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碳纤维下游重点产品应用解析航空航天2010-06-23复材在线收藏该文章 碳纤维具有高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、抗蠕变、导电、传热等特性，属典型的高新技术产品，表一是几种碳纤维材料的性能比较。 碳纤维具有高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、抗蠕变、导电、传热等特性，属典型的高新技术产品，表一是几种碳纤维材料的性能比较。主要用于制备先进复合材料(ACM)，已广泛应用于宇航、体育用品领域、工业领域、交通运输领域及土木建筑领域。鉴于近年军事工业上应用的萎缩、碳纤维成本的降低及先进低成本制造复合材料技术的突破，碳纤维复合材料在建筑、工业、交通运输等方面的应用便成为研究开发的热点，并取得了一定的突破性进展。表一：几种碳纤维材料性能比较 在宇航领域，由于碳纤维重量轻，刚性、尺寸稳定性和导热性好，高模量碳纤维很早便应用于人造卫星中。碳纤维在宇航上的应用主要在固体火箭发动机壳体和喷管上。2002年，在宇航领域中碳纤维的需求量大约是4000 t，其应用分布：北美为2500 t，高达62.5 %；欧洲和亚洲分别为1260 t和240 t，分别占26.1 %和4.2 %。据报道，全球碳纤维在航空航天领域中需求增长速度最快，2003-2006年其年均增长率为85%，至2009年以后3年中，仍可保持每年73%的增长速率。在飞机制造方面，小型商务机和直升飞机的复合材料用量已占70%一80%，军用机30%一40%，大型客机15%一20%。碳纤维在飞机上的比例已从原来的10%-20%上升至50%-80%。 (1) 在民用大型客机方面，波音和空中客车公司两大飞机制造商大量采用复合材料。A380客机使用复合材料达25-30 t/架，其中85%是碳纤维增强复合材料(CFRP)。中等尺寸规格的A350飞机中占总质量52%的结构组件将采用复合材料来制造，主要是碳纤维增强塑料材料，B787每架需碳纤维23 t。据市场称，波音和空中客车每年交付使用客机大约250-350架。2005年波音公司飞机合同650架，空中客车公司417架，2005年底两大飞机公司交付飞机620架，复合材料用量约1700 t，CFRP约1020 t。据悉，波音公司近十年将有10000架次的市场，未来20年全球将需要25000架大型飞机，总价值约2万亿美元。波音公司还报导，到2020年中国需要1764架商用飞机，是美国本土以外最大的市场。中国航空公司要增加1459架新飞机，仅仅是满足国内航线。表二为东丽公司用于大型客机的CF性能。表二：日本东丽公司航空用CF技术特征 自2005年碳纤维复合材料在B-777飞机上的成功应用以来，全球范围掀起碳纤维复合材料热潮，欧美大型飞机加快了使用复合材料的步伐，新设计、生产或投入使用的飞机，大量使用碳纤维复合材料。据2006年联合证券研究所调研数据表明，2005-2010年大型运输机碳纤维使用情况见表三：表三：20052010年欧美投入使用运输机复合材料应用情况 波音公司和空中客车公司为了抢占世界飞机制造市场，投入大量人力和资金开发新型客运飞机，大量使用高性能复合材料。目前两大飞机公司飞机使用复合材料增长情况见下图。由图可知，新型飞机中复合材料材料的比例逐年增加，波音787客机达到全机结构质量比的50%，空中客车A350客机也达到了全机机构质量比的40%。波音、空中客车公司民航机和运输机复合材料使用情况 (2) 除了民用大型客机方面，另一大领域就是碳纤维在军用飞机制造方面的应用。根据2001-2005年总的统计，美国国防空军对碳纤维需求量详细见表四。除了美国外，中国人大会议最近批准了400亿美元的军费开支，军机数量在上升。洛克希德马丁公司战胜波音被选为联合战斗机的制造商，3000架战斗机总值为2000亿美元。因此，可以预计中、长期碳纤维在航天航空领域仍会有一定增长。表四：2001-2005年美国空军对碳纤维的需求量 据统计，2001年航空航天领域对碳纤维的需求为2690 t，2000年和2003年对碳纤维的需求量有所减少，2002年约减少20%，2003年则减少约9 %。2003年以后航空航天领域对碳纤维的需求出现快速增长，2006年与2