摘 要
一元复始，万象更新！在新一年来临之际，小编谨代表中科院宁波材料所特种纤维事业部全体师生员工，恭祝大家新年快乐，万事如意，事业蒸蒸日上、身体健健康康。
作为新一年开篇文章，本文再次回到航空领域用碳纤维，随着中国C919、俄罗斯MC-21、巴西ERJ175等航空验证加速，以及远期C929、波音NMR、空客新一代飞机规划，未来碳纤维复合材料在航空领域的应用将持续呈现高增长趋势。
本文先简要介绍了未来几年各国航空飞机发展，随后详细介绍了欧洲空客公司提出的第三代航空机身用碳纤维复合材料特征及发展方案。
附：本公众号碳纤维在航空领域应用原创文章
《大国利器——碳纤维》《解析航空领域用碳纤维复合材料的验证》《深度解密国外民机军机用碳纤维的型号》《详细解密碳纤维复合材料在战斗机中的应用》《详解碳纤维在直升机系统结构中的应用》《图文解说高性能碳纤维在航空领域的应用》
《航空航天用碳纤维的发展及未来挑战》
《解析航空级碳纤维及其复合材料的完整链条》
《美国赫氏碳纤维在航空航天领域应用》
《东丽碳纤维在航空领域的应用》
《简述碳纤维在直升机领域中的应用》
《详解德国西格里碳素公司空天领域用碳纤维》
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未来几年各国航空飞机发展
未来几年，世界各国航空客机发展趋势如图1所示，未来将以中小型客机为主。年底，中国C919第六架机已经完成试飞，在图中统计飞机订单数C919为700余架，目前已经超过1000余架。
图1 未来各国客机发展趋势
相比较于国产C919，俄罗斯原定于推出的MC-21客机却命运多舛，底美国、日本联合下达出口禁令，不再对俄罗斯提供MC21客机机翼用“T800级碳纤维和环氧树脂”等复合材料，包括美国赫氏、日本东丽等在内的多家世界知名碳纤维厂停止向俄罗斯供应碳纤维。
而且禁令发布后，美国政府对航空复合材料公司和ORPE技术公司（两家MC-21客机零部件供应商）制裁。美日制裁正好发生在MC21即将进行适航认证的时候，一纸禁令不但会无限期延长MC-21适航认证周期，而且带来巨大经济损失。据悉目前俄罗斯库存复合材料仅能够生产6架客机。
上述事件彰显出高性能碳纤维在航空航天领域举足轻重的地位，也再次证明T800级及以上关键材料必须国产化才能避免“卡脖子”。
未来几年民机高速发展是碳纤维复合材料保持高速增长的一大主动力，以欧洲空客公司为例，碳纤维复合材料在民机中应用比例逐渐增加是大势所趋（图2）。
图2 欧洲空客飞机碳纤维复合材料用量
从上世纪八九十年代的空客A320到代的A350，碳纤维复合材料用量由10%提高到53%（图3）。
图3 欧洲空客A320与350飞机材料对比
在投产的全球客机史上最大、载客量最多的客机A380中，碳纤维复合材料用量虽然不足30%，但是其在飞机结构中应用领域非常广泛（图4）。
图4碳纤维在空客A380飞机中应用
据最新报道，欧洲空中客车公司将在全部停产A380，从图1中可以看出未来民机发展趋势是以乘坐人数规模较小的中型、小型飞机（尤其是＜250人），因此高运载量的宽体客机A380行将退出历史舞台。
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第三代航空用碳纤维复合材料
现阶段碳纤维复合材料存在一定缺点，如碳纤维/环氧树脂预浸料具有优异性能，但是其成型加工时需要大型热压罐等，因此成本较高；对于CF织物浇注成型结构件，与预浸料相比性能较低（图5）。
图5 现有碳纤维复合材料技术存在缺点
碳纤维增强PEEK、PEKK热塑性树脂基复合材料虽然性能优异，耐高温、可回收，但是无法生产大型结构件，只能生产飞机小型次级结构件。
由于现有技术存在或多或少缺陷，因此第三代航空用碳纤维复合材料呼之欲出，其以综合了高性能及功能性、经济性、可回收及再利用、工艺性的特点（图6）。
图6 碳纤维复合材料技术发展趋势
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第三代航空用碳纤维复合材料关键技术3.1 高性能及功能性
目前碳纤维复合材料主要特点在于其轻质高强的结构性能，若要开发其他功能如导电、阻尼降噪等，还需要进行后期特殊工艺处理，而未来在碳纤维复合材料加工过程中通过基体树脂、碳纤维等改性提高复合材料综合性能（图7）。
图7 碳纤维复合材料单一性能向多功能性发展
3.2 经济性
为了提升碳纤维复合材料经济性，主要有两大主要措施，一是减少测试评价周期，二是降低复合材料各组分（碳纤维、树脂、预浸料等）成本（图8）。
图8 碳纤维复合材料经济性解决方案
在降低各组分成本中，碳纤维主要方案包括采用成本更低的聚合物、寻找可再生资源如木质素生产前驱体原丝，另外就是采用成本更低的大丝束工业级碳纤维（图9）。
图9 从各组分设计降低复合材料成本
3.3 工艺性
从工艺上将降低成本的关键就是提高生产效率，比如采取新方法新工艺实现复合材料快速固化，在线进行无损检测等等（图10）。
图10提高碳纤维复合材料生产效率主要途径
3.4 可回收及再利用
对于可回收及再利用而言，减少原料残留、剩余原料再利用等不失为好方法，而其中有方案提出在TP注塑成型工艺中，若采用不上浆碳纤维，有助于后续回收再利用（图11）。
图11 实现碳纤维复合材料可回收途径
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