纖維復合材料的案例
全面解讀高性能纖維與復合材料
高性能纖維及其復合材料的發(fā)展模式
1、高性能纖維產(chǎn)業(yè)與制造業(yè)融合
高性能纖維產(chǎn)業(yè)與制造業(yè)各行業(yè)緊密融合，研究應用技術體系，培育學科交叉人才，是制造業(yè)大規(guī)模應用的關鍵之一。因此應積極建立高性能纖維產(chǎn)業(yè)與飛機、汽車、高鐵、輪船、機器人、家電、建筑、海洋、化工等領域的深度融合機制，培育一批學科交叉人才隊伍。
2、建立高性能纖維復合材料應用標準
結(jié)構(gòu)設計與驗證新技術及其應用標準是推動高性能纖維及其復合材料替代金屬材料，大規(guī)模應用的關鍵之一。應花大力氣建立復合材料數(shù)據(jù)庫、設計與驗證方法，及其在制造業(yè)各領域應用標準。
3、復合材料自動化量產(chǎn)新技術
復合材料自動化量產(chǎn)新技術與裝備是制造業(yè)大規(guī)模應用的關鍵之一因此要研發(fā)快速成型技術及其自動化量產(chǎn)技術及其裝備。
高性能纖維及其復合材料發(fā)展趨勢
中國政府高度關注高性能纖維及其復合材料發(fā)展，中國具有巨大的市場空間，具備碳纖維復合材料后發(fā)優(yōu)勢，有望成為高性能纖維復合材料的大國和強國。
國家高度重視碳纖維復合材料產(chǎn)業(yè)。近兩年，國家相關部委密集出臺政策，大力支持碳纖維復合材料發(fā)展。《國家創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略綱要》、《“十三五”國家科技創(chuàng)新規(guī)劃》等紛紛將發(fā)展碳纖維復合材料列為重點任務和重點支持領域。
輕量化碳纖維復合材料是中國制造2025的核心技術之一，10大重點發(fā)展領域，8大領域迫切需求輕量化碳纖維復合材料中國是制造業(yè)大國，高鐵、汽車、造船等眾多產(chǎn)業(yè)全球第一，具有巨大的碳纖維復合材料應用市場空間，有望引領碳纖維復合材料在制造業(yè)應用。
輕量化碳纖維應用
我國初步形成碳纖維復合材料產(chǎn)業(yè)，具備一定的基礎。
展開 通過定制纖維鋪放（TFP）優(yōu)化碳纖維復合材料
Inside Composites與ZSK USA Inc.的技術刺繡經(jīng)理Topher Anderson博士討論了通過定制纖維鋪放（TFP）優(yōu)化碳纖維復合材料的機會
碳纖維復合材料制造商在努力降低成本和優(yōu)化流程方面面臨的主要問題是什么？
Topher Anderson：雖然碳纖維的價格近年來迅速下降，但它仍然是一種昂貴且備受追捧的材料。對于下一代節(jié)省燃料的運輸，越來越多地尋求諸如高強度重量比的碳纖維復合材料特性。減少車輛，飛機或航天器的重量會在其預期壽命期間顯著影響其燃料效率。碳纖維越來越多地被研究作為一些鋁結(jié)構(gòu)的替代品，特別是由于它的重量減輕。然而，碳纖維復合材料的高前期材料成本可以阻止?jié)撛诘挠脩暨m應。
此外，傳統(tǒng)碳纖維復合材料的制造需要比鋁更多的加工參與。
在諸如樹脂傳遞模塑（RTM）的工藝中，例如，編織的碳纖維織物在CAD中進行描繪，按比例切割，用基質(zhì)材料潤濕并使其固化成形。然而，這些過程通常更加勞動密集，并且缺乏諸如金屬銑削或金屬板彎曲之類的競爭過程中所見的自動化。
