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碳纤维无人机配件领域的潜力

编辑:中山巾尚复合材料科技有限公司时间:2019-07-05

碳纤维应宇航工业对耐烧蚀和轻质高强材料的迫切需求发展起来,它主要是由碳元素组成的一种特种纤维,是继玻璃纤维之后出现的第二代纤维增强复合材料。碳纤维的含碳量在90%以上,具有优异的力学性能,与其它高性能纤维相比具有高比强度和高比模量。在2000℃以上高温惰性环境中,碳纤维是一种强度不下降的物质,更可贵的是,碳纤维与其它材料具有很高的相容性,兼备纺织纤维的柔软可加工性,并且容易复合,碳纤维无人机配件具有很大的设计自由度。这就使得碳纤维成为纤维增强材料中发展迅速、应用范围很广、适于不同领域要求的纤维材料。


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。自玻璃纤维与有机树脂复合得到的玻璃钢问世以来,碳纤维、陶瓷纤维以及硼纤维增强的复合材料相继研制成功,而且性能不断得到改进,使复合材料领域呈现出一派勃勃生机。碳纤维复合材料与铝合金、钛合金、合金钢一起成为飞机机体的四大先进结构材料。


据了解,目前全球碳纤维产能约3.5 万吨,我国市场年需求量6500 吨左右,属于碳纤维消费大国。2007 年,我国碳纤维产能仅200吨左右,而且主要是低性能产品。由于缺少具有自主知识产权的技术支撑,目前国内企业尚未掌握完整的碳纤维核心关键技术。这就使得我国碳纤维在质量、技术和生产规模等方面均与国外存在很大差距,绝大部分高性能增强材料都长期依赖进口,价格非常昂贵,比如标准型T300 市场价格曾高达4000~5000 元/千克。由于缺乏创新与集成和应用领域的拓展,极大地制约了我国碳纤维复合材料工业的发展。


近几年,我国重点支持碳纤维、芳纶纤维、高强聚乙烯纤维及其高性能复合材料的生产技术及关键装备的产业化项目,以满足国民经济以及航空航天等高技术产业发展的需求。


目前在无人机上使用的非常多的碳纤维复合材料类型是碳板和碳管。其中以优质的石墨碳素材料增强耐酸性极强的有机复合物形成的石墨碳板性能至为优异。经高压成型、真空浸渍、高温热处理工艺精制而成,具有非凡的耐酸和耐温性能,是无人机上主要承力构件的优选材料,如主承力框、主承力梁。碳纳米管的结构虽然与高分子材料的结构相似,但其结构却比高分子材料稳定得多。碳纳米管是目前可制备出的具有高比强度的材料。若将以其他工程材料为基体与碳纳米管制成复合材料可使复合材料表现出良好的强度、弹性、抗疲劳性及各向同性,给复合材料的性能带来极大的改善。目前碳纳米管主要应用于无人机上的主承力框梁之间的连接、支撑作用,同时还有很好的承载作用。