024-06-29
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碳纤维生产技术
助力国内碳纤维行业发展
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企业资讯·光威复材与大船集团签约,碳纤维逐梦深蓝

本文摘要:(由ai生成)9月24日,大连船舶重工集团为招商局能源运输打造的新一代超大型原油船“新伊敦”轮交付。该船配备光威复材制造的大型硬质翼型风帆,使用碳纤维复合材料,实现减重并降低燃油消耗,减少碳排放。双方签订战略合作协议,将推进碳纤维复合材料在船舶领域的应用,提升船舶性能,并带动产业发展。光威复材获突出贡献奖,将坚持科研创新,助力国家重器发展。9月24日,大连船舶重工集团有限公司为招商局能源运输股份有限公司精心打造的新一代节能环保型超大型原油船(船体编号:T300K-100)“新伊敦”轮正式交付。威海光威复合材料股份有限公司作为“新伊敦”轮的翼型风帆制造商与大船集团签订“船海装备复合材料研制与应用”战略合作协议,大船集团总工程师、副总经理郑炜,光威集团董事长陈亮,光威复材总经理王文义,光晟科技总经理王国平等出席活动。“新伊敦”轮为30万吨超大型油轮,总长333米,型宽60米,型深30米,设计吃水20.5米。作为大船集团与招商轮船践行国家双碳战略的合作成果,该船较上一代船型更加注重船舶的营运性能优化,降低船舶的营运燃油消耗,增强船舶风浪中航行性能,综合性能指标世界一流。“新伊敦”轮安装了两对新一代大型硬质翼型风帆,该风帆由大船集团领衔,招商轮船、中国船级社、光威复材等单位参与研制。帆叶结构采用了轻质、高强并且耐海洋环境的碳纤维复合材料,风帆升起高度接近40米,单翼总表面积超过1200平方米,较上一代风帆实现减重27%,年平均节约燃油消耗超过9.8%,减少约2900多吨碳排放。碳纤维复合材料本次在翼型风帆上的应用,创造了四项行业“之最”:一是复合材料单件体量最大,风帆高度近40米,单翼总表面积超过1200平方米,需定制化的专用厂房进行生产;二是技术含量最高,采用了新材料、新工艺,首次借用航空航天数字化三维仿真技术进行产品设计、装配分析,涉及图纸1639份、技术类文件105份,使用零部件上百万件;三是生产周期最快,仅一年时间内完成了专用厂房建设、产品设计定型、研发制造、部段交付;四是全世界最领先,这是碳纤维复材全球范围内首次应用于大型油轮帆叶结构,在大幅减重的同时,降低燃油消耗也增强了航行性能,助力“新伊敦”轮综合性能指标达到世界领先水平。本次战略合作协议是集大船集团船海产品研发设计建造和光威复材在复合材料领域各自具有的优势,在前期翼型风帆合作的基础上,提出了深化合作的方向。将推进碳纤维及其复合材料在船舶领域的广泛应用,挖掘复合材料轻质、高强、耐腐蚀、耐低温等特性在船海产品领域的应用空间,拓宽船舶产品的选材范围,提升船舶性能,并带动复合材料以及船舶产业创新发展。签订协议后,光威复材将进一步完善设计制造体系,全力配合大船集团完成船海装备复合材料工程化应用任务,双方合作致力于开创船海装备复合材料推广应用的新时代。我司员工宫瑞君(前排右一)、王诗胜(二排左一)获翼型风帆系统研制及实船应用突出贡献奖长空铸剑,碳纤维助力战机翱翔蓝天;向海图强,碳纤维支撑大船逐梦深蓝。未来,光威复材将不忘报国初心,坚持科研创新,用勤劳和汗水,铸就大国重器美好的明天!来源:光威复材特别声明:公 众号部分文章和图片来源于网络,发布的目的在于传递更多信息及分享,并不代表本公 众号赞同其观点和对其真实性负责,也不构成任何其他建议。版权归原作者所有,任何组织或个人对文章版权或内容的准确性存在疑议,请第一时间联系我们,我们会及时修改或删除。广告免责声明:为了公 众号稳定发展,本公众 号会不定时承接行业广告、产品推广、会议培训推广等广告展示方式有文章前/中/后以图片形式展示、软文展示、产品链接展示等。本公 众号只提供发布平台,对广告内容的真实性或有效性不做评价,请自行判别。所有广告内容及相关事项与本公 众号无关,特此声明。来源:碳纤维生产技术

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