碳纖維是最近幾十年航空航天的大熱門材料,力學(xué)性能極其優(yōu)異,我們碳纖維制品廠家雖然所生產(chǎn)的制品無關(guān)乎航空航天業(yè),但是產(chǎn)品也都集材料的質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、耐腐蝕性好等等的優(yōu)勢(shì)。進(jìn)幾十年,國(guó)內(nèi)外很多先進(jìn)的飛行器都使用碳纖維材料,并且以碳纖維材料比例的多少來判斷其設(shè)計(jì)先進(jìn)性。美國(guó)波音公司787飛機(jī)碳纖維復(fù)合材料使用量達(dá)到了50%,從而打造了飛機(jī)無與倫比的運(yùn)載效益:載重大,飛得遠(yuǎn),而且座艙壓力高,乘坐舒服,噪音小。我們也曾就碳纖維制品在飛機(jī)配件的應(yīng)用做到分析(“除了碳纖維制品配件,飛機(jī)還使用過哪些材料?”),那么除了優(yōu)點(diǎn),碳纖維制品應(yīng)用于航空航天設(shè)備構(gòu)件有沒有缺點(diǎn)呢?
碳纖維是一種力學(xué)性能極其優(yōu)異的新材料,拉伸強(qiáng)度一般都在3500MPa 以上,是鋼的7-9 倍,拉伸模量在200-700GPa,同樣高于鋼,但密度只有鋼的1/4,比強(qiáng)度是鋼的20倍。碳纖維制品構(gòu)件具有強(qiáng)度高、重量輕、模量高、剛度大的特性, 還具有良好的耐疲勞性、耐腐蝕性、X 射線穿透性、導(dǎo)電性及導(dǎo)熱性等優(yōu)越性能, 正因于此,碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用前景極其廣闊,飛行器設(shè)計(jì)方面無論是戰(zhàn)斗機(jī),轟炸機(jī),運(yùn)輸機(jī),能用碳纖維的部位一定用,毫不猶豫。
碳纖維制品構(gòu)件在應(yīng)用上有如此明顯的優(yōu)勢(shì),在應(yīng)用歷史上卻也造成過很大的事故,這也是碳纖維材料的缺點(diǎn)導(dǎo)致的。英國(guó)上世紀(jì)60年代末期研發(fā)的RB-211高涵道比三轉(zhuǎn)子渦扇發(fā)動(dòng)機(jī),優(yōu)良的設(shè)計(jì)使這種發(fā)動(dòng)機(jī)非常省油,但是也因?yàn)樵O(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,因而維修不便,且發(fā)動(dòng)機(jī)推力不足,并且超重。為了降低發(fā)動(dòng)機(jī)葉片重量,相關(guān)研究人員使用碳纖維材料作為葉片加工,雖然這項(xiàng)研究降低了葉片重量,但是在進(jìn)行測(cè)試時(shí)卻發(fā)生了零件開裂問題,導(dǎo)致失敗。而這項(xiàng)嘗試也差點(diǎn)讓英國(guó)的一家有名公司破產(chǎn)。
碳纖維制品構(gòu)件有良好的強(qiáng)度及剛度,重量輕,對(duì)于航空航天業(yè)能做出巨大的貢獻(xiàn),但是相對(duì)的,碳纖維材料可塑性上更差和,同時(shí)使用雖然能解決結(jié)構(gòu)強(qiáng)度問題,但是不能解決材料硬度問題。而這些缺陷也是碳纖維復(fù)合材料今后的發(fā)展方向。