文档介绍：聚合物基复合材料在民用飞机中的应用进展
(Application trends of polymer posites in the fields of civil aircrafts)
摘要:综述了几种聚合物基复合材料的研究趋势及其在民用飞机中的应用进展,对相关性能做了评价,并预测了其未来发展方向。
关键词:芳纶基复合材料;树脂基复合材料;C/C复合材料;民用飞机;应用
Abstract: Summary of recent research on several polymer posites and trends in the fields of civil aircraft was made, besides, the evaluation on their performance was done, and their future developing directions were also forecast.
Keywords: Kevlar-posites; Resin-posites; C/posites; civil aircrafts; Applications
引言:
国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006--2020年)》和《国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要》已把大型飞机项目确定为国家重大科技专项。大型民用飞机的立项对我国航空业有很大的带动作用[1]。航空工业具有产业链长的特点,涉及的先进技术很多。作为产业链的高端,大型民用飞机项目具有很高的技术含量,会带动我国制造业的技术升级。新一代大型民用飞机的研制,带动并促进了聚合物基复合材料技术的飞速发展。聚合物基复合材料在新一代大型民用飞机上的成功应用,为未来民用飞机的发展确立了新的标准和市场准入门槛。大型民用飞机制造作为高技术产业,可以说是制造业的一个制高点,发达国家都在争夺这个制高点。谁占领了这个制高点,就说明谁就具有更高的技术水平、工业水平乃至强大的综合国力。而材料是航空制造业的基础,材料、设计、工艺在航空制造业中的关系非常密切,这一点尤其体现在聚合物基复合材料上。目前聚合物基
复合材料已经成为研制大型民用飞机的一个制高点,为了在激烈的民机市场竞争中获胜,波音和空客又在聚合物基复合材料的用量上展开竞争。
由于聚合物基复合材料具有比强度高、比刚度大、可设计性强及良好的抗疲劳损伤和耐腐蚀性能等优点,大批飞机零、部件相继采用聚合物基复合材料,并且采用聚合物基复合材料的部位、面积和重量也日趋增加。将先进聚合物基复合材料应用于飞机结构中可相应减重20% --30%,这是其他先进技术很难实现的效果。因此,聚合物基复合材料在军民用飞机上的用量正逐年增加,但从安全性考虑,在民机领域的应用一直落后于军机。然而,从目前波音和空客两大民用航空制造巨头的激烈竞争来看,在飞机的材料和技术选择上,没有聚合物基复合材料的民用飞机是没有任何竞争力和发展潜力的。波音和空客在每一个新机型的宣传以及与对手的比较中,都会将聚合物基复合材料用量作为一个重要的卖点来宣传。与聚合物基复合材料用量不断创新高的过程相对应, 聚合物基复合材料的应用也从民用飞机的次承力件扩展到主承力件,其应用部位从尾翼扩展到机翼,直至机身。
1芳纶基复合材料在民用飞机中的应用进展
芳纶是芳香族有机纤维的总称,典型的有美国的Kevlar、俄罗斯的Armors[2]。芳纶具有密度低( g/cm3)、耐磨蚀、耐冲击、阻燃等特性。在民用飞机复合材料结构中,一般芳纶与碳纤维配合使用,在实现减轻结构质量的前提下,对易磨损和易碰撞复合材料部件实施外表面的防护。芳纶可用于制作飞机和直升机的二次结构材料,如机舱门、窗、整流罩体、天花板、舱壁、空气管道、贮藏箱柜等,如波音B757飞机的起落架舱门为Kevlar复合材料。芳纶同时具有优良的介电性能、力学性能和极高的尺寸稳定性,使其在机载、舰载和星载雷达天线罩,雷达天线馈源功能构件以及轻型天线支撑结构中使用。芳纶以密度低、比强度和比模量高、耐磨蚀、耐冲击、阻燃等特点,广泛应用于航天航空、机电、建筑、国防与安全防务、环境保护等国民经济的各个领域。在航空用高性能材料方面,飞机的舱内、机体结构等上应用芳纶复合材料。国内自1970年代末开始芳纶的研发,1980年代中期试生产芳纶,间位芳纶方面,广东新会彩艳、山东烟台氨纶已形成了产业化,其产品主要应用于消防服、防弹衣、工业污水处理、环境保护等民用行业。高性能对位芳纶一直未能形成产业化和做为结构/功能增强材料在航空航天上应用。近几年来对位芳纶、共聚芳纶(芳纶Ⅱ)等高性能芳纶得到有关部门、科研院所和企业的重视,已加大了资金的投入和研发的力量。预期在2010年将形成对位芳纶kt级的生产能力