Teknisk status och forskningsframsteg för kolfiber i flyg

Teknisk status och forskningsutveckling av kolfibrer Typiska egenskaper och tillämpningar

Kolfiber och dess tillämpningar inom flygindustrin.Anledningen till att kolfiber kan användas i stor utsträckning inom flygindustrin beror främst på följande fördelar:

(1) Kolfiberkompositmaterial kan uppfylla de höga styvhetskraven för rymdfarkoster

Eftersom satelliter och andra rymdfarkoster måste motstå extremt hög accelerationsöverbelastning och svåra vibrationer under uppskjutning, är det viktigaste övervägandet vid utformningen av satellitstrukturen att lösa styvhetsproblemet under förutsättning att styrka uppfylls. Endast genom att anta en struktur med hög styvhet kan satellitstrukturen säkerställas. Fullständighet och funktionalitet. Generellt har det enkelriktade materialet av kolfiberkompositmaterial en modul 5-7 gånger större än aluminiumlegering. Därför är kolfiberkompositmaterial med hög modul det bästa materialet för att uppfylla de strukturella styvhetskraven för satelliter och andra rymdfarkoster.

(2) Kolfiberkompositmaterial kan uppfylla kraven på rymdfarkostens dimensionsstabilitet

Det största problemet med rymdfarkoster som arbetar i rymdmiljön är hög och låg temperaturväxling. Till exempel, när en satellit arbetar i en geostationär bana, står den inför en maximal temperatur på 120 °C och en minimitemperatur på minus 160 °C. Satellitstrukturella delar har extremt höga krav på konstruktionens höga precision och dimensionsstabilitet i omväxlande miljö med hög och låg temperatur. Med kolfiber som förstärkningsmaterial kan en komposit med nästan noll termisk expansionskoefficient erhållas genom en rimlig lagerdesign. Material för att uppfylla rymdfarkostens dimensionella stabilitetskrav i omväxlande miljöer med hög och låg temperatur.

(3) Kolfiberkompositmaterial kan uppfylla kraven på lätta rymdfarkoster

Bränslet som används av en rymdfarkost kostar cirka 5 miljoner US-dollar per ton. Att bära en stor mängd bränsle kommer att öka start- och flygvikt av rymdfarkosten, och avsevärt öka tillverkningskostnaden och flygkostnaden för rymdfarkosten. Det uppskattas att för varje 1 kg massa som sparas av satelliten kan uppskjutningsfordonet spara 500 kg bränsle och minska uppskjutningskostnaderna med 20 000 dollar. Jämfört med metallmaterial uppfyller kolfiberkompositmaterial inte bara rymdfarkostens höga styvhet och dimensionsstabilitet, utan har också en betydande lättviktseffekt, vilket bidrar till att minska lanserings- och driftskostnaderna.

Jämfört med ovan nämnda utmärkta prestanda har kolfiber också vissa restriktiva faktorer. Följande tabell visar de mekaniska prestandaindikatorerna för vanliga kommersiella kolfibrer.

Enligt dragmodulen är dess kolfiberprodukter uppdelade i standardmodul (230 GPa), medelmodul (294 GPa) och hög modul (> 350 GPa). Det är inte svårt att hitta från tabellen att, jämfört med T800H, T800S och andra medelmoduluskolfibrer, är draghållfastheten hos högmoduluskolfibrer generellt lägre. Till exempel är den högsta hållfastheten hos M40J grade kolfiber bara 4400 MPa, vilket resulterar i PAN-baserad högmodul kolfiber. Förlängningen vid brott är mindre än eller lika med 1,2%, vilket ytterligare kommer att minska förlängningen vid brott och slagsegheten hos högmoduls kolfiberkompositmaterial. Under de senaste åren har utländsk forskning och genombrott inom området PAN-baserade högmoduls kolfiber främst fokuserat på att förbättra fiberhållfasthet och förlängning vid brott.