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碳纤维复合材料航空座椅应用分析


发布:admin 浏览:2028次

  座椅是汽车、高铁、飞机等交通工具中的安全部件,尽管其占车身总重量的比例较小,如汽车座椅质量仅占汽车车身重量的1.5%-2%,但作为乘员舱内最重要也是质量较大的部件之一,其为整车轻量化所能做出的贡献也是不容忽视的,特别是在运行成本昂贵的航空飞机中,这种轻量化的意义就更加明显了。例如根据英国一家民航飞机座椅生产商提供的数据可知,碳纤维复合材料座椅比普通的铝座椅轻35%,可使乘坐350人的波音747飞机减轻1吨的重量,而飞机每减轻一吨的重量,就能节省0.5吨的燃料,从长期看,这个数据还是非常可观的。


  汽车、高铁、飞机上的座椅在设计时必须满足安全、舒适、功能完善、造型美观等多项要求,在满足座椅传统性能要求的基础上,尽可能地降低座椅的重量,这是轻量化发展对座椅提出的基本要求。


  碳纤维复合材料座椅骨架的性能

  从目前的情况上看,碳纤维复合材料是替代钢、铝等传统金属材料制作座椅骨架的最佳材料之一。碳纤维以“质量轻、强度大”而闻名于新材料界,其密度在1.7g/cm3左右,仅是钢材料的五分之一,但是抗拉强度却在1700MPa以上,不仅如此,碳纤维还对酸碱盐的等化学物质都有很好耐受能力,不用担心腐蚀、生锈的问题,抗冲击吸振能力也很强,因此,很适合用来替代金属材料来制作座椅骨架。据一家拥有多年航空碳纤维部件开发制造经验的无锡威盛新材料科技有限公司提供的数据可知,用碳纤维复合材料制作的座椅骨架比同尺寸的钢制骨架能减重50%以上,比铝合金骨架也能减重30%左右。


  使用碳纤维复合材料制作座椅骨架主要要从静态强度、刚度、动态冲击和疲劳强度这几个方面是检验和衡量其安全性能。除此之外,由于座椅应用的空间环境具有特殊性,因此,座椅的制作材料是否具有阻燃性也是测试和评判的重要标准。因为事故死亡率中主因之一就是交通工具发生事故或者碰撞时,乘员因吸入了有毒有害气体致死,如果车内部件材料在遇明火后能做到阻燃低烟低毒,则将很大程度地提升了乘客的人身安全。不同的交通工具都有各自具体的防火测试标准,例如无锡威盛新材料科技有限公司为为南方某轨道交通企业研制的碳纤维座椅骨架就是以英国BS6853轨道车辆材料防火测试标准为依据的,能保证座椅骨架在暴露于火源时对热量、烟及毒气总量等级达到可接受范围。


  碳纤维复合材料座椅骨架的成型

  应用于航空、汽车、高铁中的座椅需要规格一致、性能稳定的量化型制造技术。除了手糊袋压成型、真空导入等工艺外,用热压罐固化成型的方法正被积极尝试应用。


  热压罐的工艺流程是将预浸料逐层铺贴于模具上,形成零件叠层,然后经热压罐加压加热固化成型。使用该材料时,在操作过程中不易出现纤维的滑动和弯曲现象,纤维方向的一致性和准直度可以得到较好的控制。由于使用半成品的预浸料,可以连续铺贴,提高了速度,因而取代了以往重复交替的纤维和树脂的逐层铺贴工序,使得生产效率大为提高。根据制品的不同,预浸料成型工艺的产量一般在几千到几万件之间,非常适合于座椅骨架这类批量化碳纤维产品的生产。


  此外,在热压罐压力的作用下,产品可以实现较高的纤维含量而得到较高的力学性能,其产品的致密性更高,其强度性能也更好,用这种方法制作的座椅骨架更符合航空、汽车、高铁等特殊运行环境下的高要求。


  从实验数据到市场应用情况看,使用碳纤维复合材料制作航空、汽车、高铁中的座椅骨架,不仅可以实现轻量化目标,节省能源消耗,更能有效提升座椅的安全性能,值得在更大的范围内进行推广使用。


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