碳纤维复合材料在民用航空上的应用
前言
年－月，作者在美国北卡罗来纳2002 1011 州首府洛利（，）参加了年世界Raleigh NC
2002 碳纤维会（Global Outlook for Carbon Fiber ），碳纤维复合材料在民用航空上的应用也2002是其中议题之一，美国波音公司的 SCOTT
在会上还就此作了专题报告KRAJCA [1-2]
。会后参观、访问了北卡罗来纳大学国家纺织实验室（，State Textile Laboratory North Carolina State ）和University 土木工程系，阿拉巴马大学材料工程系（Department ，of Materials Engineering University ），of Alabama 乔治亚理工大学复合材料教育研究中心（Compo-site Education and Research ，）、材Center Georgia University of Technology 料科学与工程系和机械工程系等，与有关教授、专家和学者，讨论、交换对碳纤维、复合材料与先进材料技术现状、应用与发展的看法，有很大收获。本文简要介绍碳纤维复合材料在民用航空工业上的应用，包括：从年代至今复合材料 1960在世界上大型客机上的应用、当前最先进和超大型客机的代表，美国波音公司和欧洲空中 B777 客车公司飞机上复合材料使用情况以及 A380-800 国外对复合材料在民用航空上应用的看法等，供有关领导和专家们参考。
先进复合材料具有高比强度、高比模量等优点，在飞机上采用先进复合材料可以大幅度减轻机体结构质量、改善气动弹性，提高飞机的综合性能，因此先进复合材料在飞机上的应用不断得到扩大。根据美国复合材料制造商协会统计，年世界上飞机生产对碳纤维的需求量约为2001 －。
900 1 000t 从大型民用飞机发展来看，美国波音公司第一代大型民用客机上没有采用复合材料， B707 复合材料的用量为。第二代上复合材料的
B747 用量为％－，已经有了明显的增长。 23%B757和属于第三代大型客机，复合材料的用量 B767 增加到％－。波音公司最新的第四代 35% B777 大型客机，采用复合材料达到－，占该机结构
89t 质量的左右。欧洲空中客车公司生产的超大 9% 型客机可搭乘名旅客，起飞质量 A380-800 555 ，复合材料的用量高达。
56t
25%从年飞机到年客 1960 DC-9 2004 A380-800 机，复合材料在大型民用飞机上的用量根据美国宇航局（）哈里斯（，）和夏特NASA Harris C.E.（，）的统计详见表。
Shuart M.J. 1由表对复合材料在民用飞机上的应用可得 1 出如下结论：
⑴世界上最大、最有影响生产大型民用飞机 公司主要有美国波音公司、美国麦克唐纳?道格拉斯公司（简称麦道公司）、美国洛克希德公司碳纤维复合材料在民用航空上的应用
赵稼祥
（航天材料及工艺研究所，北京）
100076摘要 ： 本文介绍碳纤维复合材料在民用航空上的应用，包括碳纤维复合材料在民用飞机上的应用、在和
B777 客机上复合材料采用情况以及国外对民用航空上应用复合材料的看法。A380-800 关键词： 碳纤维；复合材料；民用航空；飞机中图分类号： V258+.5
文献标识码： A 文章编号
： （）1007-9815200303-0001-04
- 2 -
高科技纤维与应用第二十八卷
兼并，洛克希德公司已退出民用飞机市场，因此，复合材料在民用飞机上的应用，实际上就是看美国波音公司和欧洲空中客车公司在大型民用飞机生产中采用复合材料的水平。
⑵ 复
合材料在大型民用飞机上的应用不断扩大。随科学技术的发展，复合材料在大型民用飞机上的用量不断增长，从年的用量不足 1960 DC9 ，年代逐步增长到的左右，而1%1980 A310 10% 到年复合材料在的用量高达。 2003 A380 25%⑶复合材料在大型民用飞机上的应用已接近 在先进军用飞机上的应用水平。是当前美国F22 最先进的军用飞机之一，复合材料的用量在 26% 左右。而年欧洲空中客车公司生产的
2003 A380 超大型客机，复合材料的用量也高达，表明 25%复合材料在先进军用飞机和先进的大型民用客机上的用量已相当。
⑷欧洲在大型民用飞机上采用先进复合材料
量已大大高于美国。从表可明显地看出，欧洲 1 空中客车公司生产的大型民用飞机，其复合材料的应用程度比美国要高得多。欧洲空中客车公司在年生产的，复合材料的用量已经1985 A300-600达到－，该公司生产的、、 5%6%
A320A321等复合材料的用量都达到或超过，而A322
15%
高达。美国波音公司在年生产的A380 25% 1990 ，复合材料的用量仅为，年生B747-400 ~2%1995 产的是美国波音公司生产的大型民用飞机中B777 采用复合材料最高的，复合材料的用量也只有，远远低于同时期欧洲空中客车公司生产大~9%型民用飞机复合材料的采用量。
复合材料在美国波音公司飞２ Ｂ７７７机上的应用
