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国际前沿为碳纤维更低成本所做的努力
发布时间:2021-04-25
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益小苏教授在最近参加的一次科技演讲大会上的演讲中指出,全球碳纤维复材业界,都在致力于碳纤维复合材料更多减重、更低成本。

 

益小苏教授指出,碳纤维每一步发展都是跟铝合金相竞争的。图中坐标横轴是成本,纵坐标是减重。因为用复合材料归根到底是为了减重,减重意味着坐标上往绿色这边走,红的是增重。因此这个图上有个灰色区域:碳纤维复合材料减重了15%,但成本增加5%,这就是空客公司认为现在复合材料在民机上达到的水平。

 

一个便宜,但稍微重一点;另一个性能高了,但贵了很多。根据两者关系,空客公司定义到图中绿色的位置,减重10%,降低成本30%,全世界都在朝这个目标努力。

 

性能很重要,成本也很重要,因为产品归根结底要卖出去。于是应该分析一下复合材料的成本。尽管现在计算材料科学很热闹,但复合材料的性能不可能靠计算算出来,必须靠验证,材料这块成本考核验证达到35%,不可避免。很多人说复合材料太贵,我是做复合材料研究的,复合材料让个成本的5%给你,我把成本降到50%,整个系统里面只降了5%,你省了这5%几乎做不成事,因此材料成本也不算贵。贵在装配、铺层等等,因此分析了成本来源就会想到,为了使复合材料便宜,得往复合材料的设计和制造方向着眼,而不是光想着省材料的钱。

 

美国在80年代、90年代启动了一系列计划,想降低复合材料应用成本,最终目标是复合材料用量的提高一定是和降低成本联系在一块的。比如,复合材料用量达到60%,成本就要从现有水平下降十分之一的水平,这是美国的目标,这也是同行的参照。

 

既然从制造、设计上考虑这件事,就要考虑如何来做这件事情。这是当年某型机为减少装配、铺层、紧固件等,必须把11000个金属件减少到450个,600个复合材料零部件减少到200个,13万5千个紧固件减少到6000个,这样才能降低复合材料的成本,特别是零部件的成本。

 

设计和制造中,本来分离的零件通过装配要整体成型,从结构和材料上怎么走出这一步,怎么实现?又是下一步逻辑关系。所以出现了新的制造技术——复合材料液态成型。我先做一个复杂的纤维预制体,这个纤维体保证强度和刚度,然后通过真空成型方式把树脂吸进去,这有点儿类似铝合金的铸造。

 

液态成型给制造带来更大的灵活性,更低成本制造,但是它的性能就比不上预浸料复合材料了。又是同样的例子,要平衡复合材料制件的结构性能和可成型性之间的关系。到现在为止,全世界RTM复合材料都在追赶,看能不能达到预浸料复合材料的性能,这也是全世界复合材料技术领域共性的奋斗目标。(来源:互联网)

 

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