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1、碳纤维的十六个主要应用领域及近期技术进展2017-08-08 周宏 DT新材料一DT高分子在线摘要：对近年碳纤维在导弹、空间平台和运载火箭，航空器，先进舰船，轨道交通车辆，电动汽车，卡车，风电叶片，燃料电池，电力电缆，压力容器，铀浓缩超高速离心机，特种管筒，公共基础设施，医疗和工业设备，体育休闲产品，以及时尚生活用具等十六个主要领域的应用及其近期技术进展进行了较为全面的综述。关键词：碳纤维，碳纤维增强树脂，应用中图分类号：TQ327.3,TS102.4 文献标志码：A 文章编号：1004-7093-（2017）01-作者介绍：周宏，男，1963
2、年生，教授级高级工程师，长期致力于对位芳纶基单兵作战防护装备技术研究工作，以及国产高性能纤维技术发展战略研究。Sixteenmainapplicationareasandrecenttechnical progressforthecarbonfiber：PartoneZhouHongQuartermasterResearchInstituteofPLA,Beijing100082,ChinaAbstract:Theapplicationinsixteenmainfields,whichincludedspacevehicle,airplane,sh
3、ip,railwayvehicle,car,truck,windblade,fuelcell,gascentrifugeforuraniumenrichment,aluminumconductorcompositecore(ACCC),pressurevessels,specialbarrels,maincablesystemforlargespansuspensionbridge,medicalappliance,componentsandpartsforindustrialequipment,sportsrecreationsupplies,l
4、ifestyleappliances,etc.,anditsrecenttechnicalprogressforthecarbonfiberinrecentyears,werefullyreviewed.Keywords:carbonfiber,carbonfiberreinforcedplastics(CFRP),application碳纤维是最重要的无机高性能纤维，这点是由其材料本性、产业技术复杂性、应用领域重要性和市场规模性等因素决定的，其首个市场化应用是1972年市售的碳纤维增强树脂钓鱼竿。此后，碳纤维应用快速向以航空航天器主结构材料为代表
5、的高端化发展。碳纤维最主要的应用形式是作为树脂材料的增强体，所形成的碳纤维增强树脂（CFRP）具有优异的综合性能，其在导弹、空间平台和运载火箭，航空器，先进舰船，轨道交通车辆，电动汽车，卡车，风电叶片，燃料电池，电力电缆，压力容器，铀浓缩超高速离心机，特种管筒，公共基础设施，医疗和工业设备，体育休闲产品，以及时尚生活用具等十六个领域，有着实际和潜在的应用。下文将对上述领域中碳纤维的应用及其近期的技术进展加以综述。1CFRP作为导弹、空间平台和运载火箭的关键材料碳纤维是现代宇航工业的物质基础，具有不可替代性。CFRP被广泛应用于导弹武器、空间平台和运
6、载火箭等航天领域。在导弹武器应用方面，CFRP主要用于制造弹体整流罩、复合支架、仪器舱、诱饵舱和发射筒等主次承力结构部件（图1）；在空间平台应用方面，CFRP可确保结构变形小、承载力好、抗辐射、耐老化和空间环境耐受性良好，主要用于制造卫星和空间站的承力筒、蜂窝面板、基板、相机镜筒和抛物面天线等结构部件（图2）；在运载火箭应用方面，CFRP主要用于制造箭体整流罩、仪器舱、壳体、级间段、发动机喉衬和喷管等部件（图3）。目前，CFRP在航天器上的应用已日臻成熟，其是实现航天器轻量化、小型化和高性能化不可或缺的关键材料。2CFRP作为航空器的结构材料在大型
7、先进飞机中，CFRP被广泛用作主承力结构材料。且在近期研制成功的新型飞艇中，CFRP也被用做结构材料。20世纪70年代中期的石油危机是碳纤维应用于飞机制造的直接原因。为缓解能源危机，当时的美国政府启动了“飞机节能计划（AircraftEnergyEfficiencyProgram）”。现代飞机机身采用钢、铝、钛等金属和复合材料制成。为节约燃油和提高运营效益，减轻机身质量一直是飞机设计制造技术中的核心挑战之一。而CFRP在飞机机身制造上的成熟应用为减轻飞机机身质量提供了最有效的途径。例如，以金属材料为主制成的波音767飞机（CFRP用量仅占3%）机身
8、质量为60t，而将CFRP用量提升到50%时，新型波音767飞机机身质量下降到48t，仅此就极大地提升了该型飞机的能源和环
