航空航天·波音787梦幻客机即将恢复交付，采用先进复合材料

本文摘要：（由ai生成）碳纤维复合材料在新能源汽车轻量化中优势明显，其比强度和比刚度远超传统金属，且可定制化设计。此外，碳纤维还具备优异的耐腐蚀性和抗疲劳性，适合用于耐久性要求高的部件。然而，碳纤维回收再利用仍是挑战，成本高且难以产业化。随着技术进步，碳纤维在汽车行业的应用前景广阔，有望推动新能源汽车的进一步发展。随着新能源汽车行业的不断发展，对于汽车轻量化要求日益增高。在众多材料中，碳纤维复合材料以其优异的比强度、比刚度、耐腐蚀及抗疲劳性能日益为人们所重视。而碳纤维材料与金属材料之间的不同特点，也为工程设计人员提供了不同的设计思路，以下将简单对比碳纤维复合材料与传统金属的特点与差异性。01 比刚度和比强度对比金属材料，碳纤维材料重量轻，比强度及比刚度高。下表给出正交铺层（Cross-Ply）纤维复合材料跟常规材料力学性能的比较。可以看出在模量和强度方面传统碳钢表现都非常好，但密度大严重影响轻量化应用。6系铝的模量和强度小于碳钢，但其密度较小。树脂基碳纤维模量高于铝合金，强度通过设计可达到高强钢水平，远远高于铝合金，在性能和轻量化两方面优势都非常明显。02 可设计性金属材料通常呈各项同性，有屈服或条件屈服现象。而单层碳纤维具有明显的方向性。单层板沿纤维方向力学性能高于垂直纤维方向性能和纵横剪切性能1~2个量级，并且应力应变曲线在断裂前呈线弹性关系。因此，碳纤维材料可以通过层合板理论，选择单层的铺设角、铺层比、铺层顺序。可根据载荷分布特点，针对性设计来获得需要刚度和强度性能，而传统金属材料只能通过加厚来实现。同时，层合板性能裁剪设计不仅可以获得所需的面内刚度和强度性能，还可以获得独特的面内与面外之间的耦合刚度。03 耐腐蚀性相比较于金属材料，碳纤维材料具有很强的耐酸碱腐蚀的能力。碳纤维是经过2000—3000℃高温石墨化处理形成的类似石墨晶体的微晶结构，这种结构本身就具有很高的耐介质腐蚀性，在高达50％的盐酸、硫酸或者磷酸中亦能在弹性模量、强度和直径等方面基本保持无变化。因此，作为增强材料来说，碳纤维在耐腐蚀性能方面有足够的保证，不同基体树脂在耐腐蚀性上有所区别。如常见的碳纤维增强环氧树脂基，环氧树脂的耐候性较好，仍能较好地保持强度。04 抗疲劳性碳纤维复合材料的疲劳特性主要影响因素是压缩应变和高应变水平。疲劳性能通常进行压—压（R=10）和拉—压（R=-1）的疲劳试验，而金属材料一般进行R=0.1的拉—拉疲劳试验。相比于金属零件，尤其是铝合金，碳纤维零件具有优异的疲劳性能。在汽车底盘等抗疲劳性要求较高的领域，碳纤维复合材料具有更好的应用优势。同时碳纤维材料几乎不存在切口效应。大多数碳纤维层合板在整个寿命期内，有切口试验的S-N曲线与无切口试验的S-N曲线相同。05 可回收性目前成熟的碳纤维基体使用热固性树脂，当固化交联后很难再次提取利用，对环境造成较大影响。因此碳纤维回收难是产业发展的瓶颈之一，也是大规模应用亟需解决的技术难题。目前国内外大部分回收方法普遍成本较高，难以产业化。华特碳纤正积极探索可回收料解决方案，已完成多个样品的试制，回收效果良好，具备量产条件。结论：相比传统金属材料，碳纤维材料在力学性能、轻量化、可设计性、抗疲劳性上具有得天独厚的优势，但是，其生产效率、回收难仍然是制约其进一步应用的瓶颈所在。相信随着技术、工艺方面突破创新，碳纤维能够在汽车上将取得越来越多的应用。来源：华特碳纤特别声明: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