您已經(jīng)確定了TFP可以產(chǎn)生影響的一些特定領域，包括減少浪費。這有多少問題？
TA：許多傳統(tǒng)碳纖維復合材料構(gòu)造技術的主要材料成本之一是產(chǎn)生大量廢料。在許多使用碳纖維編織材料的手糊工藝中，廢料可以容易地占所用碳總重量的50％或更多。在用基質(zhì)材料浸漬之前，當織物最初被切割時產(chǎn)生這種廢物。在復合材料已經(jīng)固化之后和在后處理步驟期間產(chǎn)生額外的廢物，其中形狀被進一步精制。
TFP的獨特之處在于它能夠減少廢料，從而優(yōu)化材料成本。通過在將絲束材料縫合成所需幾何形狀時控制絲束材料的路徑，材料僅放置在最終預制件中所需的位置。在傳統(tǒng)的層壓板設計中必須切割的織物區(qū)域簡單地保持不被縫合。由于能夠符合復雜的幾何形狀，該過程減少了在切割機織織物時形成的初始廢物以及后處理廢物。
展開 通過定制纖維鋪放（TFP）優(yōu)化碳纖維復合材料
Inside Composites與ZSK USA Inc.的技術刺繡經(jīng)理Topher Anderson博士討論了通過定制纖維鋪放（TFP）優(yōu)化碳纖維復合材料的機會
碳纖維復合材料制造商在努力降低成本和優(yōu)化流程方面面臨的主要問題是什么？
Topher Anderson：雖然碳纖維的價格近年來迅速下降，但它仍然是一種昂貴且備受追捧的材料。對于下一代節(jié)省燃料的運輸，越來越多地尋求諸如高強度重量比的碳纖維復合材料特性。減少車輛，飛機或航天器的重量會在其預期壽命期間顯著影響其燃料效率。碳纖維越來越多地被研究作為一些鋁結(jié)構(gòu)的替代品，特別是由于它的重量減輕。然而，碳纖維復合材料的高前期材料成本可以阻止?jié)撛诘挠脩暨m應。
此外，傳統(tǒng)碳纖維復合材料的制造需要比鋁更多的加工參與。
在諸如樹脂傳遞模塑（RTM）的工藝中，例如，編織的碳纖維織物在CAD中進行描繪，按比例切割，用基質(zhì)材料潤濕并使其固化成形。然而，這些過程通常更加勞動密集，并且缺乏諸如金屬銑削或金屬板彎曲之類的競爭過程中所見的自動化。
您已經(jīng)確定了TFP可以產(chǎn)生影響的一些特定領域，包括減少浪費。這有多少問題？
TA：許多傳統(tǒng)碳纖維復合材料構(gòu)造技術的主要材料成本之一是產(chǎn)生大量廢料。在許多使用碳纖維編織材料的手糊工藝中，廢料可以容易地占所用碳總重量的50％或更多。在用基質(zhì)材料浸漬之前，當織物最初被切割時產(chǎn)生這種廢物。在復合材料已經(jīng)固化之后和在后處理步驟期間產(chǎn)生額外的廢物，其中形狀被進一步精制。
TFP的獨特之處在于它能夠減少廢料，從而優(yōu)化材料成本。通過在將絲束材料縫合成所需幾何形狀時控制絲束材料的路徑，材料僅放置在最終預制件中所需的位置。在傳統(tǒng)的層壓板設計中必須切割的織物區(qū)域簡單地保持不被縫合。由于能夠符合復雜的幾何形狀，該過程減少了在切割機織織物時形成的初始廢物以及后處理廢物。
展開 CF/PEEK碳纖維復合材料和傳統(tǒng)碳纖維復合材料在醫(yī)療行業(yè)的應用差異
層間結(jié)合強度好，江蘇君華生產(chǎn)的PEEK碳纖維復合材料不易分層。熱塑性在模壓成型時，熔融后結(jié)合到一體的結(jié)合強度高。所以不易分層。從PEEK與碳纖維結(jié)合角度說一些，PEEK和碳纖維之間的結(jié)合強度很高,因此纖維釋放現(xiàn)象大大減少或沒有。另外,由于PEEK具有抗蠕變力,PEEK聚合物能夠長時間承受相對大的壓力,不會隨時間擴展,并且具有良好的纖維-母體界面結(jié)合強度。
