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碳纤维复合材料-三星成立碳纤维合资公司:或抛弃塑料外壳

发布时间:2018-04-16 所属栏目:碳纤维材料

一 : 三星成立碳纤维合资公司:或抛弃塑料外壳

  新浪科技讯 北京时间6月25日下午消息,三星化学(Samsung Petrochemical)与碳纤维制造商SGL Group成立了合资公司,计划用碳复合材料为三星和韩国市场开发新型工业和电子产品。

  这家公司将以三星SGL碳复合材料公司(Samsung SGL Carbon Composite Materials)的名称运营,由三星化学持股50%。

  三星电子生产的Android设备长期以来都采用塑料材质,让人感觉档次较低,并因此遭到批评。而官方声明显示,新的合资公司长期为三星提供稳定的碳纤维材料,并推动该公司在消费电子、医疗设备和工程应用中使用这类材料。

二 : 碳纤维复合材料

在复合材料大家族中,纤维增强材料一直是人们关注的焦点。自玻璃纤维与有机树脂复合的玻璃钢问世以来,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,性能不断得到改进,使复合材料领域呈现出一派勃勃生机。下面让我们来了解一下别具特色的碳纤维复合材料。

碳纤维主要是由碳元素组成的一种特种纤维,其含碳量随种类不同而异,一般在90%以上。碳纤维具有一般碳素材料的特性,如耐高温、耐磨擦、导电、导热及耐腐蚀等,但与一般碳素材料不同的是,其外形有显著的各向异性、柔软、可加工成各种织物,沿纤维轴方向表现出很高的强度。碳纤维比重小,因此有很高的比强度。

碳纤维是由含碳量较高,在热处理过程中不熔融的人造化学纤维,经热稳定氧化处理、碳化处理及石墨化等工艺制成的。

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。碳纤维增强环氧树脂复合材料,其比强度、比模量综合指标,在现有结构材料中是最高的。在密度、刚度、重量、疲劳特性等有严格要求的领域,在要求高温、化学稳定性高的场合,碳纤维复合材料都颇具优势(www.61k.com]。

碳纤维是50年代初应火箭、宇航及航空等尖端科学技术的需要而产生的,现在还广泛应用于体育器械、纺织、化工机械及医学领域。随着尖端技术对新材料技术性能的要求日益苛刻,促使科技工作者不断努力提高。80年代初期,高性能及超高性能的碳纤维相继出现,这在技术上是又一次飞跃,同时也标志着碳纤维的研究和生产已进入一个高级阶段。

由碳纤维和环氧树脂结合而成的复合材料,由于其比重小、刚性好和强度高而成为一种先进的航空航天材料。因为航天飞行器的重量每减少1公斤,就可使运载火箭减轻500公斤。所以,在航空航天工业中争相采用先进复合材料。有一种垂直起落战斗机,它所用的碳纤维复合材料已占全机重量的1/4,占机翼重量的1/3。据报道,美国航天飞机上3只火箭推进器的关键部件以及先进的MX导弹发射管等,都是用先进的碳纤维复合材料制成的。

复合材料是指由两种或两种以上不同物质以不同方式组合而成的材料,它可以发挥各种材料的优点,克服单一材料的缺陷,扩大材料的应用范围。由于复合材料具有重量轻、强度高、加工成型方便、弹性优良、耐化学腐蚀和耐候性好等特点,已逐步取代木材及金属合金,广泛应用于航空航天、汽车、电子电气、建筑、健身器材等领域,在近几年更是得到了飞速发展。

随着科技的发展,树脂与玻璃纤维在技术上不断进步,生产厂家的制造能力普遍提高,使得玻纤增强复合材料的价格成本已被许多行业接受,但玻纤增强复合材料的强度尚不足以和金属匹敌。因此,碳纤维、硼纤维等增强复合材料相继问世,使高分子复合材料家族更加完备,已经成为众多产业的必备材料。目前全世界复合材料的年产量已达550多万吨,年产值达1300亿美元以上,若将欧、美的军事航空航天的高价值产品计入,其产值将更为惊人。从全球范围看,世界复合材料的生产主要集中在欧美和东亚地区。近几年欧美复合材料产需均持续增长,而亚洲的日本则因经济不景气,发展较为缓慢,但中国尤其是中国内地的市场发展迅速。据世界主要复合材料生产商PPG公司统计,2000年欧洲的复合材料全球占有率约为32%,年产量约200万吨。与此同时,美国复合材料在20世纪90年代年均增长率约为美国GDP增长率的2倍,达到4%~6%。2000年,美国复合材料的年产量达170万吨左右。特别是汽车用复合材料的迅速增加使得美国汽车在全球市场上重新崛起。亚洲近几年复合材料的发展情况与政治经济的整体变化密切相关,各国的占有率变化很大。总体而言,亚洲的复合材料仍将继续增长,2000年的总产量约为145万吨,预计2005年总产量将达180万吨。

