复合材料如何成为必需品


发布时间:

2025-11-05

复合材料曾经是各行各业和应用领域的众多材料选择之一,但现在情况已不再如此。

复合材料曾经是各行各业和应用领域的众多材料选择之一,但现在情况已不再如此。

与木材、铁、钢、铝和混凝土等传统材料相比,复合材料以及复合材料行业相对年轻。你可以将当前的复合材料制造时代追溯到20世纪50年代末,尽管直到20世纪90年代和21世纪初,该行业才真正开始成熟和发展。

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复合材料是新的、准各向同性的,甚至对一些工程师来说是“奇怪的”,如果传播者能够说服他们的客户给复合材料一个机会,尤其是通过在现有应用中取代传统材料,特别是如果该应用可能受益于轻质/高强度复合材料提供的性能,那么复合材料就会很早发展起来。

一个很好的例子:高尔夫球杆杆身,几十年来,它几乎完全由钢或铝制成。1969年,弗兰克·托马斯(Frank Thomas)开发了第一个碳纤维高尔夫球杆杆身,该杆身逐渐成为世界各地高尔夫球手的标准材料选择。这也引发了碳纤维在以传统材料为主的其他体育用品中的应用。想想网球拍、曲棍球棍、钓鱼竿和自行车。

即使在以使用复合材料而闻名的航空航天领域,增长也是渐进的,并且依赖于传统材料的替代。这导致了臭名昭著的“黑铝”一词——用来描述用碳纤维复合材料部件(黑色)代替铝部件的做法。

总之,在复合材料制造的早期,正如任何行业资深人士都会告诉你的那样,该行业及其支持者经常乞求应用,而不是选择。因此,设计效率低下、增量增长和时断时续是理所当然的,并被视为成长过程的一部分。通过这种方式,复合材料成为各种应用中的材料选择。

然后,在21世纪初,波音和空客实现了大跃进。双方都决定启动一项新的宽体飞机计划,分别为787和A350,该计划将以前所未有的规模在机翼、翼箱、机身、尾翼等主要结构中使用碳纤维复合材料。这是我们从未见过的铝替代品,似乎预示着商用飞机材料使用的范式转变。

大约在同一时期,风能行业开始进入现代时代,风力涡轮机叶片长度迅速增长,以满足快速增长的涡轮机功率容量的需求。复合材料迅速取代了叶片中的传统材料,叶片的强度和重量越来越大。

然而,在汽车等其他市场,复合材料的使用仍然依赖于钢和铝的增量替代。除风力涡轮机叶片外,复合材料在各种市场和应用中只是几种材料选择之一。

然而,这一切都在改变。在过去的五年里,我们看到了复合材料不仅仅是一种选择的应用的增长和诞生。他们是唯一的选择。不仅如此,我认为这些应用程序离不开复合材料。

1:先进的空中机动(AAM-Advanced air mobility)飞机即将进入空中出租车市场。这就是出生。服务于该市场的OEMS正在设计和生产全电动飞机,这些飞机要求100%致力于飞机轻量化,以最大限度地提高航程。复合材料是这里主要结构和转子叶片的唯一材料选择。

2:储氢。氢经济正迅速向高增长模式转变,给整个供应链带来了压力,特别是对用于氢气运输和车载储存的碳纤维压力容器的需求。同样,复合材料是这里唯一的材料选择。

3:风力叶片。复合材料的使用在这里并不新鲜,但重要的是要注意,风力叶片是世界上最大的碳纤维消费者(到目前为止)。随着叶片变长,对翼梁帽中碳纤维的需求只会增加。再一次,复合材料是这里唯一的选择。

4:航空航天/太空。787和A350使复合材料成为航空结构制造中事实上的首选材料。任何新飞机项目的问题都是在哪里以及如何使用复合材料,而不是是否使用复合材料。

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简而言之,复合材料慢慢从可选发展到必要。

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