近倆年國內(nèi)也陸續(xù)有一些單位開始開發(fā)CF/PEEK熱塑性碳纖維復合材料，江蘇君華就是其中的一家。目前江蘇君華生產(chǎn)的熱塑性PEEK碳纖維復合材料，已通過力學性能測試，被多家國內(nèi)知名醫(yī)療器械單位用于醫(yī)療加工髓內(nèi)釘器械的瞄準架。目前驗證下來發(fā)現(xiàn)，熱塑性CF/PEEK碳纖維復合材料加工的瞄準架透光性好，強度高，尺寸穩(wěn)性定，100次消毒后依然可以精準定位。
展開 
【科普】無人機應用碳纖維復合材料減重的妙招
【科普】無人機應用碳纖維復合材料減重的妙招。小型無人機普遍具有載荷小、飛行高度低、速度慢、續(xù)航時間短等性能劣勢，因為作業(yè)環(huán)境復雜，機體的毀傷頻率也比較高，傳統(tǒng)的鋁合金等金屬材質(zhì)已經(jīng)遠遠不能滿足無人機在性能方面的發(fā)展需求。碳纖維復合材料具有高比強度和高比剛度，能大大減輕無人機的機身重量，從而降低無人機的載荷成本和增加無人機的有效載荷量，延長機體的飛行距離和飛行時間，對無人機結(jié)構(gòu)的輕質(zhì)化、小型化和高性能化意義重大，成為新一代無人機的理想材料。
從材料本身來說，使用碳纖維復合材料至少能比鋁合金材料減重30％以上，但是在實際的應用中，要想最大化地體現(xiàn)出碳纖維復合材料的輕量化優(yōu)勢還需從以下幾個方面著手。
利用鋪層設計減重
碳纖維復合材料具有高度的各向異性，復合材料縱向（纖維方向）的彈性模量和強度較強，橫向（垂直纖維方向）的彈性模量和強度則相對較弱。可以通過鋪層結(jié)構(gòu)的合理設計，利用復合材料的非對稱和非均衡鋪層產(chǎn)生的耦合效應，把復合材料結(jié)構(gòu)剛度和結(jié)構(gòu)彈性完美結(jié)合起來，使碳纖維復合材料的優(yōu)勢力學性能方向沿結(jié)構(gòu)的傳力路徑布置，從而有效利用了每一絲束的承載能力，最大限度地發(fā)揮出其力學性能優(yōu)勢。
以一款重載四旋翼無人機提供的碳纖維部件為例，這款無人機最大起飛重量為25kg，最大有效載荷為11kg，軸距為1700mm，空載續(xù)航為40min，滿載續(xù)航為20min，客戶要求該款無人機的結(jié)構(gòu)強度和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性安全系數(shù)都要達到2.0。這款無人機整體結(jié)構(gòu)主要包括中心板、機臂和起落架這三部分。無錫某廠家主要負責碳纖維機臂和中心板部分的制作。其中，機臂尺寸長610mm，寬37mm、高47mm。
展開 盤點車用碳纖維復合材料的廣泛應用
碳纖維復合材料在汽車應用中的優(yōu)點：
1 輕量化
與其他材料相比，碳纖維復合材料具有不可比擬的強度和比模量，密度僅為1.6g/cm？3；左右，遠低于鋼和鋁，在汽車車身等零件設計中的應用可以減少約35%的質(zhì)量，降低燃料消耗，例如大眾新推出的XL1車型采用碳纖維復合材料車身和零部件只有795千克的總質(zhì)量部分，結(jié)合混合動力技術，一百公里油耗僅0.9升。
2 耐久性