从应用上看,复合材料在美国和欧洲主要用于航空航天、汽车等行业。2000年美国汽车零件的复合材料用量达14.8万吨,欧洲汽车复合材料用量到2003年估计可达10.5万吨。而在日本,复合材料主要用于住宅建设,如卫浴设备等,此类产品在2000年的用量达7.5万吨,汽车等领域的用量仅为2.4万吨。不过从全球范围看,汽车工业是复合材料最大的用户,今后发展潜力仍十分巨大,目前还有许多新技术正在开发中。例如,为降低发动机噪声,增加轿车的舒适性,正着力开发两层冷轧板间粘附热塑性树脂的减振钢板;为满足发动机向高速、增压、高负荷方向发展的要求,发动机活塞、连杆、轴瓦已开始应用金属基复合材料。为满足汽车轻量化要求,必将会有越来越多的新型复合材料将被应用到汽车制造业中。与此同时,随着近年来人们对环保问题的日益重视,高分子复合材料取代木材方面的应用也得到了进一步推广。例如,用植物纤维与废塑料加工而成的复合材料,在北美已被大量用作托盘和包装箱,用以替代木制产品;而可降解复合材料也成为国内外开发研究的重点。

另外,纳米技术逐渐引起人们的关注,纳米复合材料的研究开发也成为新的热点。以纳米改性塑料,可使塑料的聚集态及结晶形态发生改变,从而使之具有新的性能,在克服传统材料刚性与韧性难以相容的矛盾的同时,大大提高了材料的综合性能。

树脂基复合材料的增强材料

树脂基复合材料采用的增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维等。

1、玻璃纤维

目前用于高性能复合材料的玻璃纤维主要有高强度玻璃纤维、石英玻璃纤维和高硅氧玻璃纤维等。由于高强度玻璃纤维性价比较高,因此增长率也比较快,年增长率达到10%以上。高强度玻璃纤维复合材料不仅应用在军用方面,近年来民用产品也有广泛应用,如防弹头盔、防弹服、直升飞机机翼、预警机雷达罩、各种高压压力容器、民用飞机直板、体育用品、各类耐高温制品以及近期报道的性能优异的轮胎帘子线等。石英玻璃纤维及高硅氧玻璃纤维属于耐高温的玻璃纤维,是比较理想的耐热防火材料,用其增强酚醛树脂可制成各种结构的耐高温、耐烧蚀的复合材料部件,大量应用于火箭、导弹的防热材料。迄今为止,我国已经实用化的高性能树脂基复合材料用的碳纤维、芳纶纤维、高强度玻璃纤维三大增强纤维中,只有高强度玻璃纤维已达到国际先进水平,且拥有自主知识产权,形成了小规模的产业,现阶段年产可达500吨。

2、碳纤维

碳纤维具有强度高、模量高、耐高温、导电等一系列性能,首先在航空航天领域得到广泛应用,近年来在运动器具和体育用品方面也广泛采用。据预测,土木建筑、交通运输、汽车、能源等领域将会大规模采用工业级碳纤维。1997~2000年间,宇航用碳纤维的年增长率估计为31%,而工业用碳纤维的年增长率估计会达到130%。我国的碳纤维总体水平还比较低,相当于国外七十年代中、末期水平,与国外差距达20年左右。国产碳纤维的主要问题是性能不太稳定且离散系数大、无高性能碳纤维、品种单一、规格不全、连续长度不够、未经表面处理、价格偏高等。

