熱塑性復合材料在航空航天中的應用

謝海洋　黃風美

摘 要：現如今，熱塑性化合物在航空航天工業得到了不斷地進步。熱塑性化合物有較大強度、相對設計自由度也較高，總之具有較多優點。在本文中，伯明翰阿拉巴馬大學（UAB）對航空航天應用的離散或連續碳纖維材料進行研究，主要用于蓋板和結構載荷元件。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。纖維增強熱塑性復合材料具有韌性，成型周期短和可回收性的優點，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的出現，熱塑性化合物的成本最終得以解決，其應用前景十分廣闊。

關鍵詞：熱塑性復合材料;航空航天;應用

熱塑性復合材料與結構的熱塑性聚合物的不連續的增強，碳，玻璃，芳族聚酰胺等纖維增強已在配置中。當溫度超過其玻璃化轉變溫度時，熱塑性聚合物的熱結構是可逆的，一旦溫度低于玻璃化轉變溫度時，熱結構固化。熱塑性復合材料重量輕且經濟。高強度和硬度的特定，增加的減震和隔音，增加的耐沖擊損傷（動態能量吸收），設計的自由度高，結構容量的優點形成復雜的形狀，優良的剪切強度性能和斷裂強度，熱導率可調節的，可回收性，電磁保護，強度/耐久性在惡劣的環境對環境較為友好。

1 長纖維增強熱塑性復合材料

LFT（長纖維增強熱塑性樹脂）通常是指所有長纖維玻璃增強熱塑性樹脂，其被緊密地稱為粒料或復合熱塑性片材擠出復合材料。在長纖維顆粒中，纖維沿樹脂基質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，纖維隨機地分散在基質中在制造過程中，纖維總是處于連續狀態，并且在切割后它們具有恒定的長度。作為立方體，第一個在準備前被壓碎。接下來，一般螺桿擠出機造粒，或者將連續纖維和樹脂基質擠出并用螺桿擠出機造粒。 切割的纖維粒料在制造過程中經受螺桿擠出機的擠出過程，其中大多數纖維被切割力和螺旋塊嚴重損壞。在它融化后，纖維長度變得非常短。

2 在飛機中的應用

第一架飛機的典型材料是金屬，以及目前實現多重效果的工藝，例如減輕重量。 減重和長使用壽命是實現飛機經濟性的兩個重要因素，精細化合物的優點是可以制造輕質部件，減少膠水或減輕結構重量。它可以焊接。較大的飛機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發展的方向，發達國家和航空機構在這一領域的研究也越來越多。熱塑性復合材料在復雜結構的生產中存在一些技術難點，缺乏相關的制造工藝，但是自動化材料和設備的先進發展，成形和焊接技術的進步。它很可能被用作軸承主體結構中未來飛機的主要材料，包括機身。

實現輕量化時再進行發展過程中的一個重要目標，例如 A380使用了TenCate生產的大量CETEXSystem3熱塑性聚酰亞胺復合材料。CETEXSystem3用于飛機行李箱，走道，地板和廁所，但很薄，但無孔且不需要油漆，因此您不必擔心煙霧或火焰毒性。在進行具體的生產過程中有必要使用較少涂料量，這可以更好地保護材料并使得飛機的使用時間不短延長。熱塑性聚酰亞胺復合材料還被運用于美國宇航局曾經進行投入生產研究的超音速飛機。50%的結構材料是基于熱塑性聚酰亞胺作為基質樹脂的碳纖維增強復合材料，據報道每架飛機的數量約為30t。

3 薄壁碳纖維LFT構件

雖然對薄玻璃纖維增??強熱塑性樹脂薄壁件進行了大量研究。由于碳纖維的高導熱性而用碳纖維增強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）增強的熱塑性復合材料將面臨挑戰，因為材料流中的冷固體層（接觸冷壁）比例很高。

實施例1：UAB團隊的研究加深了對碳纖維LFT化合物薄壁結構的理解。已經表明，可以生產復雜的形狀，例如曲線，凸緣，尖角和僅2-3mm的壁厚。圖1將碳纖維LFT復合材料應用于航空電子設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 結束語

現如今，我國的相關的發展規劃不斷深化，熱塑性復合材料產業將在中國新興戰略產業的發展中具有重要的意義。目前，該領域的國家研究基本與外界同步，基本建立了原料和復合材料的物化系統。相關的國家研究機構和公司密切關注相關的機遇，關注新興產業的高需求，促進原材料生產的技術進步，促進熱塑性復合材料系統的研究，加工技術和水平。應用程序開發支持努力將國??內熱塑性復合材料產業有更好的發展。

參考文獻：

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