熱塑性樹脂復合材料應用

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1、摘要：熱塑性復合材料因具有韌性、耐蝕性和抗疲勞性高，成形工藝簡單、周期短，材料利用率高，預浸料存放環(huán)境與時間無限制等優(yōu)異性能而得到快速發(fā)展，并逐漸進入航空制造領域。尤其是近年來，在歐盟以及空客、福克航宇等航空制造企業(yè)的強力推動下，熱塑性復合材料在民機上頻頻嶄露頭角，在一些部件上成為熱固性復合材料的有力競爭對手。熱塑性復合材料如果想繼續(xù)擴大在民機上的應用，必須進入機體主承力構件，然而，熱塑性應用于主承力構件還三個挑戰(zhàn)，即原材料成本高，鋪放工藝緩慢，以及預浸料粘性問題。關鍵詞：熱塑性復合材料碳纖維機體內飾主承力結構熱塑性復合材料是以玻璃纖維、碳纖維、芳烴纖維及其它材料増

2、強各種熱塑性樹脂所形成的復合材料，因其宥初性、耐蝕性和抗疲勞性高，成形工藝簡單、周期短，材料利用率高，預浸料存放環(huán)境與時間無限制等優(yōu)異性能而得到快速發(fā)展，并逐漸進入航空制造領域。尤其是近年來，在歐盟以及空客、?？撕接畹群娇罩圃炱髽I(yè)的強力推動下，熱塑性復合材料在民機上頻頻嶄露頭角，在一些部件上成為熱固性復合材料的有力競爭對手。1熱塑性復合材料的民機應用潛質以聚苯硫醚（PPS），聚醚酰亞胺（PEI），聚醚醚酮（PEEK）和聚醚酮酮（PEKK）為基體的先進增強熱塑性復合材料（TPC）,具備高剛度、低加工成木和重新加工能力，擁有良好的阻燃、低煙和無毒（FST）性能，固化周期

3、可以以分鐘記，且其成形過程是天生的非熱壓罐工藝。這些固宥屬性使其成為輕質、低成本航空結構的理想材料。為四科斯基公司宵升機提供大甩熱塑性復合材料地板的纖維鍛造公司提供了如下一組數據：熱塑性復合材料比鋼輕60%,硬度是其6倍；比鋁輕30%;比熱固性復合材料強韌2倍；比注射模槊槊料硬5倍；在生產屮比板材少60%碎屑。上述性能特點和數據對比表明，熱塑性復合材料是一種天生的航空結構材料，丼且在民機應用上擁有巨大的潛質，甚至可能在未來為航空復合材料制造帶來一場熱塑性革命。2熱塑性復合材料在民機上的典型應用目前，熱塑性復合材料（TPC）在民機上的應用主要體現(xiàn)在機體結構件和內飾件上

4、，這其中，碳纖維增強PPS的TPC占大多數。2.1機體結構件機體結構件中，TPC主耍應用在地板、前緣、控制面和尾翼零件上，這些零件都是外形比較簡單的次承力構件?？湛虯380客機、空客A350客機、灣流G650公務機和阿古斯塔?韋斯特蘭AW169直升機都是熱塑性機體結構件的應用大戶?？湛虯380客機上最重要的熱塑性復合材料結構件是玻璃纖維/PPS材料的機翼固定前緣。每個機翼育8個固定前緣構件，其中熱塑性材料占到了整個用料的三分之二。在叫定前緣蒙皮的纖維鋪放屮，制造商?？撕娇战Y構公句選擇了先進的超聲點焊作為鋪放設備的加熱系統(tǒng)。圖1空客A380熱塑性機翼前緣空客A350客

5、機機體的熱塑性復合材料主要分布在可移動翼梁和肋上以及機身連接處1。應用量最大的是一系列機身連接零件，每架A350需要大約8000個，這些零件位于機身11段到15段，連接機身復合材料壁板與內部的復合材料框架結構。這些零件外形各異，部分是簡單的L形，其它更為復雜，它們的尺、上在任何一個維度上都不超過203mm。這些機身連接零件使用碳纖維/PPS材料，通過先進的集成化單元完成制造，每個單元都擁有執(zhí)行材料運輸的機器人夾持系統(tǒng)、執(zhí)行材料預熱的紅外加熱器以及執(zhí)行材料固化的液壓式熱沖壓機。閣2空客A350熱塑性機身零件灣流G650公務機在熱塑性復合材料應用方面是一個里程碑，它的壓

6、力隔框肋板則使用了碳纖維/PEI材料，而方A舵和升降舵都使用了碳纖維/PPS材料，后者標志著民機主控制面采用熱塑性復合材料的時代已經到來。方向駝和升降舵的碳纖維/PPS多肋結構比常規(guī)的碳纖維/環(huán)氧三明治結構輕10%、便宜20%，利用先進的感應焊技術替代膠接和鉚接是一個重要的成本削減因素，也是一項技術創(chuàng)新。參與G650方向舵和升降舵研制的灣流公司、?？撕娇战Y構公司、TenCate先進復材公司、KVE復材公司、Ticona工程聚合物公司因此獲得了2010年的JEC大父。（2014年10月27-290,?？撕娇諏⑽蠺ENCATE先進復材公司在SAMPE中國2014年會上

7、展出熱塑性復合材料方向舵。歡迎點擊“閱讀原文”預約參觀。）圖3灣流G650熱塑性方向舵阿古斯塔?韋斯特蘭AW169直升機的平尾采用了碳纖維/PPS材料2,比常規(guī)熱固性復合材料的設計輕丫15%,成為占機體重量近50%的復合材料屮的一大亮點。平尾外形長3m,弦長0.62m，厚0.15m,前緣12個肋，后緣14個肋，前￡；緣蒙皮分別厚0.6mm和0.9mm。3m長的盒型梁由2個Q形的構件組成，Q形構件及其上下稍彎曲的蒙皮在共冏化屮連接。?？撕娇战Y構公句開發(fā)的模具帶有可移除的內部心軸，可以讓梁在一個步驟中成形，只需數分鐘。圖4阿韋AW169熱塑性平尾此外，空客A400M