3、芳纶纤维

20世纪80年代以来,荷兰、日本、前苏联也先后开展了芳纶纤维的研制开发工作。日本及俄罗斯的芳纶纤维已投入市场,年增长速度也达到20%左右。芳纶纤维比强度、比模量较高,因此被广泛应用于航空航天领域的高性能复合材料零部件(如火箭发动机壳体、飞机发动机舱、整流罩、方向舵等)、舰船(如航空母舰、核潜艇、游艇、救生艇等)、汽车(如轮胎帘子线、高压软管、摩擦材料、高压气瓶等)以及耐热运输带、体育运动器材等。

4、超高分子量聚乙烯纤维

超高分子量聚乙烯纤维的比强度在各种纤维中位居第一,尤其是它的抗化学试剂侵蚀性能和抗老化性能优良。它还具有优良的高频声纳透过性和耐海水腐蚀性,许多国家已用它来制造舰艇的高频声纳导流罩,大大提高了舰艇的探雷、扫雷能力。除在军事领域,在汽车制造、船舶制造、医疗器械、体育运动器材等领域超高分子量聚乙烯纤维也有广阔的应用前景。该纤维一经问世就引起了世界发达国家的极大兴趣和重视。

5、热固性树脂基复合材料

热固性树脂基复合材料是指以热固性树脂如不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂、乙烯基酯树脂等为基体,以玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维等为增强材料制成的复合材料。环氧树脂的特点是具有优良的化学稳定性、电绝缘性、耐腐蚀性、良好的粘接性能和较高的机械强度,广泛应用于化工、轻工、机械、电子、水利、交通、汽车、家电和宇航等各个领域。1993年世界环氧树脂生产能力为130万吨,1996年递增到143万吨,1997年为148万吨,1999年150万吨,2003年达到180万吨左右。我国从1975年开始研究环氧树脂,据不完全统计,目前我国环氧树脂生产企业约有170多家,总生产能力为50多万吨,设备利用率为80%左右。酚醛树脂具有耐热性、耐磨擦性、机械强度高、电绝缘性优异、低发烟性和耐酸性优异等特点,因而在复合材料产业的各个领域得到广泛的应用。1997年全球酚醛树脂的产量为300万吨,其中美国为164万吨。我国的产量为18万吨,进口4万吨。乙烯基酯树脂是20世纪60年代发展起来的一类新型热固性树脂,其特点是耐腐蚀性好,耐溶剂性好,机械强度高,延伸率大,与金属、塑料、混凝土等材料的粘结性能好,耐疲劳性能好,电性能佳,耐热老化,固化收缩率低,可常温固化也可加热固化。南京金陵帝斯曼树脂有限公司引进荷兰Atlac系列强耐腐蚀性乙烯基酯树脂,已广泛用于贮罐、容器、管道等,有的品种还能用于防水和热压成型。南京聚隆复合材料有限公司、上海新华树脂厂、南通明佳聚合物有限公司等厂家也生产乙烯基酯树脂。

1971年以前我国的热固性树脂基复合材料工业主要是军工产品,70年代后开始转向民用。从1987年起,各地大量引进国外先进技术如池窑拉丝、短切毡、表面毡生产线及各种牌号的聚酯树脂(美、德、荷、英、意、日)和环氧树脂(日、德)生产技术;在成型工艺方面,引进了缠绕管、罐生产线、拉挤工艺生产线、SMC生产线、连续制板机组、树脂传递模塑(RTM)成型机、喷射成型技术、树脂注射成型技术及渔竿生产线等,形成了从研究、设计、生产及原材料配套的完整的工业体系,截止2000年底,我国热固性树脂基复合材料生产企业达3000多家,已有51家通过ISO9000质量体系认证,产品品种3000多种,总产量达73万吨/年,居世界第二位。产品主要用于建筑、防腐、轻工、交通运输、造船等工业领域。在建筑方面,有内外墙板、透明瓦、冷却塔、空调罩、风机、玻璃钢水箱、卫生洁具、净化槽等;在石油化工方面,主要用于管道及贮罐;在交通运输方面,汽车上主要有车身、引擎盖、保险杠等配件,火车上有车厢板、门窗、座椅等,船艇方面主要有气垫船、救生艇、侦察艇、渔船等;在机械及电器领域如屋顶风机、轴流风机、电缆桥架、绝缘棒、集成电路板等产品都具有相当的规模;在航空航天及军事领域,轻型飞机、尾翼、卫星天线、火箭喷管、防弹板、防弹衣、鱼雷等都取得了重大突破。

