第一篇：碳纤维航空航天材料
碳纤维复合材料在航空航天领域的应用
林德春
潘
鼎
高
健
陈尚开
(上海市复合材料学会)
(东华大学)
(连云港鹰游纺机集团公司)
碳纤维是纤维状的碳素材料，含碳量在 90%以上。具有十分优异的力学性能，与其它高性能纤维相比具有最高比强度和最高比模量。特别是在 2000℃以上高温惰性环境中，是唯一强度不下降的物质。此外，其还兼具其他多种得天独厚的优良性能：低密度、高升华热、耐高温、耐腐蚀、耐摩擦、抗疲劳、高震动衰减性、低热膨胀系数、导电导热性、电磁屏蔽性,纺织加工性均优良等。因此，碳纤维复合材料也同样具有其它复合材料无法比拟的优良性能,被应用于军事及民用工业的各个领域， 在航空航天领域的光辉业绩， 尤为世人所瞩目。
可以明显看出，在航空航天领域碳纤维的用量有大幅度增加，2006年比2001年增长约40%，2008年增长约76%，2010年和2001年相比增长超过100%。
本文将介绍碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)在航空航天领域应用的新进展。
航空领域应用的新进展
T300 碳纤维/树脂基复合材料已经在飞行器上广泛作为结构材料使用，目前应用较多的 为拉伸强度达到 5.5GPa，断裂应变高出 T300 碳纤维的 30%的高强度中模量碳纤维 T800H 纤维。
(1)军品
碳纤维增强树脂基复合材料是生产武器装备的重要材料。在战斗机和直升机上，碳纤维 复合材料应用于战机主结构、次结构件和战机特殊部位的特种功能部件。国外将碳纤维/环 氧和碳纤维/双马复合材料应用在战机机身、主翼、垂尾翼、平尾翼及蒙皮等部位，起到了 明显的减重作用，大大提高了抗疲劳、耐腐蚀等性能，数据显示采用复合材料结构的前机身 段，可比金属结构减轻质量31.5%，减少零件61.5%，减少紧固件61.3%;复合材料垂直安定面可减轻质量32.24%。用军机战术技术性能的重要指标——结构重量系数来衡量，国外第四代军机的结构重量系数已达到27～28%。未来以F-22为目标的背景机复合材料用量比例需求为35%左右，其中碳纤维复合材料将成为主体材料。国外一些轻型飞机和无人驾驶飞机，已实现了结构的复合材料化。目前主要使用的是T300级和T700级小丝束碳纤维增强的复合材。
美国在歼击机和战斗机上大量使用复合材料：F-22的结构重量系数为27.8%，先进复合材料的用量已达到25%以上， 军用直升机用量达到50%以上。八十年代初美国生产的单人驾驶的“星舟”轻型机，结构质量约1800kg，其中复合材料用量超过1200kg。1986年美生产的“旅行者”号轻型飞机，其90%以上的结构采用了碳纤维复合材料，创下了不着陆连续九天进行环球飞行的世界记录。Boeing公司用GF / PPS制造海军巡航导弹的壳体，Du Pont公司用GF、KF / PA、PPS，制造军机的零部件。
由于碳纤维增强复合材料不但是轻质高强的结构材料，还具有隐身的重要功能，如
CF/PEEK 或 CF/PPS具有极好的宽峰吸收性能，能有效地吸收雷达波。美国已用来制造最新 型的隐形轰炸机。 美国的P-22 超音速飞机的主要结构就是采用了中等模量的碳纤维增强的特种工程塑料。幻影III战斗机的减速降落伞盖和弹射的弹射装置也由这种材料制成。已成功地用于飞机的肋条、蒙皮及一些连接件、紧固件等雷达波的吸收件。战斧式巡航导弹壳体、B-2隐型轰炸机的机身基材，F117A隐型飞机的局部也都采用了碳纤维改性的高分子吸波材料。
英国ICI公司用GF/PA生产战斗机上的阀门，使飞机阀门在很宽的温度范围内与燃料长 期接触也能保持其性能和形状的稳定;其它国家的飞机F/A-
18、 RAH-6
6、A330 / A340、 B7
7、Y-22上面也都采用了这种材质来制造机翼、蒙皮、主承力结构、中央冀盒、地板、尾 冀、设备箱体及结构件。
大量采用碳纤维复合材料为部件的中国新型号的军机“飞豹”飞机总长约22.3米，翼展约12.7米，最大起飞重量28.4吨，最大外挂重量约6.5吨，最大M数1.70，转场航程约3600公里。该机的攻击威力已超过“美洲虎”、“旋风”、苏-24等飞机，具备了第三代战斗机的特点。
(2)民品
在民用领域，555座的世界最大飞机A380由于CFRP的大量使用，创造了飞行史上的奇迹。飞机25%重量的部件由复合材料制造，其中22%为碳纤维增强塑料(CFRP), 3%为首次用于民用飞机的GLARE纤维-金属板(铝合金和玻璃纤维超混杂复合材料的层状结构) 。这些部件包括：减速板、垂直和水平稳定器(用作油箱)、方向舵、升降舵、副翼、襟翼扰流板、起落架舱门、整流罩、垂尾翼盒、方向舵、升降舵、上层客舱地板梁、后密封隔框、后压力舱、后机身、水平尾翼和副翼均采用CFRP制造。继A340对碳纤维龙骨梁和复合材料后密封 框——复合材料用于飞机的密封禁区发起挑战后，A380又一次对连接机翼与机身主体结构中央翼盒新的禁区发起了成功挑战。仅此一项就比最先进的铝合金材料减轻重量1.5吨。由于CFRP的明显减重以及在使用中不会因疲劳或腐蚀受损。从而大大减少了油耗和排放，燃油的经济性比其直接竞争机型要低13%左右，并降低了运营成本，座英里成本比目前效率最高飞机的低15%--20%，成为第一个每乘客每百公里耗油少于三升的远程客机。
航天领域新进展
(1) 火箭、导弹
以高性能碳(石墨)纤维复合材料为典型代表的先进复合材料作为结构、 功能或结构/功能一体化构件材料，在导弹、运载火箭和卫星飞行器上也发挥着不可替代的作用。其应用水平和规模已关系到武器装备的跨越式提升和型号研制的成败。 碳纤维复合材料的发展推动了航天整体技术的发展。碳纤维复合材料主要应用于导弹弹头、弹体箭体和发动机壳体的结构部件和卫星主体结构承力件上，碳/碳和碳/酚醛是弹头端头和发动机喷管喉衬及耐烧蚀部件等重要防热材料，在美国侏儒、民兵、三叉戟等战略导弹上均已成熟应用，美国、日本、法国的固体发动机壳体主要采用碳纤维复合材料，如美国三叉戟-2 导弹、战斧式巡航导弹、大力神一 4 火箭、法国的阿里安一 2火箭改型、日本的 M-5火箭等发动机壳体，其中使用量最大的是美国赫克里斯公司生产的抗拉强度为 5.3GPa 的IM-7 碳纤维，性能最高的是东丽 T-800 纤维，抗拉强度 5.65Gpa、杨氏模量 300GPa。
我国各类战略和战术导弹上也大量采用碳纤维复合材料作为发动机喷管、 整流罩防热材料。我国九十年代后期开展了纤维增强复合材料材料壳体的研究，进行了 T300 CFRP 固体火箭发动机壳体的基础试验、壳体结构强度试验、点火试车等全程考核;完成了 12K T700 CFRP壳体结构强度试验，开展了 T800 碳纤维 CFRP多种壳体的预研实验。
(2)卫星、航天飞机及载人飞船