碳纖維復合材料主要由碳纖維束和樹脂材料組成，化學穩(wěn)定性好，無需進行表面防腐處理，其耐候性和耐老化性好，壽命一般是鋼的2-3倍。碳纖維布制得的功能部件的疲勞強度遠高于鋼的疲勞強度。
3 安全性
碳纖維復合材料的拉伸強度一般3500Mpa以上，是普通鋼的5倍，碳纖維材質(zhì)在碰撞變形的座艙很小，能有效地保護駕乘者的生存空間。將碰撞編織能量吸收結(jié)構(gòu)在高速碰撞碎片中轉(zhuǎn)化為較小的碎片，吸收大量的沖擊能量（一般鋼的能量吸收3倍以上），可以有效地提高車輛的被動安全性。4 美觀性
表面涂上一層清漆，碳纖維的兩個緯度或?qū)蔷€的交叉排列順序清晰可見，顯得致密規(guī)整。碳纖維復合材料應用于后擾流板、后視鏡、屋頂、儀表板、側(cè)板組成，門芯板和方向盤上創(chuàng)建可視化更高科學技術的車輛的運動和視覺效果。
碳纖維復合材料在汽車各系統(tǒng)的應用
隨著汽車輕量化發(fā)展理念的不斷發(fā)展，各大汽車廠商都在不斷地開發(fā)使用碳纖維汽車零部件。汽車已成為世界第四大碳纖維應用市場，并將在未來五年內(nèi)迎來巨大的市場需求。
目前，碳纖維復合材料已廣泛應用于汽車車身及零部件的制造中。如：汽車車身、內(nèi)外裝飾、底盤系統(tǒng)、動力系統(tǒng)等。
1 碳纖維在汽車車身中的應用
碳纖維增強聚合物基復合材料具有足夠的強度和剛度，是制造汽車車身的最輕的材料。碳纖維復合材料的應用可以降低汽車車身的質(zhì)量40%～60%，相當于鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量的1/3 ～ 1/6。
展開 軍用戰(zhàn)斗機中碳纖維復合材料的應用及材料選擇標準（一）：應力標準
近年來，工業(yè)界對輕質(zhì)材料的需求大幅增長。如今，民機中復合材料的使用量已經(jīng)達到了50%以上，同時還提供了許多優(yōu)點，例如高比強度和高比剛度，優(yōu)異的疲勞性能和耐腐蝕性等等。通常，碳纖維復合材料輕量化結(jié)構(gòu)提供了增強的有效載荷、改進的靈活性、短距起飛、遠程任務和高機動能力。
當我們縱觀復合材料航空發(fā)展史，復合材料是在20世紀60年代首次應用于軍用飛機，后來在20世紀70年代擴展到民用飛機領域。經(jīng)實驗證明，復合材料結(jié)構(gòu)件，與等效的鋁結(jié)構(gòu)設計相比，可以實現(xiàn)15-20%的重量節(jié)省。因此，在某些情況下，結(jié)構(gòu)件的應用導致零件成本顯著增加。碳纖維熱固性復合材料材料的應用越來越多，從次級結(jié)構(gòu)、控制面開始，到后來的機翼和主機身結(jié)構(gòu)，這已經(jīng)證明幾乎所有的結(jié)構(gòu)型飛機部件都可以用這些材料制造，并且可以實現(xiàn)預期的效益。
現(xiàn)代飛機結(jié)構(gòu)是由薄層預浸漬纖維堆疊成層壓板構(gòu)成。薄層中的纖維通常是單向（UD）碳纖維或預浸有聚合物樹脂的機織織物。機織物和UD帶都用于飛機結(jié)構(gòu)的制造業(yè)。由于自動化的機會和成本，通常選擇UD預浸料。自動化膠帶鋪設（ATL）和先進纖維鋪設（AFP）等方法通常用于生產(chǎn)高成本零部件。