热塑性树脂基复合材料

热塑性树脂基复合材料是20世纪80年代发展起来的,主要有长纤维增强粒料(LFP)、连续纤维增强预浸带(MITT)和玻璃纤维毡增强型热塑性复合材料(GMT)。根据使用要求不同,树脂基体主要有PP、PE、PA、PBT、PEI、PC、PES、PEEK、PI、PAI等热塑性工程塑料,纤维种类包括玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维和硼纤维等一切可能的纤维品种。随着热塑性树脂基复合材料技术的不断成熟以及可回收利用的优势,该品种的复合材料发展较快,欧美发达国家热塑性树脂基复合材料已经占到树脂基复合材料总量的30%以上。

高性能热塑性树脂基复合材料以注射件居多,基体以PP、PA为主。产品有管件(弯头、三通、法兰)、阀门、叶轮、轴承、电器及汽车零件、挤出成型管道、GMT模压制品(如吉普车座椅支架)、汽车踏板、座椅等。玻璃纤维增强聚丙烯在汽车中的应用包括通风和供暖系统、空气过滤器外壳、变速箱盖、座椅架、挡泥板垫片、传动皮带保护罩等。

滑石粉填充的PP具有高刚性、高强度、极好的耐热老化性能及耐寒性。滑石粉增强PP在车内装饰方面有着重要的应用,如用作通风系统零部件,仪表盘和自动刹车控制杠等,例如美国HPM公司用20%滑石粉填充PP制成的蜂窝状结构的吸音天花板和轿车的摇窗升降器卷绳筒外壳。

云母复合材料具有高刚性、高热变形温度、低收缩率、低挠曲性、尺寸稳定以及低密度、低价格等特点,利用云母/聚丙烯复合材料可制作汽车仪表盘、前灯保护圈、挡板罩、车门护栏、电机风扇、百叶窗等部件,利用该材料的阻尼性可制作音响零件,利用其屏蔽性可制作蓄电池箱等。

我国的热塑性树脂基复合材料的研究开始于20世纪80年代末期,近十年来取得了快速发展,2000年产量达到12万吨,约占树脂基复合材料总产量的17%,,所用的基体材料仍以PP、PA为主,增强材料以玻璃纤维为主,少量为碳纤维,在热塑性复合材料方面未能有重大突破,与发达国家尚有差距。

我国复合材料的发展潜力和热点

我国复合材料发展潜力很大,但须处理好以下热点问题。

1、复合材料创新

复合材料创新包括复合材料的技术发展、复合材料的工艺发展、复合材料的产品发展和复合材料的应用,具体要抓住树脂基体发展创新、增强材料发展创新、生产工艺发展创新和产品应用发展创新。到2007年,亚洲占世界复合材料总销售量的比例将从18%增加到25%,目前亚洲人均消费量仅为0.29kg,而美国为6.8kg,亚洲地区具有极大的增长潜力。

2、聚丙烯腈基纤维发展

我国碳纤维工业发展缓慢,从CF发展回顾、特点、国内碳纤维发展过程、中国PAN基CF市场概况、特点、“十五”科技攻关情况看,发展聚丙烯腈基纤维既有需要也有可能。

3、玻璃纤维结构调整

我国玻璃纤维70%以上用于增强基材,在国际市场上具有成本优势,但在品种规格和质量上与先进国家尚有差距,必须改进和发展纱类、机织物、无纺毡、编织物、缝编织物、复合毡,推进玻纤与玻钢两行业密切合作,促进玻璃纤维增强材料的新发展。

4、开发能源、交通用复合材料市场

一是清洁、可再生能源用复合材料,包括风力发电用复合材料、烟气脱硫装置用复合材料、输变电设备用复合材料和天然气、氢气高压容器;二是汽车、城市轨道交通用复合材料,包括汽车车身、构架和车体外覆盖件,轨道交通车体、车门、座椅、电缆槽、电缆架、格栅、电器箱等;三是民航客机用复合材料,主要为碳纤维复合材料。热塑性复合材料约占10%,主要产品为机翼部件、垂直尾翼、机头罩等。我国未来20年间需新增支线飞机661架,将形成民航客机的大产业,复合材料可建成新产业与之相配套;四是船艇用复合材料,主要为游艇和渔船,游艇作为高级娱乐耐用消费品在欧美有很大市场,由于我国鱼类资源的减少、渔船虽发展缓慢,但复合材料特有的优点仍有发展的空间。

