碳纤维的主要用途是与树脂、金属、陶瓷等基体复合,制成结构材料。碳纤维复合材料具有高强度的特点是钢材强度的五倍以上,所以在航天航空领域使用上可以使飞行器更加结实坚固。在飞行器飞行初期有较强的初速度,在较强初速的影响下空气摩擦,在高摩擦的影响下要求飞行器必须具有抗高温的外层保护,碳纤维复合材料耐热性能优秀,可以承受两千摄氏度以上的高温减少高热带来的冲击。
碳纤维复合材料以其独特、卓越的理化性能广泛应用在火箭、导弹和高速飞行器等航空航天业。例如采用碳纤维与塑料制成的复合材料制造的飞机、卫星、火箭等宇宙飞行器,不但推力大噪音小;而且由于其质量较轻,所以动力消耗少,可节约大量燃料。据报道航天飞行器的质量每减少kg就可使运载火箭减轻500kg。
同样,碳纤维复合材料的优势还不仅仅体现在宇宙飞行器上,在航空领越特别是飞机制造业中应用广泛。统计显示,目前碳纤维复合材料在小型商务飞机和直升飞机上的使用量已占70%-80%, 在JY飞机上占30%-40%,在大型客机上占15%-50%。
随着碳纤维复合材料研究的深入,碳/碳复合材料在航空航天领域应用也是不断地拓展。碳/碳复合材料具有许多碳和石墨材料的优点,如低密度、高的热导率、低热膨胀系数,能承受极高的温度和极大的热加速率,有极强的抗热冲击在高温和超高温环境下具有高强度、高模量和高化学惰性。航天飞机轨道的鼻锥和机翼前缘材料都会选用碳/碳复合材料。另外还大量用作高超音速飞机的刹车片,目前,国际上大多数JY和民用干线飞机采均用碳纤维增强基体的复合材料刹车。
随着新兴产业的发展和我国航天航空的不断进步,对于碳纤维复合材料的使用将会更加的广泛,作为航天航空领域的重要支柱,碳纤维复合材料的生产和研究直接关系到我国高新技术产业尤其是航天航空产业能否占领世界的科技技术前沿,对于我国航天航空事业的发展有着重要的作用。
阅读延伸:《细数那些碳纤维复合材料的用途》