商用飛機用UD預浸料的纖維體積含量一般控制為55–57%。當在高溫和壓力下固化時，它們會形成高剛度、輕量化的復合材料結(jié)構(gòu)件。對于航空結(jié)構(gòu)部件，與其他復合材料技術相比，碳纖維預浸料可提供最高的比剛度和比強度。例如，硼纖維增強環(huán)氧樹脂復合材料被用于美國F-14和F-15戰(zhàn)斗機的尾翼蒙皮，但制造時使用的復合材料的結(jié)構(gòu)重量百分比很小，F(xiàn)-15中復合材料用量僅為2%。隨后，復合材料應用比例逐漸提高，從F-18的19%上升到F-22的24%。
碳纖維材料也用于歐洲臺風戰(zhàn)斗機。如下圖1所示，機翼蒙皮、前機身、襟翼和方向舵都使用了復合材料，增韌環(huán)氧表層約占外表面的75%。
展開 無人機應用碳纖維復合材料減重有妙招
從目前情況看，在無人機上使用碳纖維復合材料是減輕機體重量和增強機身機翼結(jié)構(gòu)強度的有效途徑，但是這也需要適用于無人機的碳纖維復合材料在材料設計及工藝體系方面進行配合，才能最大化地體現(xiàn)和利用碳纖維復合材料的特殊優(yōu)勢。（來源：新材料探路者）
全球復合材料供需基本平衡 航空航天領域成碳纖維復合材料最大應用市場
復合材料是指由兩種或兩種以上不同性質(zhì)的材料，通過物理或化學的方法，在宏觀（微觀）上組成具有新性能的材料。各種材料在性能上互相取長補短，產(chǎn)生協(xié)同效應，使復合材料的綜合性能優(yōu)于原組成材料而滿足各種不同的要求。復合材料制品行業(yè)的上游主要為玻璃纖維、樹脂等行業(yè)，下游主要為風電、汽車、工程機械、游艇等行業(yè)。目前，全球復合材料市場價值及產(chǎn)量近年來穩(wěn)步上升。
復合材料行業(yè)生產(chǎn)能力不斷提升
在亞太地區(qū)復合材料需求刺激下，全球加快了復合材料產(chǎn)能規(guī)劃，復合材料的生產(chǎn)能力不斷提高，從推動了行業(yè)產(chǎn)量的不斷增長。2017年全球復合材料產(chǎn)值約為867億美元，同比去年增長5.73%。
分地區(qū)來看，2017年，北美地區(qū)復合材料產(chǎn)值占全球產(chǎn)值的30%；中國大陸占比25%；歐洲占比20%。北美地區(qū)復合材料產(chǎn)品主要應用于航空航天和交通運輸?shù)阮I域，附加值較高，市場規(guī)模大，相對而言，雖然中國大陸地區(qū)復合材料產(chǎn)量高，但產(chǎn)值較低，應用領域較低端，未來發(fā)展需要產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整。
全球復合材料需求情況
近年來，在全球經(jīng)濟環(huán)境不景氣等大環(huán)境影響下，全球復合材料市場結(jié)構(gòu)正在逐步發(fā)生變化，美、日、歐等發(fā)達國家和地區(qū)復合材料市場相對飽和，增速較為緩慢。亞太亞太地區(qū)由于長期以來人均復合材料消費水平，市場需求空間大，增速較快。從而總體促進了復合材料行業(yè)穩(wěn)定增長。數(shù)據(jù)顯示，2017年全球復合材料市場達到304億美元左右，復合材料終端產(chǎn)品市場規(guī)模則達到了864億美元左右，其中高性能復合材料終端產(chǎn)品市場規(guī)模約為250億美元。
全球復合材料需求結(jié)構(gòu)