高模量碳纤维质轻， 刚性， 尺寸稳定性和导热性好， 因此很早就应用于人造卫星结构体、太阳能电池板和天线中。 现今的人造卫星上的展开式太阳能电池板多采用碳纤维复合材料制作， 而太空站和天地往返运输系统上的一些关键部件也往往采用碳纤维复合材料作为主要材料。
碳纤维增强树脂基复合材料被作航天飞机舱门、机械臂和压力容器等。美国发现号航天 飞机的热瓦，十分关键，可以保证其能安全地重复飞行。一共有 8 种：低温重复使用表面绝热材料 LRSI;高温重复使用表面绝热材料 HRSI;柔性重复使用表面绝热材料 FRSI;高级 柔性重复使用表面绝热材料 AFRI;高温耐熔纤维复合材料 FRIC—HRSI;增强碳/碳材料 RCC;金属;二氧化硅织物。其中增强碳/碳材料 RCC，最为要的，它可以使航天飞机承受 大气层所经受的最高温度 1700℃。
从 1996 年 11 月 20 日的“神州一号”升空开始到“神州六号”上天，中国在八年多的时间里六次飞天。在飞船、卫星、返回舱中大量使用的碳纤维复合材料，为这一举世瞩目的成就立下了汗马功劳。 随着科学技术的进步，碳纤维的产量不断增大，质量逐渐提高，而生产成本稳步下降。各种性能优异的碳纤维复合材料将会越来越多地出现在航空航天领域中， 为世界航空航天技术的发展作出更大的贡献。
第二篇：碳纤维复合材料在航空航天领域的发展浅析(二). 工艺篇
上回的《基础篇》，介绍了碳纤维的基本概念。这一回，咱们分别聊聊碳纤维(CF)和碳纤维复合材料(CFRP 两方面的生产工艺——用说书的话来讲，这叫花开两朵，各表一枝。
喜欢用说书的方式讲兵器，觉着特亲切，呵呵。
一碳纤维的生产
碳纤维根据基本材料不同，可分为PAN基、沥青基、酚醛基、纤维素基…..等不同的生产工艺。这次，我们只谈军用高性能聚丙烯腈PAN碳纤维的生产工艺。虽然PAN基碳纤维生产细节的保密度比较高，但是大致的原理是公开的，先概要的介绍一下其生产过程。
如下图1所示，PAN基碳纤维的生产，从原料单体到原丝、再到碳纤维成品加工，各道工艺的紧密相连，可以在一个车间内连续的完成全套工艺流程。
图1：碳纤维主要生产工艺流程图
国内有部分厂家，既没有上游的PAN原丝生产能力，又没有下游的碳纤维复材生产能力，只能直接购买国外原丝，再进行预氧化和碳化的后续处理生产碳纤维。好比吃鱼，头尾嫌刺多,不舍得下功夫，于是就吃个中段儿，居然也号称自己能做碳纤维，游说国家投入巨资。我们有些人“走捷径”的本事，那不是一般的高啊，呵呵。
由于《基础篇》所述研发技术的原因，碳纤维的生产，在国际上一直由美、日两国主导。目前能够进入批量工业化生产的最高级碳纤维是T800，T1000等更高品级仍在实验室阶段。航空主承力级和航天级的碳纤维工艺技术，国外对华一直封锁。就连高性能PAN原丝，如T800原丝, 以及部分碳纤维成品，也都对华禁运——日本曾经对卖高级碳纤维给中国的人员判刑严惩。
兵器迷这个不忿啊——哪天咱们发达了，也开个单子，以下产品和技术，对美日禁运……嘿嘿。
中国人什么都怵，就是不怵禁运——逼到无路可走，唯有痛下苦功。所以军用高性能碳纤维的生产，自“六五”以来一直是国家重点研发和实施科技产业化的攻关项目。十五期间，在国家863项目的推动下，形成了北京化工大学、中科院山西煤化所和山东大学为主的三个研发基地，和江苏、吉林、山西、山东为主的四大生产基地。经过近30年的努力，取得的成绩应当说是可圈可点：
T300的生产
根据中国玻璃纤维复合材料信息网 2008年的报道，中复神鹰碳纤维有限公司万吨碳纤维一期工程，2008年底在江苏连云港正式投产，目前形成 1000吨规模碳丝生产能力。该公司曾于2007年5月实现了碳化生产线投产，当时碳纤维产量只有20吨左右。此后新建了2500吨PAN碳纤维原丝和1000吨碳化生产线。以45%股份成为神鹰第一大股东的中国复合材料集团董事长张定金强调，T300从设备到产品已实现百分之百国产化。而且在技术研发上，河南煤业化工集团已经拥有PAN基T300碳纤维完整的知识产权体系。军工部门评价说：“T300的完全国产化，使得军用次承力结构碳纤维获得了完全自主权”
至此，可以说，通过T300级军用碳纤维的国产化，走出了中国打破国外垄断和技术封锁的第一步。产品批量生产当年，T300进口价应激性的跌了一半，呵呵。(两年后因为需求量大价格又上去了，这是后话)
T700的生产
据2012年中国航空报报道，中航工业董事长林左鸣率队赴位于江苏常州国家高新技术区的中简科技发展有限公司考察调研。中简科技成立于2008年，承担国家“863”计划高性能碳纤维项目，依托中科院山西煤炭化学研究院的技术团队，经过4年时间，建立了T700碳纤维产业化生产线，年产量可达300吨。主要设备的国产化率达98%，是国内第一条T700高性能碳纤维生产线。林左鸣明确提出，中航工业对国产碳纤维产品进行支持，规定成员单位必须使用已达标的国产碳纤维产品。
兵器迷点点头，这就对了。这种战略性问题，不能只讲究什么市场经济规律，该补贴的要补贴，该保护的要保护，扶上马还要送一程。
T800的生产
据江苏经济报2012年7月消息，江苏航科复合材料科技有限公司建成我国首条T800碳纤维产业化线。该项目2009年底启动，航科投入2.5亿元，从原丝到成品技术均为自主研发，生产线的开工负荷已提升到90%，5个月来累计产出成品500千克，合格率达到90%以上. 拉伸强度、拉伸模量、断裂延伸三大主要性能指标以及线密度、导热率等其他各指标，都与东丽公司的T800产品相当。目前，江苏航科已申请专利85项，其中24项获授权。
从原丝开始做出来，与东丽指标相当，且有自己的专利技术，这是可喜的事情，希望早日看到国家级鉴定。
可以看出，中国军用小丝束高性能碳纤维的生产，从下游煤化工入手，通过产学研联合攻关的模式，已经取得了可观的进展。T300已经实现了年千吨以上的规模化生产，T700达到了年百吨规模的批产规模，T800也看到了曙光。
不过，问题也不少——看兵器迷的文章，一般先报喜后报忧，这也是规律，呵呵。
首先是横向比较，差距巨大。对于最高端的T800，江苏航科5个月的产量只有500公斤，即每个月100公斤的规模，可以说仍然在试生产阶段，距离真正的工业化生产和商业化盈利，还有很长一段路要走。而且，T700未实现100%国产化，T800国产化就差得更远。而美国波音公司，1985年T800就出来了——看到了吧，差距30年啊，呵呵。
当然，做不出来的时候，连可比性都没有，想说你究竟落后多少年都说不出来。现在从无到有，毕竟能比了，也算一种进步吧。
第二就是质量不稳，废品率高。即便是正品，各批次生产的碳纤维的性质也有差异，影响了后续复合材料的生产效果。而且难以搞清其中的原因——同样的生产线和生产工艺，这一批合格，下一批不合格;这一批模量高，下一批模量低，究竟是为什么呢?