5、纤维复合材料基础设施应用

国内外复合材料在桥梁、房屋、道路中的基础应用广泛,与传统材料相比有很多优点,特别是在桥梁上和在房屋补强、隧道工程以及大型储仓修补和加固中市场广阔。

6、复合材料综合处理与再生

重点发展物理回收(粉碎回收)、化学回收(热裂解)和能量回收,加强技术路线、综合处理技术研究,示范生产线建设,再生利用研究,大力拓展再生利用材料在石膏中的应用、在拉挤制品中的应用以及在SMC/BMC模压制品中的应用和典型产品中的应用。

21世纪的高性能树脂基复合材料技术是赋予复合材料自修复性、自分解性、自诊断性、自制功能等为一体的智能化材料。以开发高刚度、高强度、高湿热环境下使用的复合材料为重点,构筑材料、成型加工、设计、检查一体化的材料系统。组织系统上将是联盟和集团化,这将更充分的利用各方面的资源(技术资源、物质资源),紧密联系各方面的优势,以推动复合材料工业的进一步发展。

三 : 波音787大量采用碳纤维复合材料是否存在隐患?

[碳纤维复合材料]波音787大量采用碳纤维复合材料是否存在隐患?
1.万一飞机出现事故,碳纤维材料是否会燃烧产生有毒的CO等气体造成更大的危害?
2.相比铝合金,碳纤维复合材料的微小裂缝、疲劳损坏等容易检测维护吗?
下面就看看www.61k.com小编为您搜集整理的参考答案吧。

网友张水[碳纤维复合材料]波音787大量采用碳纤维复合材料是否存在隐患?给出的答复:
碳纤维所谓的耐高温,是指其性能不因温度变化发生太大变化,碰到明火一样得跪。
限制复合材料高温性能的主要因素是基体树脂性能,为此,F-22和B-787的部分CFRP放弃了环氧基树脂,改用双马来酰胺树脂作为基质材料。关于题主问题:

1. 航空材料均需通过阻燃测试,这个测试并不要求材料不可燃,而是要求其在指定温度的明火下,仍可保持一定强度一段时间;其燃烧速度低于指定速度;其燃烧产物无毒。

2. 波音和空客都在竭力发展复合材料无损检测技术,目前探测技术本身已经足够成熟并普及,波音在B-787推介会上已经保证其检测费用和安全性都已经达到或接近传统金属材料的水平了。

但是对于微小损伤的检查,其最大问题不在于是否容易检测,而是检查到了以后如何处理。
现代飞机普遍采取损伤容限的思想进行设计和维护,大部分的微小损伤其实是不进行处理而是保持监控的,但如何监控就必须回答两个问题:
1. 此损伤尺寸达到多少是危险的?即临界尺寸是多少,损伤达到什么标准了必须修理。
2. 此损伤从现有尺寸扩展至临界尺寸要多长时间?即如何保证在微小损伤扩展到临界尺寸前即可发现并处理。
对于金属材料,其裂纹的扩展机理、成长曲线虽然没有明确的理论结论,但借助长期经验,已经可以很准确的进行预估,回答这两个问题。但对于复合材料,其临界损伤和扩展速度都缺乏足够的经验,为此其损伤标准和检查间隔都被迫定的更为严格,从而增加了维护成本,同时也是存在一定的风险的。额外说句,关于787的适航标准,波音略坑。“由于B-787使用了大量新技术,传统的适航法规已经无法适应,为此波音与FAA合作,编写了大量新的适航标准”。而由于美国民航业已经波音一家独大,传统的FAA邀请麦道、洛马等不同公司的工程师合作,交叉审定适航标准的做法已经不可行了,所以这些适航标准可以说就是波音自己按需编写的。
然后就出现了大功率锂电池适航标准短短几年改版多次的“特殊情况”。


网友waner[碳纤维复合材料]波音787大量采用碳纤维复合材料是否存在隐患?给出的答复:
1.碳纤维是耐高温的,烧不起来;
2.复合材料的无损检测技术虽然不比金属,但也成熟起来了,可能检测成本会比较高。
多说一句,商用飞机上天一定要经过适航认证,如果是全新技术应用在飞机上,则需要在验证项目里表明其性能要等于或者好于之前已经通过验证的飞机。虽然不能保证新技术完全没有风险但也能保证在已有的验证项目里风险不会比现有的飞机更高。


