碳纤维一般不是单独使用,而是以复合材料的形式被使用。碳纤维经过树脂固化变成新的材料,受力的是碳纤维,树脂在其中起到粘接的用途。就好比钢筋混凝土,钢筋来承受力量,而混凝土的作用则是传力黏结,起到保护钢筋的效果。在20世纪四五十年代,国外就开始对碳纤维及其复合材料进行探究研究。二战之后,美国、日本和德国对于碳纤维复合材料的研究也非常深入。我国对于碳纤维复合材料的研究长达30年。
2008年,关于T300级碳纤维工业化生产流程的关键技术得到了突破,已经基本实现了国产化,部分产品.能够替代进口产品。如今,T700级的碳纤维还没有大规模投入生产,T800碳纤维也在研究阶段,我国对于碳纤维及其复合材料的研究与国外相比,有着20-30年的差距。
碳纤维首先被用于航空航天方面是在20世纪七八十年代,但是运用的范围很小,量也非常小,直到进入20世纪90年代中期,第三代航空装备和载人航天项目开始实施的时候,碳纤维复合材料才得到了更多运用。但由于国内缺少材料,需要依靠国外进口。直到2008年,我国启动大飞机项目,碳纤维复合材料的生产在国内才有了快速发展的趋势。虽然我国对于碳纤维复合材料的研究和利用与国外还有差距,但是我国的追赶速度和发展非常快,预计再过十几年,我国就可以赶上国外的研究和运用程度。
航空航天可以说是一个对于碳纤维进行运用的国际传统市场,最先得到运用的是航天领域,美国等发达国家依次先后开发出了碳纤维-酚醛防热复合材料、耐高温碳纤维复合材料等一系列的产品,碳纤维复合材料在其中主要运用于受力部分、耐热的部位,比如,火箭发动机的外壳、火箭发动机的喷管、火箭箭体等结构。然后,在航空领域也开始运用碳纤维复合材料,首先主要用于军Y飞机的非受力的部分,比如,舵面、整流罩等地方,接着随着发展,碳纤维复合材料被用于大的非承力部位,比如整个舵而、机头、机身以及机翼等部分。
国外的碳纤维复合材料在战斗机、无人机以及直升机上而也有很多的运用,其用量已经达到或者是超过了机身总质量的50%,在军事飞机上的运量也达到了总质量的30%。波音747“梦幻航线”和空客A350XWB宽体客机上都运用到了碳纤维复合材料,其中此结构件质量也已经达到了总重量的50%。
我国在航空和航天领域对碳纤维复合材料的运用有不同之处,我国对于碳纤维复合材料的运用在航天领域发展得比较快,这与我国的探究历史也有着一定的关系。我国的航天器,比如火箭、卫星等使用周期短,碳纤维复合材料结构比重比较大,约占到20%,与国外的探究和运用水平达到了齐平的地步。
我国对于碳纤维复合材料在航空航天领域的研究机构,主要以研究高校为主,随着进一步发展,国家战略需求对这方面材料的不断增大,相关的民营企业也加入到碳纤维复合材料的探究和生产当中形成了激烈的市场竞争,相信碳纤维复合材料的研究和利用能够得到更好的发展。