5月28日上午，芜湖芜宣机场，由芜湖中科飞机制造有限公司研发的TA-20型多用途涡桨教练机正式发布并完成首次公开飞行。这是全球第一款全碳纤维复合材料机体的高性能、多用途、智能化基础教练机。

其实，碳纤维复合材料因其强度高、重量轻的特点在航空航天领域的应用已经比比皆是，层见叠出。今天我们就一起来了解神奇的碳纤维材料。

一、碳纤维：21世纪的“新材料之王”和“黑黄金”

只有头发丝十分之一那么粗，比铝轻，却比钢还硬，这就是被称为“21世纪新材料之王”和“黑黄金”的碳纤维，是国民经济和国防建设不可或缺的战略性新材料。这种直径仅5-7微米的材料，由碳原子以六边形蜂窝状排列而成，强度可达钢材的5倍，重量却不足铝材的一半，一束筷子粗的T1000级碳纤维，足以拉动两架C919国产大飞机。这种特性使碳纤维及其复合材料成为航空航天领域的“国防战略性先进材料”。

二、碳纤维复合材料在航空航天领域的应用

1、航天领域

2020年5月，长征五号B运载火箭在文昌航天发射场点火升空。其中，火箭助推器的壳体表面就大量采用了碳纤维泡沫夹层结构材料，使其能够在高温高压下正常运作；碳纤维缠绕的燃料储罐可承受-183℃液氧和3500℃燃气的高低温交替考验。据悉，与应用金属材料相比，应用碳纤维可以减重50%左右；与普通复合材料相比，可以减重30%左右。

目前，由精细丝束碳纤维复合而成的材料已经广泛应用于人造卫星、固体火箭发动机壳体和战斗机材料领域。2024年4月15日印度空间研究组织（印度国家航天机构）宣称，其成功研发应用于火箭发动机的轻质碳纤维材料，可以有效减轻火箭发动机喷嘴67%的重量。

2、航空领域

文章开篇提到的由芜湖中科飞机制造有限公司研发的TA-20型多用途涡桨教练机就是碳纤维复合材料在航空领域应用的典型案例。TA-20摒弃了传统铝合金骨架，整个机体——从机翼、机身到垂尾——均由轻如羽毛、坚逾钢铁的碳纤维复合材料精心编织而成。碳纤维复合材料比铝合金轻约20%-30%，却拥有更卓越的比强度与比刚度。这为TA-20带来了更高的功重比，让它在同等动力下飞得更快、更远、更灵活。除此之外，碳纤维材料可实现大型复杂部件一体成型，大幅减少零件数量与连接点。这不仅提升了结构效率与气密性，更显著降低了制造复杂度与潜在故障点，为飞机的可靠性与维护性奠定了新基准。

作为我国首次按照国际通行适航标准自行研制、具有自主知识产权的喷气式干线客机，“大国重器”C919应用了多种先进的化工复合材料。C919是国内首个使用T800级碳纤维复合材料的民机型号。中复神鹰、光威复材等公司已经具备小批量生产相关类型产品的能力。

T800级碳纤维复合材料由增韧环氧树脂基体、增强纤维T800碳纤维制备而成，拉伸强度和拉伸模量较T300提高50%左右，也是目前国际上民机主承力结构应用最为广泛的复合材料。C919上受力较大的部件，如后机身和平垂尾等都使用了T800级碳纤维复合材料，机体结构向整体化、轻量化发展，达到国际同类飞机先进水平。

在战场上，战机每减轻1千克的重量，都意味着战机更高的机动性和飞行员更高的生存概率。目前，世界各大军事强国都在不遗余力地发展碳纤维在先进战机上的应用：从一开始在非重要部位使用碳纤维复合材料，到后来不断拓展，碳纤维复合材料在飞机上使用的比例越来越高。

据外媒报道，不久前，美国Boom超音速公司宣布XB-1超音速飞机在加利福尼亚州成功完成首次试飞。该飞机的大部分部件由碳纤维制成，凭借多种类型的碳纤维复合材料就能很大程度上满足飞机各个部件的性能需求。飞机在坚固、轻质的结构中实现复杂的空气动力学设计，在有效载荷和生存能力方面也实现了新的突破。

无人机在制造中使用碳纤维的比例同样非常高。美国的“捕食者”和“影子”无人机，对碳纤维等复合材料的应用比例甚至超过了90%。随着近年来无人机的飞速发展和战场地位作用的凸显，碳纤维复合材料正在迎来新的发展机遇。

3、节能减排

事实上，碳纤维的广泛应用，不仅带来了应用领域的“轻量化”，还带来了“节能减排”的附加效果。比如，空客A350广泛使用碳纤维用作飞机构件的材料，碳纤维在整个飞机的总含量占比超过了50%。这使得飞机的重量大大减轻，进而带来燃油量的降低，在降低运营成本的同时减少了碳排放。

三、国产碳纤维大有可为

2021年，我国首次成为全球最大的碳纤维生产国，2022年，国产碳纤维用量首次超越进口量。2023年5月，全球单体最大年产2.5万吨高性能碳纤维项目在西宁全面投产，随着国产化碳纤维大规模生产，曾经被进口限制推高的价格应声回落，受限于成本的需求大量释放。2021年9月，中复神鹰西宁万吨碳纤维基地投产。这是全球海拔最高的高性能碳纤维生产基地，可以生产包括T1000级碳纤维在内的全球强度最高的碳纤维产品。

据《科技日报》报道，中复神鹰碳纤维西宁有限公司的“中国强度”核心技术攻关青年团队开发的SYT50S-36K等碳纤维产品已占据国内氢能市场85%的份额。团队自主研发的T1000级碳纤维材料，强度达到全球顶尖水平，使我国成为全球掌握该生产技术的三个国家之一。

4月28日，中国石化上海石化年产3万吨大丝束碳纤维异地建设项目在内蒙古鄂尔多斯市正式开工建设。

项目将依托上海石化自有大丝束碳纤维专利技术以及内蒙古地区丰富的绿电资源，建设更节能高效的10条碳纤维生产线，预计2027年全部建成投产。该项目投产后可为风电、储能、低空产业等领域提供大丝束碳纤维材料，为新能源产业提供关键材料支撑，助力我国新材料产业升级发展。

我们有理由相信，在不久的未来，碳纤维编织的羽翼将会托起一个新的时代，助力人类探索苍穹的征程步履不停。

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