美国波音公司的客机应用复合材料的 B777 比例达到，是该公司应用复合材料比例最高 9%的民机机种，在客机上，先进复合材料主 B777 要应用在飞机尾翼、襟翼、副翼、天线罩、整流罩、短舱和地板梁等构件，具体包括：
⑴垂直安定面翼盒；
⑵平尾翼盒； ⑶方向舵； ⑷升降舵； ⑸前后缘壁板； ⑹地板梁根； 70 ⑺外侧副翼；
⑻外侧襟翼；
⑼襟翼； ⑽襟副翼； ⑾整流包皮； ⑿内外侧扰流板； ⒀后缘壁板； ⒁发动机短舱；
⒂发动机支架整流罩； ⒃前起落架舱门；
⒄机身下主起落架舱门； ⒅固定前缘；
表复合材料在民用飞机上的应用
1 年份
型号
复合材料用量
（）%备注
1960DC-9＜＼1麦道公司
1968B747－23波音公司1971DC-10＜＼1麦道公司1974L1011~1洛克希德公司1980MD80~1麦道公司1982B757－34波音公司1983B767－45波音公司1984B737~1波音公司1985A300-600－56空中客车公司1986A310~10空中客车公司1989A320~15空中客车公司1990B747-400~2波音公司1991A340~13空中客车公司1992MD11－45麦道公司1993A330~13空中客车公司1994A321~15空中客车公司1995B777~9波音公司1997A322－1516空中客车公司2004A380
~25
空中客车公司
第三期赵稼祥：碳纤维复合材料在民用航空上的应用
- 3 -⒆雷达天线罩等。
美国波音公司制备碳纤维复合材料的原材料主要采用日本东丽公司的产品，包括：高
T800H 强中模碳纤维、增韧环氧树脂等，用3900-2 高强中模碳纤维增强增韧环氧树脂T800H 3900-2 的复合材料，用于制造的主 T800H/3900-2 B777 承力构件。玻璃纤维增强环氧树脂用于制作S-2 雷达天线罩。玻璃纤维和碳纤维混杂增强环氧树脂用作机身下主起落架舱门和固定前缘。
美国波音公司认为在波音系列客机中可以进一步采用碳纤维复合材料的主要有：机翼结构与蒙皮、机身（前、后、中）及其蒙皮、压力舱等。是否在下一代新机种上采用碳纤维复合材料要有一系列因素决定，减重绝对不是唯一决定因素，成本才是重要因素，性能和价格要统一考虑。这里必须指出，性能和价格除了通常人们所说的飞机速度、航程、载重等以及原材料价格、制造成本、设备与折旧、工资等等外，还要包括操作性能与费用、维护与费用、市场与销售费用
等，所有因素统一折衷平衡。所以全面的性能价/格比才是决定因素。
为了促进复合材料在民用客机上的应用，一是要降低碳纤维复合材料成本；二是提高碳纤维复合材料制备效率；三是改进大型复合材料构件制备工艺技术。
复合材料在欧洲空中客车公司
３ 飞机上的应用
Ａ３８０－８００［３］
正在建造中的欧洲空中客车公司飞 A380-800 机长、高、翼展，在最经济 73m 24.1m
79.8m 有效的 0.89M 飞行速度下，航程× 1.410
。km 它是民航飞机中最先进、最具代表性、也是采用复合材料比例最高的机种。飞机中先进维复A380-800 合材料用量高达－，主要是碳环氧复合材 3035t /料，也包括（玻璃纤维增强铝）和玻纤 GLARE /环氧。此外，还有玻纤酚醛复合材料，用于 30t /飞机的内装修。
飞机复合材料构件分别由空中客车A380-800 各分公司和合作伙伴完成。空中客车法国分公司
制造中机身，包括中翼盒、机头和驾驶舱。BAE 系统公司生产主机翼段。空中客车德国分公司制造机身、前、后机翼（包括玻璃纤维增强铝的组装）、垂直尾翼和后压力舱壁等。GLARE 空中客车西班牙分公司制造后机身、水平安定面、腹部整流装置、方向舵和升降舵等。一些复合材料次承力构件由欧洲、美国和日本等国转包合同公司承担。第一架的制造生产始于
A380-800 年月日，将最后于年在法国吐鲁
2002 1 23 2004 兹（）组装。的首飞亦将于Toulouse A380-800 年实施。
2004 飞机复合材料构件的尺寸与其他同A380-800 类飞机相比，无论长度或厚度都超过倍，除了 1 常规手工铺层压力釜工艺外，飞机上采/A380-800 用一系列复合材料先进制备技术，包括：先进纤维铺放技术（）、预浸带自动铺层技术（AFP ）、树脂膜浸渗技术（）、树脂传递模ATL RFI 技术（）、拉挤（）和热塑性树RTM Pultrusion 脂成型焊接技术。飞机上采用的碳纤/A380-800 维、预浸料、树脂等原材料详见表。
2在民用飞机上应用复合材料的看４ 法
总结归纳国外在民用飞机上应用复合材料的经验和教训，可得到以下的看法：
⑴复合材料可有效降低飞机结构质量，改进 性能，因而随着飞机设计的改进和复合材料技术的进步，复合材料在民用飞机上的应用比例在不
断扩大。
⑵复合材料当前价格相应较高，因此，复合 材料在民用飞机上的应用比例不是越高越好，存在价格性能比问题。目前，应用复合材料比例最/高的民机是欧洲空中客车公司飞机，复 A380-800 合材料用量占结构质量的。以当前复合材料 25%的原材料价格和工艺技术水平来看，在民用飞机上的用量不宜超过此比例。
