從 787 聊聊飛機復合材料 zund XL-1200-See-Through-Foil台中雷射雕刻 @ 劉婷婷焦點新聞熱搜

這 787 與眾不同的地方是大量使用先進的復合材料，連機身都用的是復合材料，大約結構重量的一半是復合材料。相比之下，757 飛機這個比例大約是 7%，777 大約是 11%。757 咱修了不少，感覺沒有達到 7% 的比例。傳統飛機用的是鋁合金結構機身。

　　復合材料的定義是很廣泛的，飛機上使用的復合材料主要是指碳（石墨）纖維、玻璃纖維、凱夫拉纖維和樹脂做成的。以碳纖維復合材料為例，在同等質量條件下，其強度是鋁合金的 7 倍。使用復合材料的好處主要就從這里來的。既然復合材料又輕又結實，那用復合材料的飛機就更輕，能載更多的客貨了。鋁合金容易腐蝕，飛機飛的時間長了還有疲勞問題，會出現疲勞裂紋。但復合材料就不然，它不腐蝕，也不疲勞。這帶來的好處就多了去了。傳統飛機大修時，飛機廁所、廚房、前后貨艙下面的地板梁，經常腐蝕得白花花的。用復合材料就不怕腐蝕了。這 787，機身都用復合材料制造，強度遠高于鋁合金機身，因此，787 客艙的舷窗可以開的更大，客艙里的氣壓和濕度也可以升高。金屬飛機客艙里的氣壓相當于海拔 2,400 米的氣壓，氣壓再高，就太接近機身結構的安全限了。很多人坐飛機時會覺得機艙里空氣太干燥，這可是故意的，太濕潤旅客覺得舒服，機身就受不了，要腐蝕了。復合材料部件可以把形狀做的很大，很復雜，相對來說還是比較容易的。因為使用復合材料，787 減少了 1,500 個鈑金件，40,000 到 50,000 顆鉚釘。

　　復合材料是代表，是方向。復材是設計出來的材料，即科研人員用已知性能的材料：纖維和樹脂，用不同的排列組合指向，計算出來，然后變計算為現實材料的。讓它在某個或某幾個希望的方向上力學性能好，而在其他不那么重要的方向上性能做些妥協。典型的例子，復材在纖維方向上結實，纖維或纖維布鋪層時改變方向，可以做到平面/曲面上其他方向上也結實。但在纖維布的層間力量還是差，垂直方向很容易分層。但這是可以容忍的缺點。什么材料沒弱點呢？鋁合金好，但容易腐蝕；鈦合金好，但貴還容易裂紋。

　　個人感覺 787 修理的時候，航空公司就開始做惡夢了，飛機維修公司就笑逐顏開了。比如說修發動機風扇機匣整流罩時，可以把它拆下來送到復合材料車間去修，不太嚴重的損傷就直接在原位修理了。修理時首先要把損傷的碳纖維層打磨掉，打磨掉了幾層纖維，就要按原來纖維布的鋪層方向修補幾層。所以損傷部位后要打磨成圓形或橢圓形的（理想狀態），中間低，一層比一層擴大半英寸的斜面。這可是技術活，復合材料部件上一層碳纖維布也就 0.01 英寸，修三層，0.03 英寸厚，你要把它打磨成 1.5 英寸寬的斜面，還要分清楚每一層纖維布的鋪層方向！（英寸換毫米？1 英寸=25.4 毫米，您來做算術）一家飛機修理公司也就只有幾個人能把這活做得漂亮。愿為修理重要的一點，就是一定要保證，打磨的時候，絕對不能讓石墨纖維亂飛，所以在工作之前必須用塑料布搭個嚴嚴實實的帳篷，才能開工。否則石墨纖維飛到燃油流量控制器等電子器件里，那就災難了，石墨纖維可是導電的！

　　飛機上用的碳纖維，準確說是石墨纖維，制造過程說起來是簡單的（其簡單僅限于說說而已），原料是 PAN（polyacrylonitrile）纖維，一種人造絲。先把人造絲在 200 到 300 攝氏度的環境里氧化、固化 1 小時。然后再到 1,200 攝氏度的環境里碳化 1 到 2 分鐘。在 2,000 到 3,000 攝氏度溫度下1到2分鐘這時發生石墨化反應，這才得到高強度，高模量的石墨纖維。碳化反應產生的是無序的結構，而在石墨化反應中，除去了材料中的氫、氮、氧等其他元素，只留下了有序排列的碳鏈，這樣就得到了高密度高模量的石墨纖維。石墨纖維還要再氧化處理一下，目的是為了提高與樹脂的粘接性能。

　　纖維做出來后，然后紡成比如說 3,000 根一股（叫 3K），在編織成石墨纖維布，平紋的，或者絨布的等等，都是紡織專業名詞。順便給出一個數量級的概念，這些飛機上用的玩藝有多貴呢？玻璃纖維布 0.75-7 美元/磅；卡夫拉纖維布 12-20 美元/磅；碳纖維布 12-100 美元/磅。也別對這些價格太認真。美國沒有得次貸感冒的時候，這些東西有價無貨；得了兩場大感冒后，行情就另說了。

　　石墨除了在工業上應用廣泛，在軍事上也是很厲害的—石墨炸彈 BLU-114/B！海灣戰爭中，美軍的石墨炸彈癱瘓了伊拉克 85% 的電力供應；接下來在科索沃戰爭中，又摧毀了塞爾維亞 70% 的電力基礎設施。怎么整的？一顆石墨炸彈里有很多小炸彈，小炸彈筒里裝了很多超細的，經過化學處理的石墨纖維束，我猜想為了達到更好的破壞效果，石墨纖維束應該是長短不一的。可能也用不著，一炸開，纖維就長短不一了。石墨炸彈在變電所，變壓器跟前爆炸，炸出極多的石墨纖維，搭到哪里，哪里就形成導電通路，然后石墨纖維受熱蒸發，形成電弧……，想像一下！金屬做的供電設施哪里受的了這般連燒帶炸得折騰，Game Over了，修都沒法修！
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無論是碳纖維板材還是其他複合材料，產品的後加工品質，一直以來都是製造廠爭取客戶訂單的關鍵

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