网友蒙面大侠[碳纤维复合材料]波音787大量采用碳纤维复合材料是否存在隐患?给出的答复:
关于碳纤维燃烧的问题刘瑞超已经回答的很清楚了。
关于碳纤维复材的检测,记得已经有不少的标准了,力学性能等等。无损检测也不是很难,超声C扫描,CT等等技术,做得也很多了,只需要时间的积累了。

想谈的是LZ的思路,其实飞机上如果起火燃烧,最大的问题不应该是结构件,而是飞机内部的装饰材料。虽然现在飞机内部大量应用阻燃材料,但是可燃物还是很多的,各种纸张,旅客的毛毯等等。而飞机的结构部分如果起火,那说明内部已经烧的很惨了,这种情况下如果乘客还没逃走,那逃生的几率本身也就很低了,而此时究竟是碳纤维复材的结构还是金属的结构,对于乘客的逃生意义已经不是那么大了。


网友Das Nibelungen[碳纤维复合材料]波音787大量采用碳纤维复合材料是否存在隐患?给出的答复:
虽然复合材料有着诸多好处,但是波音787仍然保留了20%的铝,15%的钛,10%的钢,这是复合材料不耐高温、不耐冲击的特点所决定的。碳纤维本身虽然不怕热,但是将其粘结成型的树脂基体却很难耐受高温;尤其是波音787上普遍使用的环氧树脂类产品,一般最大工作温度不高于150摄氏度。F22由于存在超声速巡航需求,飞机外表会长时间与空气高速摩擦;因此在机翼复合材料上不惜使用韧性更差、更不耐冲击的双马来酰亚胺树脂基体以获得260摄氏度的最大工作温度。波音787的钛、钢结构中,就有相当一部分是用于发动机吊架等高温结构。

图:发动机吊架等部位不能使用复合材料

波音787上的铝合金结构主要承担的则是预防飞鸟撞击的功能,以避免复合材料在高能量冲击下直接解体引发灾难性事故。F22上也有过类似的反复:它的机翼大梁等核心承力结构最初计划使用复合材料,但试验证明它抗机炮破坏的能力远远无法达到要求,最终又换回了钛合金材料。这源自于复合材料的两个缺陷:首先它一层与一层之间的结合力非常薄弱,而一旦出现分层的情况,就会对其整体性能造成严重的破坏。其次用以粘结碳纤维、形成复合材料整体的树脂基体的韧性都很差。

787静力试验中断裂的复合材料

事实上比起飞行中撞鸟、或者挨上几发炮弹这种概率比较低的情况,复合材料结构往往更怕的是日常的低能量冲击:比如被维修人员失手掉下的扳手给砸了——这就足以导致它形成内部的层间缺陷,然而从外表却很可能根本看不出痕迹。当一个复合材料部件的冲击损伤在表面已经可以勉强目视发现时,它内部已经出现大范围的基体开裂和分层,强度可以骤降到无损状态的40%。事实上飞机复合材料部件最多的损伤就是在维护过程中各种碰撞、拆卸而产生的。

在传统的钢、钛、铝合金部件加工过程中,人们几乎不需要考虑中毒的问题,环境污染也很易于控制,但是对复合材料部件生产来说这就完全不同了。虽然碳纤维本身主要是腈纶纤维碳化以后剩下的单质并无毒性,作为复合材料基体的树脂类材料也多数无毒或者低毒;但是促使液态树脂的小分子交联成三维立体高分子变成固体结构的固化剂,以及各种有机溶剂、助剂,它们带来的毒性和污染问题一直比较严重。