主要还是因为，高性能碳纤维的生产工艺灰常、灰常繁复，可以说到了苛刻的地步。兵器迷在这里给出很少几个例子，来说明一下其工艺难度：
例1：很多工艺需要加入不同种类的的稳定剂、催化剂。比如预氧化过程中，纺丝液就需要加入路易斯酸、胫胺、有机金属络合物盐、铝、硼、钛的金属有机化合物以及十二烷基苯磺酸钠类的金属盐等等稳定剂，重量必须在原料的0.1-0.2%左右。
例2：各工序的温度和速度的控制精密。比如纺丝的多段凝固工艺中，第一段的温度为35-80℃，结束后1秒中内，就要迅速进入第二阶段。预氧丝在70毫克/袋的张力下，于惰性气体中加温，必须以每分钟30℃升到600℃。再以每分钟1000℃升到1300℃，同时保持20秒。丝毫不能马虎。
例3：设备运作要求高。比如：预氧化过程中，4组导辊的直径有严格要求，而且表面温度必须分别为285℃，285℃，285℃和315℃,且丝束通过导辊的速度要求为毫米级/秒精度。
例4：物理处理手段同样精密。比如，为防止碳化后碳丝强度降低，在碳化前对预氧化炉出口处对丝束施加0.005-0.1克/袋的张力，并对丝束喷热气流，将单丝吹开，改善丝束强度。
碳纤维的生产工艺参数和运行控制，是一个庞大的体系。其中无论哪个因素，操作时稍有不慎，就会前功尽弃，僵丝、断丝、排焦、起毛、缠结….各种问题层出不穷。所谓„差之毫厘，谬以千里”，就是这个意思。
中国碳纤维行业生产长期徘徊在“能做出来，就是做不好;能做好，就是贵”的尴尬局面中，说到底，咱们对碳纤维生产的脾气，还没有摸透啊。国人大干快上的性子，对这种需要精益求精的水磨工夫，还真有点不适应。
那么，那就踏实下来，养养性吧。不只是碳纤维这个行业，我们整个民族，都需要从浮躁、表面化和一鸣惊人的短期行为模式中解脱出来，不求闻达、埋头积累、夯实基础、渐取徐图。
话扯远了，咱们来看看第二个话题——
二、碳纤维增强复合材料(CFRP)的生产
CFRP,根据基体材料和增强工艺的不同(比如陶瓷基、金属基复合)本来是一个庞大的家族。我们这里只谈基本CFRP生产工艺。大体上有两种，即预浸料-热压罐固化成型工艺，和液体成型工艺。由于前者是航空结构构件的主要复材工艺，今儿就重点聊聊它。
1、预浸料。
预浸料-热压罐固化成型工艺的第一步，就是把碳纤维放入热固性高韧性树脂预浸料进行预浸、吸胶，并加温进行固化。
近年来，航空复材构件已经日趋大型化和整体化，以减少复材之间的机械装配和紧固环节，达到提高性能、降低成本、减轻重量的目的。但由此也带来了麻烦——部件越大，其在热压罐内固化过程中的温度控制就越难保证均匀持续，从而导致质量下降。美国在预浸料-热压罐工艺的材料成本中，预浸料废弃率平均为40%。因此，“零吸胶”、“常温加压”的先进预浸料，就成为业内的发展方向。
碳纤维的生产，上面聊过，国内与国外相比是有很大差距的。但树脂预浸料，我们的差距相对小一些。根据航空制造网的消息，国内开发的环氧树脂预浸料碳Ⅷ /BA9918 预浸料、碳Ⅶ /BA9916-II 预浸料、CCF300/BA9916-II 预浸料和双马树脂预浸料CCF300/QY9
511、碳Ⅶ /QY9611，都可做到“零吸胶”、“常温加压”，部分预浸料已用于多个型号产品的生产，与美国波音公司的材料有着类似的性能。如下表1：
表1国内外部分双马树脂基韧性复合材料性能(第一列碳Ⅶ /QY9611为国产)
表2：国内外部分环氧基韧性复合材料性能(第一列碳Ⅶ /QY9611为国产)
咋样?和老美比一比，咱们的树脂基不差啊，呵呵，振奋一下。
碳纤维有了，树脂基复材也有了，万事俱备，可以来炒碳纤维复合材料这盘菜了。在这方面，我们就不乐观了。
2、预浸料-热压罐整体成型工艺
用预浸料-热压罐工艺生产碳纤维制造复合材料，要先将碳纤维浸溶在树脂溶剂里，进行铺叠成型。接着经过模具工装进行表面组装固定，在部件接触面贴胶。其后进热压罐100-130度固化，并通过紧固成为成品构件。
美国采用预浸料-热压罐固化成型工艺制造航空制造复合材料的成本中，材料占15%，预浸料铺叠占25%，装配占45%，固化占10%，紧固工艺占5%，
看到了吧?预浸料铺叠和装配在成本中占了70%，这也是咱们关注的重中之重。
早期复合材料制造的大型构件，通常是由各自成形好的部件，通过机械连接组装而成。这样的方式增加了结构的自重，不能很好地发挥复合材料的优点。随着技术的发展，大型复材结构逐渐实现了预浸料- 热压罐整体化制造，其工艺可分为三种：
共固化：不同部件分别铺叠，整体进热压罐固化。
共胶接：先完成一个部件的固化，再铺叠其他部件，整体进热压罐共胶接。
后胶接：各部件分别铺叠、分别进热压罐固化，然后整体再次进热压罐胶接。
喂，兵器迷，太太太……抽象了!