從全球范圍來看，目前全球復合材料主要為玻璃纖維復合材料和碳纖維復合材料，二者合計占整個復合材料市場規(guī)模的90%以上。因此下面主要從玻璃纖維復合材料和碳纖維復合材料下游的需求結(jié)構(gòu)。
展開 不同樹脂基體的碳纖維復合材料在軍艦中的應用
當年，在“維斯比”級（VisbyClass）隱形護衛(wèi)艦作為世界上第一個按照全隱形規(guī)范制造的戰(zhàn)艦服役于瑞典皇家海軍時，除了出色的隱形設計和強大的反艦、反潛和水雷作戰(zhàn)能力之外，其艦體超輕化的制作材料也引起了世界各國海軍國防部門的廣泛關注。據(jù)悉，該艦船沒有采用常規(guī)鋼材和常用的玻璃鋼材料，而是采用了碳纖維夾芯材料，由聚氯乙烯夾芯和碳纖維乙烯基酯層壓板構(gòu)成，不但具有很高的強度和經(jīng)久耐用性，還具有優(yōu)良的抗沖擊性能。
事實上，利用碳纖維復合材料的輕量化效果提升軍艦的裝載力、航行速度和續(xù)航能力的歷史已長達半個多世紀了，雖然碳纖維復合材料在海軍艦艇上的應用已經(jīng)非常廣泛，但是，大部分已經(jīng)成熟的技術僅應用于相對較小的海軍艦艇，如巡邏艇、MCMV、護衛(wèi)艦等的非結(jié)構(gòu)、非關鍵性部件。
不過隨著科學的發(fā)展和技術的進步，碳纖維復合材料在海軍艦艇上的應用也在逐步深入，據(jù)國內(nèi)資深的碳纖維制品企業(yè)無錫威盛新材料科技有限公司軍工產(chǎn)品部楊工介紹，為進一步提升艦體的綜合性能，目前，碳纖維復合材料在軍艦上的以下幾個部位中的應用有較大進展：
艦艙壁、甲板、艙門
使用碳纖維復合材料代替鋼材料制造艦艙壁、甲板和艙門，至少可以在質(zhì)量上減輕40％以上，而且碳纖維復合材料具有更低的磁特性，火災時熱傳導低、阻聲性能更好。不過，在CFRP和周圍鋼結(jié)構(gòu)的連接處需要有足夠的抗內(nèi)部沖擊損壞的能力，因此在制造和安裝的成本上有一定的增加。
武器外罩、甲板防護板、遮護板
將碳纖維復合材料應用在武器外罩、甲板防護板以及導彈沖擊遮護板上，也是目前的發(fā)展方向之一。日本軍事技術專家對于如何提升軍艦的生存能力已做了具體研究論證，證明碳纖維復合材料作為外殼材料能有效降低高速射彈和榴散彈等對艦體造成的沖擊。
展開 我國碳纖維及其復合材料產(chǎn)業(yè)展望
近三年來，我國碳纖維及其復合材料的市場與產(chǎn)業(yè)均步入了高速發(fā)展時期。在剛剛過去的2018年中，我國碳纖維產(chǎn)業(yè)取得了豐碩的成果。市場方面，2018年國內(nèi)碳纖維市場規(guī)模將達到65億元，國內(nèi)碳纖維復合材料市場規(guī)模預計達到135億元，分別同比增長26%與19%。產(chǎn)業(yè)方面，碳纖維自給率逐年攀升，2018年將首次突破40%；碳纖維復合材料產(chǎn)值增速穩(wěn)中有升，保持20%以上增速。展望2019，又將是機遇與挑戰(zhàn)并存的關鍵之年，中國碳纖維及其復合材料產(chǎn)業(yè)爆發(fā)“如箭在弦”。
圖1 2014-2018年中國碳纖維自給情況
數(shù)據(jù)來源：賽迪顧問，2018年12月
挑戰(zhàn)一：我國企業(yè)與國外龍頭企業(yè)尚有差距