网友Hung w[碳纤维复合材料]波音787大量采用碳纤维复合材料是否存在隐患?给出的答复:
反对第一的答案。
第一个问题,首先碳纤维是高温炭化处理的不等于,碳纤维复合材料耐高温,普通树脂基大多只能耐200度左右的温度,就算双马来酰胺树脂也就是四百来度。如果基体破坏,碳纤维的力学性能就是零。所以如果要说单纯的耐温,铝合金肯定比树脂基材料靠谱。其次,虽然碳纤维是高温炭化处理后的,但是炭化过程中是隔绝氧气的。无法保证在有氧条件下的依旧无法氧化分解。
如果要回答第一个问题的话,首先得考虑飞机是什么情况下的燃烧,空中起火还是地面,含氧量温度压力都不一样;其次是从内部起火还是外部起火;燃烧部件是什么,燃烧温度是多少。抛开这些客观条件谈灰度,燃点是没有意义的,谈产物也是不能确定的。
但是可以假设在氧气合适的情况下,CO的浓度不会太高,大部分会转化为二氧化碳。但是就像前面说的,客舱里是否通风,着火点都会影响判断。就算没有CO,不通风的话,氧气燃烧完了人也是全死掉的。
第二个问题,碳纤维材料的无损检测,重点在于树脂基材料的检测与碳纤维与树脂基基体粘着性的检测。而飞机来说,基本上是靠外部涂层进行保护,而且在可能被击打的部分,依旧采用的铝合金较多。例如机翼翼尖,机头。具体检验方法不甚明了,还望具体方向人士解答。


网友蒙面大侠[碳纤维复合材料]波音787大量采用碳纤维复合材料是否存在隐患?给出的答复:
关键是质量控制,质量控制好隐患就小,再好的材料,质量控制不好,隐患都是大大的。


网友Kurt Zhang[碳纤维复合材料]波音787大量采用碳纤维复合材料是否存在隐患?给出的答复:
这个问题这么久了,实在是忍不住想说两句补充一下答案。

比较赞同hung的答案,碳纤维是作为增强基,靠着环氧树脂作为基底材料从而形成的复合材料。一旦飞机起火燃烧,已经固化过的树脂材料都有很大可能降解。本人目前对于防火性能并不是太了解,所以还望高人多评价具体可能产生的有毒气体。还有一点就是杨皓提到的,其他材料在燃烧情况下所释放的有毒气体可能更致命。但有点跑题就不赘述了。

再来说说飞机上碳纤维复合材料的损伤和无损检测方法。与金属材料各项同性不同,碳纤维复合材料属于层状结构,这也就意味着优异的层面性能和相对较弱的层间性能。如何避免层间受力过大从而导致材料失效是设计部件时非常重要的一点。有很多比较成熟的检测方法都可以用在复合材料上,比如超声波,热学成像,acoustic emission,等等,各有特点及优劣。但总的来说,大多数无损检测方法都属于非实时的检测,这也就意味着飞机需要停在地面进行定期检修而无法把现有资源最大化。也有很多正在研究的方法,比如电学方法,embedded sensor,或者吹了很多年的self healing。

还有特别需要注意的一点就是碳纤维复合材料绝大多数损伤都是无法从外部看到的,这些和涂层什么的都关系不大。层状结构以及相对性能较差的树脂基底决定了绝大多数失效类型,尤其是早期失效例如基底失效,碳纤维与基底界面断裂,或层间断裂等等,都是很难通过外部观察检测到的。就算是被撞击,材料内部所引起的层间断裂的面积,往往远大于表面留下的撞击痕迹。

说了这么多总觉得有点没回答到具体问题,但重新看了一下题目,是关于碳纤维是否带来安全隐患的这个大课题,所以也算没跑太偏。。碳纤维复合材料不是完全无法承受任何断裂,而是需要通过合理的测试检修,或定期检测来确保这些微小裂纹或断裂不会继续延伸成影响结构性能的断裂。在A380,A350或者787上应用的碳纤维复合材料,除了已经注重了设计细节外,也用到了一些碳纤维及金属材料所组成的复合材料,加上sandwich structure的设计从而进一步提高性能降低重量。

民用方面的飞机材料其实非常保守,目前远远没有达到真正的合理利用复合材料。现在的很多设计为了确保安全,往往多加了很多材料在上面,带来了很多重量。但就算加上这些从某种意义上来说不是那么重要的重量,碳纤维复合材料提供同等性能所需要的重量也低于金属材料,所以才会越来越多的应用在各个领域。民用飞机上由于材料问题所导致的重大事故,发生的概率应该是远远低于其他因素吧。


网友airbunny[碳纤维复合材料]波音787大量采用碳纤维复合材料是否存在隐患?给出的答复:
关于碳纤维燃烧的问题,大致上赞同 @Hung w 的观点。

对于第二条,自己倒觉得,比起能否做无损检测这点来说,复合材料最大的问题是到现在人们还不是很清楚用它做的大型结构件在长期使用的情况下疲劳和老化的特性是如何的,也不能准确的估计出出现损坏后零件遭到破坏的速度是如何的。这两点才是最要命的隐患吧~