是是是……挠头。没别的办法，再举几个例子吧。
例1：壁板类工艺
对于飞机尾翼、机翼和非筒体成型的机身，需要壁板类的大型复材，这类结构主要由蒙皮和长桁组成，其成型工艺有以下几种方式。
共固化：分别铺叠蒙皮和长桁，通过模具工装将其组合在一起，接触面铺胶膜(或不铺胶膜);之后整体进热压罐完成共固化。
胶接：蒙皮先固化，再铺叠长桁，通过模具工装将其固定在已固化好的蒙皮上，接触面铺胶膜，之后进罐完成共胶接。或者反过来，长桁先固化，再与蒙皮共胶接。
后胶接：分别固化蒙皮和长桁;将长桁进行必要的加工;通过模具工装将蒙皮与长桁组装，接触面铺胶膜，之后进热压罐完成胶接。
在实际生产中，上述三种工艺可以混合使用。
例2：盒段整体工艺
对于飞机翼面，需要上、下蒙皮与骨架一体成型的整体盒段，按照用途，主要有三种工艺：
一是基于“π”形接头的盒段结构胶接成型工艺。主要用于飞机平尾、垂尾。
二是基于T 形接头的骨架与上、下蒙皮共固化/胶接一体成型工艺，通常用于飞机平尾、垂尾部分，如目前波音787 的平尾即采用了这类成型工艺。
三是基于T 形接头的骨架与下蒙皮一体共固化/胶接成型工艺，通常主要用于战斗机的机翼主承力结构。如欧洲EF2000 机翼、日本F2 机翼。
例3：筒体成型工艺
对于航空器的机体，其复材结构方案有两类，一类是将机身的每段筒体分为四块壁板分别成型后，再用机械连接方式对接，空客A350XWB 即为这种工艺方案;另一类则是将机身每段筒体整体共固化工艺成型，其代表机型是波音787。
壁板、盒段、筒形制件，涉及飞机翼面、机身的主要组成部分，近年来一直是国内外复材应用的核心领域。对此感兴趣的朋友，请记住预浸料-热压罐这个晦涩拗口，但是意义重大的术语吧。
在预浸料-热压罐工艺中，预浸料的手工铺叠是人工成本和人工时间消耗最大的一个环节，这种工艺的速度慢、质量低、时间长、人工成本高。因此，铺叠自动化，就成为这个工艺中最讲究的部分。如果说，预浸料-热压罐是航空复材生产工艺的皇冠，那么铺叠环节的自动化工艺，就是这个皇冠上最耀眼的那颗钻石。
3 预浸料铺叠自动化技术
目前，业界对手工铺叠改进的方式主要有手工自动铺叠、自动铺丝、自动铺带三种：
3.1手工铺叠的自动化/ 数字化技术
即采用预浸料自动剪裁下料系统和铺层激光投影定位系统等。采用专门的数控切割设备来进行预浸料和辅助材料的平面切割，从而将依赖于样板的制造过程转变为可根据复合材料设计软件产生的数据文件进行全面运作的制造过程，大大提高了手工铺叠的工作效率和铺叠质量。
3.2自动铺带技术
分为平面式自动铺带机(FTLM)和曲面自动铺带机(CTLM)2种，主要用于铺放小曲率的大型复合材料构件，如翼面类构件的蒙皮，可成型超大尺寸和形状复杂的复合材料制件，且质量稳定，缩短了铺层及装配工时。与手工相比，先进铺带技术可降低制造成本的30%~50%。
第一台计算机数控(CNC)自动铺带机是在美国空军材料实验计划下由General Dynamics公司和Conrac公司合作开发的，于80年代正式用于航空复合材料构件制造。90年代后，西欧开始研制生产自动铺带机。制造自动铺带机的技术主要被欧美掌控，如美国American GFM Corporation、Cincinnati Machine、CityMachine Tool&Die Company、ITW Workholding、Ingersoll和欧洲的M.TORRES(西班牙)、FOREST-LINE(法国)等。
3.3自动铺丝技术
自动铺丝，实际上是在自动铺丝+自动缠绕技术基础上发展起来的，专为曲率较大的双曲面蒙皮构件的铺叠而开发的技术，适用于大曲率机身和复杂曲面的成型，如军用和民用飞机双曲面翼身融合体、S形进气道。自动铺丝可以按构件型面增减纱束根数，可根据构件形状自动切纱适应边界，因此废料率很低(3%～8%)，可完成局部加厚、加筋、铺层递减、开口补强等操作，铺放轨迹自由度更大，可变角度铺放，能适应大曲率复杂构件成型。
老美诺斯罗普•格鲁门公司1995年购进第一台自动丝束铺放机，将其用于F/A-18E/F的进气道、机身蒙皮、平尾蒙皮的制造。2010年将有40～50台机器投入使用。目前自动铺丝技术的代表是美国辛辛那提机床公司Viper 纤维铺放机系统，有Viper1200、Viper3000，Viper6000系列铺丝机。
唉，美国，美国，总是美国。要是有《复合材料自动铺叠技术史》这本书，那目前就只有一个作者——美国。
兵器迷爱唠叨，呵呵。
看完人家的，再瞧瞧咱自己的：
国内情况：
手工铺叠自动化：目前我国在研和批量生产的航空用先进复合材料构件大部分仍在使用手工铺叠，虽然也通过预浸料自动下料机和激光投影仪，大幅度提高了复合材料构件的铺叠效率，但这两种设备大多需要进口，而且对于大型构件，依然难以保证铺叠质量和速度。
国内自动铺带机：中国正在起步研究的阶段。根据航空制造网的公开报道，北京航空制造工程研究所研制的6m×20m 大型自动铺带机(如图2)，开始在新型飞机的复材构件研制中得到实验性的应用。但就整个行业来说，远未达到规模化应用的程度。
国内自动铺丝机：至于更上一层楼的自动铺丝机，尚未见到有国产化设备投入应用的报道。
图2:北航工程研究所研制的6m×20m 大型自动铺带机
大家看到，手工自动铺叠，咱们在引进条件下推广应用;自动铺带机，咱们落后了30年，现在刚开了个头;自动铺丝机，我们连头还看不到啊!
手搭凉棚，望着云端外十万八千里的身影，气喘吁吁的喊道：“猴哥……你等一等啊……!”