⑶为了降低复合材料的价格，研究低成本复 合材料技术对新一代的民用飞机非常必要，包括：低成本碳纤维制备技术、低成本复合材料制
4
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高科技纤维与应用第二十八卷
备和成型技术等。
⑷碳纤维、碳布、预浸料和基体树脂等复合 材料的原材料一方面要求降低价格，另方面还要求保证必要的性能，不能用牺牲性能来换取价格的降低。必须从生产规模、技术方案、技术路线、产品质量等方面改进、提高，从而达到降低价格的目的。
⑸提高复合材料构件制备质量与效率十分关 键，传统的手工铺层压力釜工艺，生产周期长、/质量以难以保证。采用复合材料制备新技术，达到缩短生产周期、提高生产效率、减少废品、提
高质量，对扩大复合材料在民用飞机上的应用极为重要。
⑹民用航空工业是全球性的，因此，复合材 料和碳纤维等也必然是全球性的。要着眼世界，从世界范围内考虑复合材料在民用飞机上的应用问题。
参考文献：
（下转页）
35 表欧洲空中客车公司飞机上采用的碳纤维及复合材料原材料
2 A380材料
用途
生产单位
备注
碳纤维T800S 用于制备中模碳纤维复合材料
构件，包括水平安定面、垂直安定面，中翼盒等
日本东丽公司(TORAY)24K 碳纤维IM600日本东邦公司
(TOHO)24K
Hexply M21碳纤维预浸料用高强中模碳纤维处，制备包括水平安定面和垂直安定面蒙皮，中翼盒等
美国赫克塞尔（）公司HEXCEL 是第三代M21增韧树脂Hexply 8552/AS4碳纤维预浸料带用自动纤维铺层法制备后机身蒙皮
美国赫克塞尔（）公司HEXCEL 是℃Hexply 8552180固化的高韧树脂Hexply 6376环氧预浸料制备拉挤桁条、垂直安定面加强条等美国赫克塞尔（）公司HEXCEL 用东邦公司碳HTA 纤维Hexply 250酚醛预浸料机舱内壁板美国赫克塞尔（）公司HEXCEL 阻燃自熄Hexply 913预浸料用作腹部整流装置美国赫克塞尔（）公司HEXCEL 用℃Hexply 913120低温固化的树脂无皱碳布NC2 制备中翼盒中梁等美国赫克塞尔公司(HEXCEL)用新缝纫工艺NC2使碳布定位Saertex
无皱多向碳布后压力舱壁
美国苏泰克公司(CYTEC)用树脂膜工艺制备CYCOM 977-2增韧环氧树脂用于制备水平安定面和垂直安定面蒙皮，中翼盒等美国苏泰克公司(CYTEC)用于制备主承力构件
CYCOM 997环氧树脂制备后机身蒙皮、发动机舱等美国苏泰克公司(CYTEC)高玻璃化转变温度℃ =210CYCOM 919环氧树脂用作腹部整流装置美国苏泰克公司(CYTEC)℃低温固化的121树脂CYCOM 799H 酚醛树脂机舱内壁板美国苏泰克公司(CYTEC)阻燃自熄
粘结膜
FM-300用于复合材料粘结
美国苏泰克公司
(CYTEC)T g
第三期李龙：橡胶基复合材料用骨架材料的分析
- 35 -结性能的研究西安工程科技学院学报
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Skeleton materials used for rubber based composites
LI Long
(College of Textile & Materials, Xi'an University of Engineering Science and Technology, Xi'an 710048, China)
Abstract: The load characteristic and the property of skeleton material for tire and adhesive property between rubber and skeleton materials were reviewed in this paper.Key words:
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（上接页）
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Actuality and application prospect of PPTA-Pulp
WANG Shu-zhong
(Shanghai E.J Science Co.,Ltd, Shanghai 200052, China)
Abstract: This paper introduces actuality and development of PPTA-Pulp, also, it gives a brief 、descriptions of the processing methods properties and application.Key words: PPTA-Pulp; r einforced composites; application