人类使用金属的时代已经非常久远了。所以,对于金属部件在长期使用的情况下会发生什么状况,人们心里很有数的啊~什么样的结构承什么样的载会疲劳。什么样的结构承受多大的形变不会有问题。出现了裂纹到底有多严重以及多快会扩散成多大,人们心里很清楚。于是,就可以利用这些东西很精巧的设计,并且指导日后的维护以及对损坏做出较准确地评估。

可是对于复合材料,人们却不知道那么多了。

毕竟工业上开始大量的使用复合材料的时间还很短。有些东西发明出来的时间,都比不上一架新客机的全寿命时间。这样的话,你怎么来分析呢?实际上过去不是没有人怀疑过复材。2001年纽约一架A300因为垂尾脱落而坠毁,分析事故原因的时候就怀疑过将垂尾固定在机身上的碳纤维件损坏。因为人们当时并不知道用过一段时间的碳纤维零件在那种情况下会是什么状况。而换成金属的话,就好分析多了。

也正是因为如此,据说787实际上是采取了过度加强结构的方式。如此,希望能让复材的结构在老化后仍然能承受超出预料的破坏。但这样真的就没事了么?

谁知道呢?


网友蒙面大侠[碳纤维复合材料]波音787大量采用碳纤维复合材料是否存在隐患?给出的答复:
碳纤维复合材料目前在787上有大量的应用,纤维增强复合材料占了整个机体重量的50%,最重要的是因为碳纤维轻,比强度高,省燃料。但是成本高,除了碳纤维的本身成本高以外,用于制备CFRP需要的设备耗费巨大,温度压力真空控制是一大挑战。在机翼和机体的结合部位,还是用到的玻璃纤维增强塑料,因为抗震动衰减性能,热膨胀系数等等。


网友王兢[碳纤维复合材料]波音787大量采用碳纤维复合材料是否存在隐患?给出的答复:
1.碳纤维是很高温下生成的,耐高温
2.碳纤维表面还有漆层保护,通常都是漆层损伤,787碳纤维是很多层结构,损伤不易扩展,碳纤维的疲劳强度高,不像金属容易出现裂纹,内部损伤可以用超声波检测。修理只需加温加压铺层修理损伤区域就行。


网友lunedemielo[碳纤维复合材料]波音787大量采用碳纤维复合材料是否存在隐患?给出的答复:
跟飞机用的碳纤维复合材料打过多年交道,的确,很多问题有待完善和解决,不过这就是科学发展的自然规律嘛。


网友玉龙-罗[碳纤维复合材料]波音787大量采用碳纤维复合材料是否存在隐患?给出的答复:
碳纤维在空气中超过500度就肯定会发生烧损,这个算是常识了,不知道楼上几位说的耐高温是耐多少度

第二个问题,不知道题主说的微小裂纹具体是指什么。疲劳性能的话,高分子基体复合材料和金属的机理完全不同,这个就不了解了


网友布赫[碳纤维复合材料]波音787大量采用碳纤维复合材料是否存在隐患?给出的答复:
很明显题主能想到的问题那些年薪百万刀的工程师早就想到了,所以答案是。。。。。。


网友蒙面大侠[碳纤维复合材料]波音787大量采用碳纤维复合材料是否存在隐患?给出的答复:
机头还是必须用钛合金


网友匿名用户[碳纤维复合材料]波音787大量采用碳纤维复合材料是否存在隐患?给出的答复:
大神们回答受益匪浅。不过还是想搅和一下。
因为之前了解的波音品质和747工程师的传记,突然一个心理暗示就蹦出来了——我相信波音的工程师们


网友匿名用户[碳纤维复合材料]波音787大量采用碳纤维复合材料是否存在隐患?给出的答复:
关于第一个问题 大家已经回答得很完备了
至于第二个,现在确实技术越来越成熟,有基于光学、电学、热学等的多种方法。鄙人现在的研究方向恰好就是Structural Health Monitoring,恰好就是帮上面提到的公司做。利益相关,匿名且不写公司名字了。

本文标题:碳纤维复合材料-三星成立碳纤维合资公司:或抛弃塑料外壳
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