但是，先行者是不会等咱的，只有自己咬牙赶上去。而技术的追赶，又何尝不是另一个求取真经的“长征”。但愿我们不缺长征的意志和信念，相信我们会有与最强者并驾齐驱的一天。
4 纤维缠绕设备
关于碳纤维复材的成型设备，还需要提一下数控纤维缠绕机。它主要用于强韧性碳纤维通过缠绕，成型为圆筒、圆锥、球、双曲面回转体、组合体回转体等构件，也可以进行矩形截面、多项式等多维复杂曲面和组合体形状结构件缠绕，如火箭发动机壳体、各种弹体、卫星结构件、水处理设备、天然气储罐、医疗防火用压力容器等等。也是国外一直对华禁运的东东。
根据《机床工具报》报道，2007年11月，国产大型数控纤维缠绕机在齐齐哈尔第二机床厂问世，其SKCR165/1200型数控纤维缠绕机，为五坐标控制、四坐标联动，是树脂基复合材料缠绕成型构件的大型数控专机。该机包括五坐标控制四坐标联动的缠绕轨迹控制系统、张力自动控制系统、温度自动控制系统和质量保证系统，为中国火箭发动机CFRP壳体的制造奠定了坚实的基础。
表3：自动化铺叠和缠绕设备表
最后，中国商务部网站2012年发布消息，隶属於中国航空工业集团公司的西安飞机工业(集团)有限责任公司，收购了奥地利最大的波音飞机配件公司FACC 91.25%的股份。FACC的主要产品，包括复合材料飞机结构件、复合材料发动机结构件、飞机复合材料内饰。希望他山之石，可以攻玉，为提高国内航空复材的生产工艺水平，再添一把力。
图3 FACC公司生产航空复合材料
小评：
无论碳纤维还是碳纤维复材的生产，都有一个重要特征，就是生产的连续化程度非常高，工艺开端是原料，工艺末端是成品,中间几乎没有半成品的概念。这种高度集成的连续化生产，带来了正反两方面的影响：
反面：在金属加工行业，工艺落后往往意味着性能降低，但很多时候也能通过钣金加工、铆接、配重、甚至手工打磨修挫做出来。而做出来了，也就能凑合使。但碳纤维领域，工艺落后往往更意味着废品，不仅是性能寿命下降的问题，而是根本就无法使用。因此，碳纤维复材的生产，是“行百里者半九十”的概念——只是在实验室做出复材样品，只和完成了一个概念设计差不多，后面的工艺关，那才是重头戏。设计定型和生产定型因此紧密耦合——几公斤样品，距离用成熟工艺批量生产复材，可差了十万八千里啊。出于同样的原因，复材制件的日常维护、测试、修复的经验、流程与方法，与金属构件相比，也会发生颠覆性改变。
正面：在金属加工行业，工艺创新往往带来性能提高;而在碳纤维领域，工艺创新除了提高性能，往往更能够直接带来产品创新。一种新工艺，甚至可以带来CFRP的一个变种产品分类。比如，增强热缩性塑料工艺，形成CFRTP;增强C工艺形成CFRC(也称C/C,就是碳/碳复合材料)，增强金属工艺形成CFRM，增强橡胶工艺形成CFRR,等等。又如，整体成型工艺，形成了前所未有的超大壁板和整体段件航空制件。倒过来说，没有对复材工艺的理解和创新，就没有对复材产品的理解和创新。
目前，CF的先进工艺，主要把持在日本手里;CFRP的先进工艺，主要掌握在美国人手里。而且其更新和推广的速度之快，令人惊心。而国内在这个领域，如上文所述，依然存在着大片的空白。这些空白直接导致先进复材产品系列的缺失。比如在美国航天航空领域开始规模化采用的金属基和陶瓷基碳纤维复合材料，甚至没有进入2010版的《中国航空材料手册》。换句话说，如果我们不在工艺基础上下功夫，指望着山寨外援、避重就轻、零敲碎打、投机取巧，是无法在航空航天复材上获得全面突破的。
金属工艺与复材工艺，完全是两个世界。国内航空业能在金属工艺领域驾轻就熟的同时，在复材工艺相对陌生的广大空间转换思路、刻苦耕耘、大胆求新，无疑是一个很大的考验。
看过了碳纤维和复材的生产工艺，那么中国碳纤维复材的应用水平又如何呢?
欲知后事如何，且听下回——《应用篇》分解。
第三篇：纤维复合材料在航空工业中的应用及特点
摘要
近年来，飞机制造技术整体朝着结构轻量化、隐身、高可靠性、长寿命、短周期、低成本、及绿色先进制造技术方向发展，纤维增强复合材料的独有特性能能很好满足这个需求，因此复合材料在航空工业中的应用越来越广泛，本文从军用飞机和民用飞机两个方面介绍了纤维增强复合材料在航空工业中的应用，并分析了纤维增强复合材料的相关特性。文章的最后对复合材料料在未来飞行器的应用做了初步的展望。
关键词：纤维增强复合材料，航空工业，应用，特点，展望
1 概述
由于现代先进飞机性能的高要求，使得复合材料的发展突飞猛进，飞机结构的复合材料化已成为必然的发展趋势，这一趋势将从根本上改变传统的飞机结构设计和制造工艺，也将改变航天工业供应链重组进程，能否适应这一重大变革，势必影响一个国家航空制造业的成败兴衰，如今复合材料已经广泛应用于航空工业，小到飞机上的受力较小的前缘，口盖大到飞机尾翼机身，复合材料正在不断快速的替代金属材料。
先进复合材料诞生于20世纪60年代末，70年代初即应用于飞机结构。先进复合材料指的是性能和功能上远远超出其单体组分性能和功能的一大类新材料，他们通常都是在不同尺度，不同层次上结构设计、结构优化的结果，融会贯通了各种单质材料发展的最新成果，甚至产生了原单质根本不具备的全新的高性能与新功能，是可以替代金属的结构材料[1]。先进复合材料的增强材料最普遍采用的是碳纤维，石墨纤维，芳纶纤维，硼纤维。其中的碳纤维是先进加强件上最通用的纤维材料，而且被飞机和航天飞机最广泛的应用着。按照基体材料的不同，先进复合材料分为树脂基，金属基和陶瓷基复合材料，当前树脂基复合材料技术基本成熟，已经广泛应用于军用飞机和民用飞机。以其为基体的纤维增强复合材料自20世纪80年代以来受到重视，在航空航天工业中有了越来越广泛的应用。
2 纤维增强复合材料在航空工业上的应用
复合材料在飞机上的应用大致可以分为三个阶段：第一阶段：是应用于受载不大的简单零件部件，如各类口盖、舵面阻力板、起落架舱门等;第二阶段：是应用于承力较大的尾翼等次级主承力结构，如垂直安定面、水平安定面、全动平尾、鸭翼等;第三阶段：是应用于主承力结构，如机翼盒段、机身等[2]。
这三个阶段所涉及的复合材料制造技术，是3个不同层次，在载荷水平上是完全不同的，对构件制造技术的要求也不同，构件的尺寸和结构的复杂程度，也有大幅度的提高。国内目前的技术水平，处于第2阶段的水平。而美国已经到第三阶段而且规模很大。
2.1军用飞机
2.1.1 美国军用战机
美国在复合材料方面具有强大的，全面的研究和生产基地，综合实力最强。在战机用复合材料方面，其规模和技术都走在世界前列。早在1974年美国的F-15A战斗机就使用了复合材料，使用复合材料比例为2%。1995年首飞的F/A-18E/F战机，复合材料的比例达到了22%，襟翼采用碳碳复合材料，机翼蒙皮也采用碳纤维-环氧复合材料。这时复合材料在飞机中的使用已经到了第二阶段，复合材料开始应用于承力较大的部件。
