熱塑性復(fù)合材料在航空航天中的應(yīng)用

謝海洋　黃風(fēng)美

摘 要：現(xiàn)如今，熱塑性化合物在航空航天工業(yè)得到了不斷地進(jìn)步。熱塑性化合物有較大強(qiáng)度、相對設(shè)計自由度也較高，總之具有較多優(yōu)點。在本文中，伯明翰阿拉巴馬大學(xué)（UAB）對航空航天應(yīng)用的離散或連續(xù)碳纖維材料進(jìn)行研究，主要用于蓋板和結(jié)構(gòu)載荷元件。描述最近的研究使用的方法包括擠壓壓縮，可變截面板和真空成型，這顯著縮短了制造時間。纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料具有韌性，成型周期短和可回收性的優(yōu)點，其加工形狀也有其自身的特點。隨著制造能力的提高和制造技術(shù)的出現(xiàn)，熱塑性化合物的成本最終得以解決，其應(yīng)用前景十分廣闊。

關(guān)鍵詞：熱塑性復(fù)合材料;航空航天;應(yīng)用

熱塑性復(fù)合材料與結(jié)構(gòu)的熱塑性聚合物的不連續(xù)的增強(qiáng)，碳，玻璃，芳族聚酰胺等纖維增強(qiáng)已在配置中。當(dāng)溫度超過其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時，熱塑性聚合物的熱結(jié)構(gòu)是可逆的，一旦溫度低于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時，熱結(jié)構(gòu)固化。熱塑性復(fù)合材料重量輕且經(jīng)濟(jì)。高強(qiáng)度和硬度的特定，增加的減震和隔音，增加的耐沖擊損傷（動態(tài)能量吸收），設(shè)計的自由度高，結(jié)構(gòu)容量的優(yōu)點形成復(fù)雜的形狀，優(yōu)良的剪切強(qiáng)度性能和斷裂強(qiáng)度，熱導(dǎo)率可調(diào)節(jié)的，可回收性，電磁保護(hù)，強(qiáng)度/耐久性在惡劣的環(huán)境對環(huán)境較為友好。

1 長纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料

LFT（長纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂）通常是指所有長纖維玻璃增強(qiáng)熱塑性樹脂，其被緊密地稱為粒料或復(fù)合熱塑性片材擠出復(fù)合材料。在長纖維顆粒中，纖維沿樹脂基質(zhì)中的軸向平行排列和分布。并且纖維長度等于顆粒長度。此外，盡管樹脂完全浸漬，但在短纖維球中，纖維隨機(jī)地分散在基質(zhì)中在制造過程中，纖維總是處于連續(xù)狀態(tài)，并且在切割后它們具有恒定的長度。作為立方體，第一個在準(zhǔn)備前被壓碎。接下來，一般螺桿擠出機(jī)造粒，或者將連續(xù)纖維和樹脂基質(zhì)擠出并用螺桿擠出機(jī)造粒。 切割的纖維粒料在制造過程中經(jīng)受螺桿擠出機(jī)的擠出過程，其中大多數(shù)纖維被切割力和螺旋塊嚴(yán)重?fù)p壞。在它融化后，纖維長度變得非常短。

2 在飛機(jī)中的應(yīng)用

第一架飛機(jī)的典型材料是金屬，以及目前實現(xiàn)多重效果的工藝，例如減輕重量。 減重和長使用壽命是實現(xiàn)飛機(jī)經(jīng)濟(jì)性的兩個重要因素，精細(xì)化合物的優(yōu)點是可以制造輕質(zhì)部件，減少膠水或減輕結(jié)構(gòu)重量。它可以焊接。較大的飛機(jī)中金屬材料或熱固性化合物的逐步替代已成為新材料和新技術(shù)發(fā)展的方向，發(fā)達(dá)國家和航空機(jī)構(gòu)在這一領(lǐng)域的研究也越來越多。熱塑性復(fù)合材料在復(fù)雜結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)中存在一些技術(shù)難點，缺乏相關(guān)的制造工藝，但是自動化材料和設(shè)備的先進(jìn)發(fā)展，成形和焊接技術(shù)的進(jìn)步。它很可能被用作軸承主體結(jié)構(gòu)中未來飛機(jī)的主要材料，包括機(jī)身。

實現(xiàn)輕量化時再進(jìn)行發(fā)展過程中的一個重要目標(biāo)，例如 A380使用了TenCate生產(chǎn)的大量CETEXSystem3熱塑性聚酰亞胺復(fù)合材料。CETEXSystem3用于飛機(jī)行李箱，走道，地板和廁所，但很薄，但無孔且不需要油漆，因此您不必?fù)?dān)心煙霧或火焰毒性。在進(jìn)行具體的生產(chǎn)過程中有必要使用較少涂料量，這可以更好地保護(hù)材料并使得飛機(jī)的使用時間不短延長。熱塑性聚酰亞胺復(fù)合材料還被運用于美國宇航局曾經(jīng)進(jìn)行投入生產(chǎn)研究的超音速飛機(jī)。50%的結(jié)構(gòu)材料是基于熱塑性聚酰亞胺作為基質(zhì)樹脂的碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，據(jù)報道每架飛機(jī)的數(shù)量約為30t。

3 薄壁碳纖維LFT構(gòu)件

雖然對薄玻璃纖維增??強(qiáng)熱塑性樹脂薄壁件進(jìn)行了大量研究。由于碳纖維的高導(dǎo)熱性而用碳纖維增強(qiáng)的熱塑性塑料在與模具表面接觸時引起淬火。由薄壁LFT碳纖維（厚度小于2mm）增強(qiáng)的熱塑性復(fù)合材料將面臨挑戰(zhàn)，因為材料流中的冷固體層（接觸冷壁）比例很高。

實施例1：UAB團(tuán)隊的研究加深了對碳纖維LFT化合物薄壁結(jié)構(gòu)的理解。已經(jīng)表明，可以生產(chǎn)復(fù)雜的形狀，例如曲線，凸緣，尖角和僅2-3mm的壁厚。圖1將碳纖維LFT復(fù)合材料應(yīng)用于航空電子設(shè)備和航空航天外殼和基板，以取代鑄鋁蓋板和基板，以減輕重量，振動/噪音和制造成本它表明。選擇熱塑性復(fù)合材料的主要原因是它們具有高阻尼和減振性能，良好的隔熱效果，低成本和短的制造時間。

4 結(jié)束語

現(xiàn)如今，我國的相關(guān)的發(fā)展規(guī)劃不斷深化，熱塑性復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)將在中國新興戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)的發(fā)展中具有重要的意義。目前，該領(lǐng)域的國家研究基本與外界同步，基本建立了原料和復(fù)合材料的物化系統(tǒng)。相關(guān)的國家研究機(jī)構(gòu)和公司密切關(guān)注相關(guān)的機(jī)遇，關(guān)注新興產(chǎn)業(yè)的高需求，促進(jìn)原材料生產(chǎn)的技術(shù)進(jìn)步，促進(jìn)熱塑性復(fù)合材料系統(tǒng)的研究，加工技術(shù)和水平。應(yīng)用程序開發(fā)支持努力將國??內(nèi)熱塑性復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)有更好的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]郭云竹.熱塑性復(fù)合材料研究及其在航空領(lǐng)域中的應(yīng)用[J].纖維復(fù)合材料，2016，33（03）：20-23.