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航空复合材料行业分析:航空工业中复合材料的使用量正在不断地增加

2022年12月06日

  国际标准化组织曾在塑料名词术语的定义中,把复合材料定义为:“由两种以上物理和化学上不同的物质组合起来而得到的一种多项体系。”由此可见,复合材料应该是多项体系;而且它们的组合必须有复合效果。

  复合材料的含义有两种:广义的指由两个或多个物理相组成的固体材料。例如:纤维增强聚合物、钢筋混凝土、石棉水泥板、橡胶制品、三合板等。狭义的指用高性能玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维等增强的塑料、金属和陶瓷材料。

  目前航空航天工业仍专注于高速的航空结构制造,某些类型的飞机——如公务机、通勤喷气机,将以较低的产量制造,这类飞机可以从更有效地使用复合材料过程中受益。

  复合材料的应用范围限于尾翼、鸭翼等次承力结构上,用量占结构重量的比例在10%以下;在新一代军机上,复合材料主要应用在机翼、鸭翼、尾翼、垂尾、中机身壁板、腹鳍、武器舱门等处,用量达到结构重量的约19%。预计随着相关复合材料和结构材料技术的突破,未来国产军机将在机翼、机身等主承力结构上更多地采用复合材料,用量占比将提高到25%左右。

  自20世纪70年代后,航空工业中复合材料的使用量正在不断地增加。制造飞机结构的传统材料包括铝、钢和钛。复合材料的主要好处是减轻的重量和较简单的装配。性能优势和减轻飞机结构重量是军用飞机复合材料发展的主要推动力。虽然商用飞机正日渐关注燃油经济性,但是复合材料发展的主要推动力是不断减少生产和维护成本。复合材料也用于替换老旧飞机上的金属部件。

  目前在国内的航空复材零部件生产过程中,铺叠环节高度依赖于手工作业,操作风险较高,材料利用率较低,且无法应用于超大部件。目前国内的自动铺丝铺带设备的应用较少,相比国外复材零部件的自动化水平偏低。

  据杭州中经智盛市场研究有限公司发布的《2022-2026年航空复合材料行业现状调研与发展前景研究报告》显示:复合材料是指由两种或两种以上具有不同物理、化学性质的材料,以微观、介观或宏观等不同的结构尺度与层次,经过复杂的空间组合而形成的新型材料。目前,航空复材零部件制造业所使用的复合材料主要为碳纤维增强的树脂基复合材料。

   航空复合材料是由多种材料层面组合而成的,在冷热不均的环境中,各个组成材料之间的温度承受度不同很容易引起部件损坏等情况的发生,因此随着复合材料在通用航空中应用的增加,航空复合材料维修市场已形成一定规模。

   从发展潜力来看,航空复合材料的发展是研制生产航空产品的物质保障,针对现有复合材料,相关维修技术仍在不断发展,新的维修技术能让现有复合材料的维修更为快捷,设计更加合理;同时,随着新的航空复合材料的问世,相应的复合材料维修技术也将不断推出;另外,随着中国C919等大飞机的量产,更多的航空复合材料维修本土化需求将被释放。

   复合材料占单机重量的50%以上,它们也代表着复合材料在主承力结构中应用的里程碑。然而,对这两型飞机的需求的不足抑制了市场对用于制造飞机的复合材料——包括纤维、树脂、胶粘剂等材料的需求。此外,由于航空复合材料供应链相对比较集中,因此对于需求端的这种变化非常敏感。在这种现实条件下,新冠疫情爆发对服务于航空复合材料行业的材料供应商和制造商来说充满挑战。

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