國際碳纖維行業(yè)以日本東麗、德國西格里、日本三菱麗陽、日本東邦、美國赫氏五家企業(yè)領銜，其合計全球市場占有率高達七成以上。由于我國碳纖維產(chǎn)業(yè)起步較晚，多個品級產(chǎn)品存在生產(chǎn)瓶頸，尚未完全涉足復合材料和終端產(chǎn)品的設計環(huán)節(jié)，下游市場認可度較低，在核心技術（如高強高模碳纖維、高端大絲束碳纖維、高端裝備、核心助劑、復合材料設計）、應用（如汽車、航天領域）等方面均與國際領先企業(yè)存在較大差距，導致國內(nèi)碳纖維市場仍有較低的自給率，2017年自給率僅為30.5%，預計2018年將略有上升，但浮動空間有限。
挑戰(zhàn)二：短期內(nèi)部分高端應用領域的突破依舊困難重重
短期內(nèi)國產(chǎn)碳纖維復合材料在高端領域應用仍存在一定困難，尤其在汽車領域，雖然碳纖維復合材料憑借著其優(yōu)異的性能可大幅提高汽車安全舒適性、燃油效率和服役壽命，已被公認為汽車工業(yè)領域最理想的輕量化材料。
展開 
熱塑性CF/PEEK碳纖維復合材料優(yōu)勢及應用展望
碳纖維材料是在上世紀六十年代末才首次投入市場，我國掌握碳纖維材料生產(chǎn)技術也是近十年的事情，但碳纖維材料憑借其獨特的性能優(yōu)勢——高強度、高模量、耐磨、電性能、不易發(fā)生蠕變和疲勞、X射線透過性好、尺寸穩(wěn)定、熱膨脹系數(shù)小、耐腐蝕、耐高溫等特點，成為性能廣、用途多的增強纖維之一，廣泛用于航空航天、軍工設備、精密儀器、醫(yī)學等各個領域。
熱塑性復合材料自開發(fā)以來，受到各國越來越多的重視，相關的研究及應用都十分活躍。航天、航空、汽車制造、石油化工、電子半導體等領域均是熱塑性復合材料應用和發(fā)展速度較快的領域。特別是近10年來，每年的消費量均以25%的速度增長，發(fā)展速度比熱固性復合材料高數(shù)倍。
與熱固性碳纖維復合材料相比，熱塑性碳纖維復合材料具有以下的應用優(yōu)勢：韌性比較高、損傷容限大、介電常數(shù)比較好、維修方便、有類似于金屬的加工特性、成本低等優(yōu)點。從制作工藝角度看，熱塑性碳纖維復合材料的原材料儲存期不受限制、不需低溫貯存、成型加工周期比較短、成型不需要熱壓罐等大型專用設備，尤其是它所具有的良好的可循環(huán)性、可回收、可重復利用和不污染環(huán)境等特性很好地適應了當今世界對材料產(chǎn)業(yè)所提出的環(huán)保要求。
因此，過去以熱固性碳纖維復合材料制品為主要方向的下游廠商開始轉(zhuǎn)變目光，把更多的資源傾向于發(fā)展熱塑性碳纖維復合材料制品方面。愈來愈多的新材料公司將熱塑性碳纖維復合材料作為重點發(fā)展對象，大力推進碳纖維增強PEEK、PI、PPS等熱塑性碳纖維復合材料在高端醫(yī)療、精密機械、軌道交通和航空航天等領域的應用。
展開 無錫智上新材開發(fā)出無人機用超輕碳纖維復合材料
從目前情況看，在無人機上使用碳纖維復合材料是減輕機體重量和增強機身機翼結(jié)構(gòu)強度的有效途徑，但是這也需要適用于無人機的碳纖維復合材料在材料設計及工藝體系方面進行配合，才能最大化地體現(xiàn)和利用碳纖維復合材料的特殊優(yōu)勢。
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熱塑性碳纖維復合材料優(yōu)勢比較及應用展望