1982年，美国陆军提出LHX(实验轻型直升机计划)，为响应这个计划同时为了减少雷达反射截面积， RAH-66科曼奇直升机广泛应用了复合材料，其所用复合材料占整个直升机结构重量的51%，RAH-66是目前世界上使用复合材料最多的实用直升机。在基体结构中使用复合材料的有蒙皮、舱门、桁条、隔框、中央龙骨盒梁结构，炮塔整流罩、涵道尾桨护罩、垂直尾翼和水平安定面。在旋翼系统中使用复合材料的有挠性梁、桨叶、扭力管、扭力臂、旋转倾斜盘、套管轴和旋翼整流罩。传动系统使用复合材料的有传动轴和主减速器箱。所用复合材料有韧化环氧树脂，双马来酰亚胺树脂、石墨纤维、玻璃纤维和Kevlar纤维等。在战斗机和直升机上，先进复合材料不仅是轻质高强的结构材料，经过研究改性后还具有一定的隐身功能。造价超过2亿美元的B-2“幽灵”重型隐形轰炸机，于1978年开始研制，1993年12月交付使用，它的整个机身除主梁和发动机机舱采用了钛复合材料外，其它部分均由不易反射雷达波的碳纤维和石墨等非金属复合材料构成，机翼蒙皮是六角形蜂窝状夹芯碳/环氧吸波结构材料，该材料的面板为非圆Kevlar49增韧环氧，夹芯为表面经过特殊处理的六角蜂窝状Nomex，底板为非圆石墨增韧环氧[3]。 2.1.2 国内战机
与国外先进战机相比，国产战机的复合材料的用量较少，在直升机领域复合材料的使用比例较大，直-3直升机中复合材料的使用率约为23%，歼
8、强5战机的垂直尾翼壁板及垂直尾翼使用了碳纤维树脂基复合材料。高级教练机I-15“猎鹰”06的机头罩和方向舵大部件都是由国产高性能碳纤维复合材料制造的[4]。
2.2在民用飞机上的应用
民用飞机不同于军机，军机的复合材料应用上完尾翼马上上机翼、机身。而民机飞机要求安全性、可靠性、舒适性和经济性等[5]，因此相隔了20年后才出现大型飞机的复合材料机翼和机身，这一段时间一是在发展相关技术，二是在努力降低成本，使之能与对应的金属结构竞争，条件具备了才有第二阶段迈进第三阶段的应用[6]。在民用运输类飞机中，波音777的垂尾，平尾、后气密框、客舱地板梁、襟翼、副翼、发动机整流罩和各种舱门等均使用了飞虎材料，总质量达9.9t，占结构总重的25%。新研制的波音787，机翼、机身等主承力结构均有复合材料制成，复合材料用量达全机结构总重的50%以上，其中约45%为碳纤维复合材料，5%为玻璃纤维复合材料，是世界时第一架采用复合材料机身，机翼的大型商用飞机。空客A320，A330等机型也大量采用了复合材料，用量占结构总质量的13%，A380更是达到了22%[6]。
我国民机复合材料结构应用技术研究起步较晚，在已经取证的民机中，复合材料结构使用有限。20世纪九十年代中期研制了Y7-100复合材料垂尾，并通过了试验验证和适航审查，在新支线客机ARJ21-700中，复合材料用量不到2%，主要应用于非结构件、次承力件、根据专家估计，在已经立项研发的国产大型客机结构中，先进复合材料用量将达到20%~50%，并将首次用于机翼级主承力构件，原材料也将努力实现国产化。随着ARJ21-700的后续机型的研发，代表先进技术的复合材料用量会进一步增多，并将逐渐应用到主要结构上[6]。
纤维增强复合材料之所以能在军用，民用飞机上的应用如此广泛，主要是因为纤维增强复合材料的优异特性。
3.纤维增强复合材料的特点
纤维增强复合材料是由基体和增强纤维组成。在纤维增强复合材料中，纤维比较均匀地分散在基体之中，纤维增强基体，其最主要的承载作用。基体的作用是把纤维粘结成一个整体，保持纤维间的相对位置，是纤维能协同作用，保护纤维免受化学腐蚀和机械损伤。纤维增强复合材料不仅具有本身独特的优点，同时也具有一般复合材料的性能和优点。 3.1 比强度和比模量高
单位质量的强度和模量分别称为比强度和比模量，比强度和比模量高对于实现飞机结构的轻质化具有至关重要的作用，材料的比强度和比模量高，构件可以做的小巧，重量可减轻，而且质量不会受到影响。当材料的强度和刚度相同时，纤维增强复合材料构件的重量可比钢构件重量减轻70%左右、航天工业的成本与航天器的质量是息息相关的，对于航天卫星来说每减少一公斤的质量，将减少15-20万美元的制造发射成本。 3.2 抗疲劳和破损安全性好
疲劳破坏是材料在交变载荷作用下，由于裂纹的形成和扩展而造成的低应力破坏，是飞机坠毁的主要原理之一。与金属材料相比，纤维复合材料特别是纤维增强树脂基复合材料对缺口。应力集中敏感性小，而且纤维和基体的界面可以是扩展的裂纹间断变钝或改变方向，即阻止了裂纹的迅速扩展，从而具有较高的疲劳强度。
在纤维增强复合材料中，每平方厘米上的纤维数量少则几千根，多则几万根，由具有韧性基体把它们连结成整体。当这类材料制成的构件遇到超负荷而又少量纤维断裂时，构件上的负荷能迅速地重新分配到未断裂的纤维上，从而使整个构件在短期内不致丧失工作能力，所以纤维增强复合材料的破损安全性好。 3.3 减振性能好
以聚合物为基体的纤维增强复合材料，基体具有弹性。在基体和界面上有裂纹和脱粘的地方，还存在着摩擦力。在振动过程中，粘弹性和摩擦力使一部分动能转换成了热能。而且因为纤维增强复合材料的比模量高，其自振频率也很高，所以可以避免构件在作业是产生共振，纤维与机体界面间具有吸收振动能量的作用，即使产生了振动也会很快的衰减下来。故这类材料构件不容易产生振动破坏。 3.4 高温性能好
复合材料的高温性能好，纤维增强复合材料的结构部件在大幅度温度变化的环境下，具有非常微小的热变形。一般铝合金在400℃时，其强度和弹性模量显著下降，而用碳纤维或硼纤维增强的铝合金在此温度下强度和模量基本不变。 3.5 制造流程短，具有可设计性
对于连续纤维增强复合材料，可用手糊法、模压成型法、缠绕成型法和拉拔成型法等制造工艺，复合材料的一次成型技术可以缩短飞机构件的制造流程，实现飞机模块化，减少飞机整体的连结点，往往这些点的应力集中现象比较严重，一次成型技术可以有效解决这些问题，增强飞机抗冲击能力，延长使用寿命，降低成本。复合材料的可设计性更多的是指功能或性能上的设计，比如可以通过特定方法制造出适用于航空航天工业零膨胀系数的材料等等。
此外复合材料还具有其他一些方面的优越性能：如损伤容限高，尤其是玻璃纤维层压板表现出了极高的切口强度;具有突出的气动弹性剪裁好，当改变纤维的组成、排列方向和铺层厚度，就可以改变复合材料的强度和弹性，以达到设计者对设计对象的需求等等。 4.展望
航空工业对所需材料的要求是轻质、高强、高可靠。当前，飞行器上采用复合材料结构的主要目的是减轻机体结构重量和改善气动弹性和隐身性能等。但随着未来飞行器的发展需求不断提升，在未来复合材料结构设计上可能会出现诸多挑战如未来的飞行器可能需要具有变体的能力[1];未来飞行器必须满足在极端环境下的飞行等等。
代表着最高端科学结晶的未来飞行器与先进复合材料科学技术的发展，必然推动整个航空航天工业乃至全人类的科学技术的进步。
参考文献
