{首页主词},&

復合材料在航空航天領域的應用市場分析及預測

2018-06-15 11:02:06 作者：本網整理來源：材料十分享至：

何謂復合材料？

所謂復合材料，即由有機高分子、無機非金屬或金屬等幾種不同物理、化學性質的材料，通過復合工藝，以微觀、細觀或宏觀等不同的結構尺度與層次，經過復雜的空間組合而形成的新的材料系統。復合材料不是不同材料的簡單混合，而是借由材料設計技術使得原來多種材料的組分性能實現關聯與互補，從而獲取到更優越的性能。新的復合材料既保留原組成材料的重要特色，又通過復合效應獲得原組分所不具備的性能。

復合材料的特征和優勢

a）比強度和比模量高這是復合材料最突出的優點。如高模量碳纖維復合材料的比強度為鋼的5倍，鋁合金的4倍，鈦合金的3.5倍以上，其比模量為鋼、鋁、鈦的4倍甚至更高。

b）耐疲勞性能好常用的碳纖維增強復合材料的疲勞極限是其抗拉強度的70%-80%，而大多數金屬材料僅為30%-50%。復合材料中纖維與基體界面能阻止裂紋的擴展，其疲勞破壞總是從纖維的薄弱環節開始，逐漸擴展到界面上，破壞前有明顯的征兆。

c）減震性能好復合材料結構件的自振頻率高，同時復合材料中高韌性的樹脂和橡膠基體具有顯著的振動阻尼特性，因而復合材料有很強的吸振能力。

d）各向異性及性能可設計性纖維復合材料的性能與纖維的排列方向、鋪層次序和層數，以及成型方式有關，因此可根據結構件的載荷分布及使用條件的不同，選取相應的鋪層設計和成型方式來滿足預定的要求，實現構件的優化設計。

e）減磨、耐磨、自潤滑性好可用于制作耐磨構件。

f）熱膨脹系數小冷熱交變時尺寸穩定性好。

g）材料與結構的同一性復合材料可實現制品的一次成型，適合于大面積、結構形式復雜構件的精確整體成型，具有良好的工藝性。

因此，復合材料是飛行器的理想用材，飛行器是對重量十分敏感的結構：

而復合材料與普通材料相比，比強度、比剛度和密度都有明顯的優勢：

航天航空領域對產品的穩定性、重量、工作溫度、阻燃性和強度有極高的要求。思瑞安復合材料AIREX?, BALTEK?系列產品有著顯著減重、總營運成本低、卓越的機械強度、卓越的保溫隔熱性能、易于加工、雷達透波性等優點，在太空領域具有極大的優勢。

復合材料常見種類

在航空航天領域中，目前較為常見的復合材料包括樹脂基復合材料、金屬基復合材料、陶瓷基復合材料和碳復合材料等幾個大類，并且仍然在不斷的擴充之中。

其中樹脂基復合材料以樹脂作為基體，以連續纖維作為增強材料復合而成，其密度約為鋼的20%，為鋁合金的一半，并且比強度和比模量要遠超二者。常見的樹脂基復合材料主要指碳纖維復合材料，其中環氧樹脂基碳纖維復合材料為典型代表。環氧樹脂基碳纖維在實際應用環境中表現出良好的綜合性能，并且在經濟層面上同樣狀態良好。為了提升樹脂基復合材料的使用性能，在環氧的基礎之上，進一步研發除了雙馬來亞胺基和耐高溫聚酰亞胺基等符合材料，推動了該材料系列的整體發展，并且在多個領域都得到了廣泛應用，其中既包括規模較大的整體厚壁板、加筋壁板、雙曲度加筋壁板、骨架和蒙皮的整體結構等，也包括各種復合材料管材和旋轉體構件，如火箭發動機殼體、雷達罩等，并且在機械化程度要求高的小型制件等方面同樣有所應用。