通過碳纖維無人機、大型碳纖維輥軸、碳纖維機械臂等熱固性碳纖維復合材料產(chǎn)品在新工業(yè)領域建立地位的無錫智上新材料科技有限公司，計劃在三年內(nèi)，調(diào)整企業(yè)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，將熱塑性碳纖維復合材料作為重點發(fā)展對象，大力推進碳纖維增強PEEK、PI、PPS等熱塑性碳纖維復合材料在高端醫(yī)療、精密機械、軌道交通和航空航天等領域的應用。
從短期看，碳纖維熱塑性復合材料的大批量市場應用尚未成熟，還有大面積的應用市場有待開發(fā)，但是隨著碳纖維熱塑性復合材料制品在工藝及質(zhì)量穩(wěn)定性、產(chǎn)品系列化、規(guī)格化與國外同類技術水平等方面差距的不斷縮小，相信只要緊密圍繞新興產(chǎn)業(yè)的巨大需求，抓住發(fā)展機遇，持續(xù)推進原料生產(chǎn)技術進步，加大碳纖維熱塑性復合材料體系、加工工藝、應用水平的研究，提高對系列化產(chǎn)品開發(fā)、市場培育等環(huán)節(jié)的支持力度，國內(nèi)的碳纖維熱塑性復合材料產(chǎn)業(yè)必將迎來一個新的發(fā)展階段。
（來源：復合材料先行者）
展開 新能源汽車碳纖維復合材料車門輕量化設計
以分析結(jié)果為參考，采用等質(zhì)量替換法，建立碳纖維復合材料車門的有限元模型。以復合材料車門質(zhì)量最小化為目標函數(shù)，靜態(tài)性能為約束條件，進行了自由尺寸優(yōu)化、尺寸優(yōu)化、鋪層順序優(yōu)化。對優(yōu)化結(jié)果規(guī)整后進行性能驗證。結(jié)果表明，獲得的優(yōu)化方案在滿足性能要求的前提下，實現(xiàn)了車門減重48.3%，完成了車門的輕量化設計。
關鍵詞：新能源;碳纖維復合材料;HyperWorks;拓撲優(yōu)化;輕量化;
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汽車輕量化是在保證其基本的使用性能、安全性和其成本控制要求的前提下，從結(jié)構(gòu)、材料、工藝等方面，應用新設計、新材料、新技術來實現(xiàn)對汽車整體的減重，以完成汽車向“低能耗”、“低排放”的轉(zhuǎn)變。材料輕量化是實現(xiàn)車身輕量化設計的主流方向之一。作為車身的關鍵部件之一，車門需要保證足夠的剛度、強度，從而使整車具有良好的安全、振動噪聲和耐久性能。碳纖維增強復合材料以其優(yōu)異的綜合性能、高比強度和比模量和靈活的可設計性在眾多新型輕量化材料中脫穎而出。碳纖維增強復合材料的密度僅為鋼材密度的20%，鋁合金密度的60%，其應用可以使車身減輕30%～60%[1]，其質(zhì)量僅為鋼的1/4，強度則是鐵的10倍[2]，是一種理想的輕量化替換材料。陳靜等[3]的研究表明，結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的碳纖維材料電池箱在質(zhì)量減少的同時，提高了剛度和模態(tài)頻率；陳偉[4]將碳纖維材料引入汽車B柱支撐板，在確保碰撞性能的情況下減重55%。商業(yè)領域中，碳纖維材料已經(jīng)大量應用在寶馬、奧迪等量產(chǎn)車型的車身結(jié)構(gòu)中[5]；薛嬌[6]基于傳統(tǒng)金屬材料的汽車B柱，使用等代設計的方法將原有的金屬材料替換成碳纖維復合材料，并在有限元軟件中進行仿真分析。
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