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第四篇：“十三五”重点项目-航空航天用轻量化及结构增强高性能纤维复合
“十三五”重点项目-航空航天用轻量化及结构增强高性能纤维复合材料项目可行性研究报告
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可行性研究报告 是在招商引资、投资合作、政府立项、银行贷款等领域常用的专业文档，主要对项目实施的可能性、有效性、如何实施、相关技术方案及财务效果进行具体、深入、细致的技术论证和经济评价，以求确定一个在技术上合理、经济上合算的最优方案和最佳时机而写的书面报告。
可行性研究是确定建设项目前具有决定性意义的工作，是在投资决策之前，对拟建项目进行全面技术经济分析论证的科学方法，在投
1 资管理中，可行性研究是指对拟建项目有关的自然、社会、经济、技术等进行调研、分析比较以及预测建成后的社会经济效益。在此基础上，综合论证项目建设的必要性，财务的盈利性，经济上的合理性，技术上的先进性和适应性以及建设条件的可能性和可行性，从而为投资决策提供科学依据。
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关联报告：
航空航天用轻量化及结构增强高性能纤维复合材料项目建议书 航空航天用轻量化及结构增强高性能纤维复合材料项目申请报告
2 航空航天用轻量化及结构增强高性能纤维复合材料资金申请报告
航空航天用轻量化及结构增强高性能纤维复合材料节能评估报告
航空航天用轻量化及结构增强高性能纤维复合材料市场研究报告
航空航天用轻量化及结构增强高性能纤维复合材料商业计划书 航空航天用轻量化及结构增强高性能纤维复合材料投资价值分析报告
航空航天用轻量化及结构增强高性能纤维复合材料投资风险分析报告
航空航天用轻量化及结构增强高性能纤维复合材料行业发展预测分析报告
可行性研究报告大纲(具体可根据客户要求进行调整) 第一章 航空航天用轻量化及结构增强高性能纤维复合材料项目总论
第一节 航空航天用轻量化及结构增强高性能纤维复合材料项目概况
1.1.1航空航天用轻量化及结构增强高性能纤维复合材料项目名称
3 1.1.2航空航天用轻量化及结构增强高性能纤维复合材料项目建设单位
1.1.3航空航天用轻量化及结构增强高性能纤维复合材料项目拟建设地点
1.1.4航空航天用轻量化及结构增强高性能纤维复合材料项目建设内容与规模
1.1.5航空航天用轻量化及结构增强高性能纤维复合材料项目性质
1.1.6航空航天用轻量化及结构增强高性能纤维复合材料项目总投资及资金筹措
1.1.7航空航天用轻量化及结构增强高性能纤维复合材料项目建设期
第二节 航空航天用轻量化及结构增强高性能纤维复合材料项目编制依据和原则
1.2.1航空航天用轻量化及结构增强高性能纤维复合材料项目编辑依据
1.2.2航空航天用轻量化及结构增强高性能纤维复合材料项目编制原则
1.3航空航天用轻量化及结构增强高性能纤维复合材料项目主要技术经济指标
1.4航空航天用轻量化及结构增强高性能纤维复合材料项目可行性研究结论
4 第二章 航空航天用轻量化及结构增强高性能纤维复合材料项目背景及必要性分析
第一节 航空航天用轻量化及结构增强高性能纤维复合材料项目背景
2.1.1航空航天用轻量化及结构增强高性能纤维复合材料项目产品背景
2.1.2航空航天用轻量化及结构增强高性能纤维复合材料项目提出理由
第二节 航空航天用轻量化及结构增强高性能纤维复合材料项目必要性
2.2.1航空航天用轻量化及结构增强高性能纤维复合材料项目是国家战略意义的需要
2.2.2航空航天用轻量化及结构增强高性能纤维复合材料项目是企业获得可持续发展、增强市场竞争力的需要
2.2.3航空航天用轻量化及结构增强高性能纤维复合材料项目是当地人民脱贫致富和增加就业的需要 第三章 航空航天用轻量化及结构增强高性能纤维复合材料项目市场分析与预测
第一节 产品市场现状
第二节 市场形势分析预测
第三节 行业未来发展前景分析
第四章 航空航天用轻量化及结构增强高性能纤维复合材料项目建设规模与产品方案
5 第一节 航空航天用轻量化及结构增强高性能纤维复合材料项目建设规模
第二节 航空航天用轻量化及结构增强高性能纤维复合材料项目产品方案
第三节 航空航天用轻量化及结构增强高性能纤维复合材料项目设计产能及产值预测
第五章 航空航天用轻量化及结构增强高性能纤维复合材料项目选址及建设条件
第一节 航空航天用轻量化及结构增强高性能纤维复合材料项目选址
5.1.1航空航天用轻量化及结构增强高性能纤维复合材料项目建设地点
5.1.2航空航天用轻量化及结构增强高性能纤维复合材料项目用地性质及权属
5.1.3土地现状
5.1.4航空航天用轻量化及结构增强高性能纤维复合材料项目选址意见
第二节 航空航天用轻量化及结构增强高性能纤维复合材料项目建设条件分析
5.2.1交通、能源供应条件 5.2.2政策及用工条件
5.2.3施工条件
6 5.2.4公用设施条件
第三节 原材料及燃动力供应
5.3.1原材料 5.3.2燃动力供应
第六章 技术方案、设备方案与工程方案 第一节 项目技术方案
6.1.1项目工艺设计原则
6.1.2生产工艺
第二节 设备方案
6.2.1主要设备选型的原则 6.2.2主要生产设备 6.2.3设备配置方案 6.2.4设备采购方式 第三节 工程方案
6.3.1工程设计原则
6.3.2航空航天用轻量化及结构增强高性能纤维复合材料项目主要建、构筑物工程方案
6.3.3建筑功能布局 6.3.4建筑结构
第七章 总图运输与公用辅助工程 第一节 总图布置
7.1.1总平面布置原则
7.1.2总平面布置
7.1.3竖向布置
7.1.4规划用地规模与建设指标
第二节 给排水系统 7.2.1给水情况
7.2.2排水情况
第三节 供电系统
第四节 空调采暖
第五节 通风采光系统
第六节 总图运输
第八章 资源利用与节能措施
第一节 资源利用分析
8.1.1土地资源利用分析
8.1.2水资源利用分析
8.1.3电能源利用分析
第二节 能耗指标及分析
第三节 节能措施分析
8.3.1土地资源节约措施
8.3.2水资源节约措施
8.3.3电能源节约措施
第九章 生态与环境影响分析
第一节 项目自然环境
9.1.1基本概况
9.1.2气候特点
9.1.3矿产资源
第二节 社会环境现状
9.2.1行政划区及人口构成 9.2.2经济建设
第三节 项目主要污染物及污染源分析
9.3.1施工期 9.3.2使用期
第四节 拟采取的环境保护标准
9.4.1国家环保法律法规
9.4.2地方环保法律法规
9.4.3技术规范
第五节 环境保护措施
9.5.1施工期污染减缓措施 9.5.2使用期污染减缓措施
9.5.3其它污染控制和环境管理措施
第六节 环境影响结论