在金屬基復合材料方面，在航空航天領域涉及到的主要是指以Al、Mg、Ti等輕金屬作為基體，以高強度的第二相為增強體的復合材料制成。這一類的材料在導電、導熱、耐高溫方面表現良好，并且具有橫向性能、低消耗并且易于加工的特點。尤其是纖維增強鈦基復合材料，是先進航空承力部件的候選材料，并且碳化硅纖維增強的鈦基復合材料也因為其良好的比剛度和比強度，在壓氣機的多個組件上得到了廣泛應用。

對于陶瓷基復合材料而言，復合技術使得陶瓷材料的韌性得到改善，同時在強度和模量等方面也有顯著提升。當前連續纖維增強陶瓷基復合材料以其良好的密度表現，以及較高的比模量和比強度，成為未來航天科技發展的重要支撐材料。此種材料在熱機械性能和抗熱振沖擊方面同樣有著良好表現，也因此具有更高的斷裂韌性及斷裂功、完全的非脆性破壞形式、優異的耐燒蝕性能或者絕熱性能。

最后，在碳復合材料則是以碳作為基體，由碳纖維或者相關制品增強的材料，其具有碳本身的惰性和碳纖維的高強度特征，并且在熱膨脹系數方面表現良好，熱導率較低且抗熱沖擊性能好，耐腐蝕、耐含固體微粒的燃氣侵蝕等性能特征，密度小并且在比強度和比彈性模量方面就有優勢。這些特征都決定了其在航空航天領域中必然會有更為廣泛的應用。

復合材料在航空航天中應用市場全球預測

根據《2022年前航空航天材料市場的全球預測》市場研究報告顯示：全球航空航天材料市場預計到2022年將達到258億美元，其種復合材料是最周歡迎的航空航天材料。

商用航空旅客運輸在未來幾年持續的高需求，將促進航空制造業發展，這也將進一步推動航空航天制造領域對材料的需求持續增長。由于對全球的飛行器零部件制造商對航空航天材料的高需求，亞太、歐洲和北美地區的對航空航天材料的需求正在持續走高。

復合材料是最受歡迎航空航天材料類型

復合材料是繼鋁合金材料后，使用最廣泛的航空航天材料。復合材料是由兩種或多種不同的材料結合在一起，融合每種組分材料優異性能而形成的。其中一種組分是基體材料，通常為樹脂或陶瓷，另一種組分是增強材料，通常為纖維。航空航天領域中廣泛使用的復合材料與傳統材料相比具有多項優勢，如重量輕、生產效率高、揮發性有機化合物排放量較低、耐腐蝕性更好等等。

隨著新一代航空航天飛行器，特別是如波音787、空客A350等民用客機的需求日益增多以及環保問題的日益突出，復合材料成為解決上述問題較好的解決方案，這也為制造業提供了巨大的發展機遇。

商用和通用航空是航空航天材料市場增長最快的部分

商用和通用航空領域預計會在2017年至2022年引領航空航天材料市場的增長。這一領域主要涉及高資產凈值個人使用的私人飛機或商旅過程中使用的包機，它也是繼軍民用航空領域之后的第二大航空航天材料消費領域。該領域呈現增長的主要原因是新興地區高資產凈值個人數量的增加，以及亞太和中東地區公務機的需求增長。根據霍尼韋爾公司和龐巴迪公司的市場預測，到2024年，全球范圍內預計將會增加約9300架公務機，總價值近2700億美元。因此，飛機交付數量的增加也將進一步推動航空航天材料這一細分市場的增長。

亞太地區將成為未來增長最快的航空航天材料市場

按照總價值計算，亞太地區預計將是航空航天材料市場增長最快的區域，預計在未來幾年內，其增速將引領航空航天材料市場。中國、日本和印度等位于亞太地區的國家，將會在航空航天領域持續布局，航空航天材料市場也將隨之見證顯著增長。這一增長可歸因于在該地區不斷發展的航空航天工業，這增加了整個亞太地區對航空航天材料的需求。日本和印度正分別以原材料獲取的便利性和低廉的勞動力成本，大力吸引投資者建設生產設施。