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CR929机身材料敲定了,国内碳纤维复合材料或将快速发展

导读: 国产大飞机是衡量一个国家制造业水平的标准之一,近日国内企业康得集团与意大利军工企业Leonardo将在江苏张家港建设航空复合材料产业基地。

国产大飞机是衡量一个国家制造业水平的标准之一,随着第二架C919大型客机成功试飞,我国航天事业又取得了一次重大的突破,值得一提的是在C919大型客机机体结构上复合材料的用量达到了12%。在复合材料迅速发展的大趋势下,国内高分子材料企业康得集团近日与意大利军工企业Leonardo将在江苏张家港建设航空复合材料产业基地,产业基地总投资300亿元,预计在2025年完全建成。

CR929机身材料敲定了,国内碳纤维复合材料或将快速发展

该基地建成后,将会为中国、俄罗斯联合远程宽体客机CR929的机身提供碳纤维复合材料,据悉,CR929碳纤维的用量将会达到总重的51%,机身重量较同类客机将会大幅下降。

碳纤维性能优良,国内航空应用刚起步

首先要指出的是,作为目前国内外都在积极研发的碳纤维复合材料,主要与树脂、金属和陶瓷等基体材料复合,其中碳纤维在复合材料中占比一般都在90%以上。在碳纤维复合材料中,碳纤维作为主要的性能材料,所以它具备比重小、抗压、抗腐蚀、耐高温、化学性能稳定等特性。

根据全球各大使用了复合材料的成熟机型来看,其所用的复合材料主要以碳纤维增强树脂基复合材料为主,并且它比铝更轻,比钢更硬,这不仅减轻了飞机的重量、降低油耗,同时还提升了飞机在飞行过程中抵抗环境破坏的能力。

CR929机身材料敲定了,国内碳纤维复合材料或将快速发展

此前波音787所用的复合材料已经占到了结构重量的50%,空客350XWB机型则达到了53%。从复合材料应用比例上来看,CR929已经赶上了脚步。不过,当CR929从研发到真正投入使用这段时间,波音和空客也不会停下脚步,到那时,CR929能不能保持复合材料技术领先还是个问题。这样看来,国内航空材料行业相比于波音、空客这些大公司在复合材料上的研究要落后一些。

国内碳纤维复合材料在飞机上应用的技术难点

其实,在空客、波音所研发出的成熟机型中, 复合材料除了应用在雷达罩、机翼前后缘、活动翼面结构外,还应用在了机翼、机身等部位。而国内的相关技术还不足以将碳纤维复合材料应用在受力大、结构复杂、外形公差要求较高的机翼和机身这些主承重结构。

而这些技术不足主要来自碳纤维复合材料的成形技术。首先在成型技术上,碳纤维飞机零部件主要工艺是将碳纤维通过热压罐工艺实现整体成型,而国内在整体成型技术上的水平限制,像机身、机翼这些面积较大的结构部件目前只能通过加工机床将多块小型材料板,然后用连接件拼接而成。反观目前技术较为领先的波音787,它是直接用纤维带缠绕在圆形机身整体模具上,然后注入预热好的碳纤维复合材料等进行固化,相比之下,少了连接件,飞机机身的重量会整体减小。

另外,复合材料的自动铺丝技术在国内发展的也比较晚,其最早是由南京航空航天大学在“九五”期间开始着手研究自动铺放成型技术,而后才在国内一些院校和研究机构进行研究。对比国外,早在上个世纪60年代中期,美国最先在复合材料领域开发自动铺带技术,从人工铺带转型为全自动铺带。所以,铺丝技术也限制了国内碳纤维复合材料在航空航天领域的应用。

国内碳纤维主要集中在低端市场,原料厂家销量不足

根据市场数据,2017年,全球碳纤维材料主要应用于风电叶片、航空航天、休闲体育和汽车行业。而国内的碳纤维市场需求主要来自于体育休闲领域,占比超过50%,而航空航天领域需求量不足4%,显而易见,国内碳纤维市场需求结构严重不平衡,尤其是像航空航天这种高端产业。另外,2017年全球碳纤维有效净产能大约为95000吨,其中中国企业产能占了12-15%,不过销量不足5%。这也从侧面反映了中国碳纤维市场还是以加工原料为主,但是真正输出到需要大量使用碳纤维材料的航空航天、汽车等领域的原料不是很多。

CR929机身材料敲定了,国内碳纤维复合材料或将快速发展

此次,康得集团与意大利军工企业Leonardo合作,或将对国内碳纤维复合材料的航空领域的技术应用和市场发展有一定的推动作用。意大利军工企业Leonardo是意大利最大的工程及航空航天与防务企业,在飞机、高速列车、海上无人项目上与欧盟以及意大利国防机构都有合作。

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