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用碳纤维复合材料制造需要注意哪几点?

注意点一:在使用碳纤维复合材料时,传统的评判标准主要是看比强度和比刚度两方面,对碳纤维材料其它方面的性能往往重视不够。在碳纤维的应用中,碳纤维材料是机体的重要材料,但是并非是全部材料。所以,必须考虑到碳纤维材料与其他材料的融合性以及匹配程度。在关注碳纤维材料部分的抗拉伸强度和抗拉伸模量外,还需要对结构的完整性能进行考量与测评。

注意点二:碳纤维复合材料与金属材料在机理上有着很大的差异性,因此在结构设计上必须从复合材料的性能特征出发,否则采用其替代金属的效果不一定能达到预期。

注意点三:小型的构造体系比较复杂,不同的结构应使用不同的复合材料,例如,薄蒙皮的碳纤维复合材料与中厚蒙皮的碳纤维复合材料之间的性能就有很大的差别,所以应根据小型的整体需求,对不同结构的不同需求进行综合评定,碳纤加工件哪家好,这对碳纤维材料的应用来说至关重要。


目前的碳纤维飞机零部件主要采用热压罐工艺,这种工艺比较适宜于制造尺寸较小、结构简单的零部件,但对于尺寸较大、结构复杂的整体成型零部件,生产模具的设计与制造则很难满足相应的水平要求。国内也很重视这方面的尝试和研究,早在2012年,中航工业西飞公司就曾向中国商用飞机有限责任公司(简称中国商飞)交付了C919大型客机中央翼、襟翼及运动机构部段,这是C919大型客机七大部段中难度、工作量两个部分。这两个部段尺寸大、结构复杂、外形公差要求高,尤其是国内民机尺寸、长达15米的襟翼缘条加工,技术难度非常大。西飞突破了复合材料大型成型模具设计制造技术、复合材料构件预装配变形控制技术等多项技术难关,整个研制过程全部采用的三维数字化设计、传递与制造,中央翼部段除1号肋是金属件外,全部采用了的中模高强碳纤维/增韧环氧树脂复合材料制造,这也是国内在固定翼飞机的主承力结构件上使用碳纤维复合材料。      

 但是在实际的生产应用中,大体积整体成型的碳纤维复合材料制件还无法做到在主承载力结构中的大规模化应用,例如,在大面积的机身壁板中,仍然需要通过机械加工将分成多块的小型壁板拼接而成。囿于整体成型技术的应用水平,碳纤加工件生产公司,目前的大体积碳纤维机体零部件的出品批次质量不稳定,废品率高,从而使整体成本上升,严重影响到碳纤维复合材料在需求量的商用飞机中的应用程度。


碳纤维材料广为人知的优点就是质轻高强,福田碳纤加工件,碳纤维材料的密度仅有1.7g/cm3 ,不到钢的1/4 ,但是其抗拉强度能够达到3000MPa以上,是钢的数倍,比强度和比模综合指标要优于现在结构材料,在实现轻量化的同时还能够有效满足使用强度所需。并且,碳纤维属于-种各向异性材料,沿纤维轴和垂直纤维轴方向的强度不同,碳纤加工件报价,利用这一特性,可以将碳纤维进行合理的铺层设计,尽可能发挥出优势。

通常无机和有机材料的导热性较差,但是碳纤维的导热性能接近于钢铁,可以应用太阳能集热器材料、传热均匀的导热壳体材料。碳纤维材料的工作温度高,使用安全,其热膨胀系数小,基本上不会随工作温度的变化发生变形,保证尺寸的稳定性。碳纤维是一种非金属材料 ,对一般的、酸、碱都具有良好的耐腐蚀性能,适应多种工作环境,延长碳纤维制品的使用寿命。



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