碳纤维复合材料就是由碳纤维与树脂、金属、陶瓷等基体复合制成的结构材料的简称。很多人对碳纤维复合材料已经耳熟能详了，由碳纤维和环氧树脂结合而成的复合材料，其比重小、刚性好、耐锈蚀和强度高而成为一种先进的航空航天材料，在航空航天工业中争相采用先进复合材料。以下主要介绍的是航空级碳纤维复合材料以及碳纤维轻型飞机的制造过程。

　　最新民航客机的主机翼、舱体及尾翼等主要结构材料，由质量较轻的碳纤维复合材料（Carbon Fiber Reinforced Plastic，以下缩略为CFRP）构成。由于质量的减轻，燃油成本大幅降低，对环境的友好度得到了提升。与此同时，充分利用CFRP的特性，可以安装更大的机窗，机内所允许设定的压力、湿度也较高，乘客的航空体验也得到了改善。随着人们对环境问题关注度的提高，CFRP可以被认为是航空飞机的标准材料。

　　就碳纤维而言，日本占到了全球碳纤维市场约70%的份额，碳纤维也被应用于越来越多的领域（图1）。

　　图1  碳纤维的需求推移

　　用树脂将碳纤维固化（复合）后可以作为CFRP进行使用。航空客机使用的CFRP中，树脂占到了体积分数的约40%，使用弹性（刚性）较高、热收缩/硬化收缩较小、与碳纤维结合性较好的环氧树脂。CFRP具有以下特点（图2）。

　　· 比强度（强度÷密度）、壁弹性率（弹性÷密度）较高（轻而强）

　　· 抗疲劳性优异（长期反复载荷也难以损坏=寿命长）

　　· 不发生锈蚀（投入维护的劳动力较少）

　　· 热膨胀系数小（尺寸稳定性好）

　　图2  轻而强的CFRP（Carbon Fiber Reinforced Plastic）

　　此外，从制备的角度来看，CFRP最大的特点在于其工艺性（图3）。最终产品部件的设计和材料设计同时进行。将碳纤维在需要的方向进行排列，仅使用要求所需的量，避免了浪费。

　　图3 CFRP的研究领域

责任编辑：张春颖

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