第十章 航空航天用轻量化及结构增强高性能纤维复合材料项目劳动安全卫生及消防
第一节 劳动保护与安全卫生
10.1.1安全防护
9 10.1.2劳动保护 10.1.3安全卫生 第二节 消防
10.2.1建筑防火设计依据
10.2.2总面积布置与建筑消防设计
10.2.3消防给水及灭火设备
10.2.4消防电气
第三节 地震安全
第十一章 组织机构与人力资源配置
第一节 组织机构
11.1.1组织机构设置因素分析 11.1.2项目组织管理模式
11.1.3组织机构图
第二节 人员配置
11.2.1人力资源配置因素分析 11.2.2生产班制 11.2.3劳动定员
表11-1劳动定员一览表
11.2.4职工工资及福利成本分析
表11-2工资及福利估算表 第三节 人员来源与培训
10 第十二章 航空航天用轻量化及结构增强高性能纤维复合材料项目招投标方式及内容
第十三章 航空航天用轻量化及结构增强高性能纤维复合材料项目实施进度方案
第一节 航空航天用轻量化及结构增强高性能纤维复合材料项目工程总进度
第二节 航空航天用轻量化及结构增强高性能纤维复合材料项目实施进度表
第十四章 投资估算与资金筹措
第一节 投资估算依据
第二节 航空航天用轻量化及结构增强高性能纤维复合材料项目总投资估算
表14-1航空航天用轻量化及结构增强高性能纤维复合材料项目总投资估算表单位：万元
第三节 建设投资估算
表14-2建设投资估算表单位：万元
第四节 基础建设投资估算
表14-3基建总投资估算表单位：万元
第五节 设备投资估算
表14-4设备总投资估算单位：万元
第六节 流动资金估算
表14-5计算期内流动资金估算表单位：万元
11 第七节 资金筹措
第八节 资产形成
第十五章 财务分析
第一节 基础数据与参数选取
第二节 营业收入、经营税金及附加估算
表15-1营业收入、营业税金及附加估算表单位：万元 第三节 总成本费用估算
表15-2总成本费用估算表单位：万元
第四节 利润、利润分配及纳税总额预测
表15-3利润、利润分配及纳税总额估算表单位：万元 第五节 现金流量预测
表15-4现金流量表单位:万元 第六节 赢利能力分析
15.6.1动态盈利能力分析
16.6.2静态盈利能力分析
第七节 盈亏平衡分析
第八节 财务评价
表15-5财务指标汇总表
第十六章 航空航天用轻量化及结构增强高性能纤维复合材料项目风险分析
第一节 风险影响因素
16.1.1可能面临的风险因素
12 16.1.2主要风险因素识别
第二节 风险影响程度及规避措施 16.2.1风险影响程度评价
16.2.2风险规避措施
第十七章 结论与建议
第一节 航空航天用轻量化及结构增强高性能纤维复合材料项目结论
第二节 航空航天用轻量化及结构增强高性能纤维复合材料项目建议
第五篇：碳纤维复合材料
摘要
一、碳纤维复合材料的概况
二、碳纤维复合材料的结构
三、碳纤维复合材料的用途
四、碳纤维复合材料的优势
五、碳纤维的产业
六、结论
1、概况
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，使其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。
2、结构
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、耐摩擦、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。
碳纤维是一种力学性能优异的新材料，它的比重不到钢的1/4，碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500Mpa以上，是钢的7~9倍，抗拉弹性模量为23000~43000Mpa亦高于钢。因此CFRP的比强度即材料的强度与其密度之比可达到2000Mpa/(g/cm3)以上，而A3钢的比强度仅为59Mpa/(g/cm3)左右，其比模量也比钢高。
3、用途 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。
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。
现在的F1(世界一级方程锦标赛)赛车，车身大部分结构都用碳纤维材料。顶级跑车的一大卖点也是周身使用碳纤维，用以提高气动性和结构强度
碳纤维可加工成织物、毡、席、带、纸及其他材料。传统使用中碳纤维除用作绝热保温材料外，一般不单独使用，多作为增强材料加入到树脂、金属、陶瓷、混凝土等材料中，构成复合材料。碳纤维增强的复合材料可用作飞机结构材料、电磁屏蔽除电材料、人工韧带等身体代用材料以及用于制造火箭外壳、机动船、工业机器人、汽车板簧和驱动轴等。
4、优势
1、高强度(是钢铁的5倍)
2、出色的耐热性(可以耐受2000℃以上的高温)
3、出色的抗热冲击性
4、低热膨胀系数(变形量小)
5、热容量小(节能)
6、比重小(钢的1/5)
7、优秀的抗腐蚀与辐射性能
5、碳纤维的产业
5.1 碳纤维的取材形式及比例
预浸布：51.6%，编织布：20%(其中有12.4%要经过预浸进入后段)，短切纱：19%，纤维丝束通过缠绕等方式直接使用：9.9%.
5.2 碳纤维产业链关联度非常紧密，上游帮扶下游就是帮自己碳纤维产业链。碳纤维制造企业因为资金和技术的优势，要成为引领整个产业链的生力军!市场培育任重道远!只有不断推进从碳纤维向纤维材料以及复合材料制品的纵深发展，完善产业链，扩大碳纤维的应用范围，才能使整个碳纤维行业实现跨越式的发展。 5.3 碳纤维产业链中的价值链我们常听到关于碳纤维价值链的说法是：从石油原料到碳纤维，增值关系是1 到3，而把碳纤维做成复合材料，增值可以到10。而国际上还有一个类似的说法：一个工业用碳纤维复合材料零件的成本构成，其中碳纤维和树脂的成本占25%，把碳纤维转成预浸料或编织布(我们称之为纤维材料)，转化成本为15%，而把纤维材料制造成复合材料构件，需要60%的成本，原因是这个过程的边角废料太多，主要是沿袭于航空航天的成型工艺效率太低。 当很多人抱怨：碳纤维因为价格太高而影响其应用面时，我们必须重视除了25%～30%的碳纤维成本之外的其它70%～75%的纤维和构件成型的巨大成本。否则，即使碳纤维成本降得再低，做出的复合材料成本还是惊人!
6、结论
中国碳纤维“平民化”发展之路探讨
碳纤维因品种和质量的不同，价格从100 多元/kg 到5 万多元/kg(日本东丽的M60J 据说曾炒到这个价格)都有。其中，走小批量、高精尖的品种，我们不妨戏称为“贵族碳纤维”，而量大、价格相对低的碳纤维，我们则戏称为“平民化碳纤维”。中国堪称是世界碳纤维研发的“老人”，但却是产业化的“新手”，所以，对于中国众多碳纤维企业来说，探讨“平民化”之路有实质意义。