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【回首阅兵】先进树脂基复合材料的应用

  9月3日,纪念中国人民抗日战争暨世界反法西斯战争胜利70周年大会在北京天安门广场隆重举行。30多位外国领导人、19位政府高级代表和多名国际组织负责人齐聚北京,在天安门城楼上一同观看了盛大的阅兵式表演。



  此次阅兵,共有20余种机型,近200架飞机,组成10个空中梯队飞越天安门广场接受检阅,创造了新中国历次阅兵的规模和机型数量之最。



  受阅飞机按照作战模块分为空中护旗方队、领队机梯队、预警指挥机梯队、轰炸机梯队、歼击机梯队、海军舰载机梯队、海上巡逻机梯队、加受油机梯队、直升机梯队等10个空中梯队,涵盖了我国军队现有先进作战和保障机种,并且全部为正式列装部队。



  近年来,随着我国航空工业的飞速发展,我国在航空实力上得到了显著的提升。与此同时,对于航空材料的使用也提出了更高的要求。一些更为先进的复合材料逐步在航空工业中得到了广泛应用。先进复合材料具有质轻、高强度、高模量、抗疲劳、耐腐蚀、可设计、工艺性好,容易制造大型结构和整体结构的特点,是理想的航空结构材料,已成为下一代飞机机体的主结构材料。



  根据美国航空航天局(NASA)的划分,航空用各种先进复合材料可以分为以下几种:树脂基复合材料(PMC,工作温度一般小于425℃)、金属基复合材料(MMC,工作温度为425~900℃)、金属间化合物基复合材料(IMC,主要用于650~120℃)、陶瓷基复合材料(CMC,其工作温度为1100~1650℃)以及碳复合材料(C/C,其工作温度在1800℃乃至更高一些)等,其中,尤以树脂基复合材料在航空工业中的应用最为广泛。

  先进树脂基复合材料通常指的是采用高性能增强材料(主要为碳纤维)增强的环氧、双马等树脂基结构复合材料。按树脂类型的不同,树脂基复合材料又分为热固性树脂基复合材料热塑性树脂基复合材料。前者的基体树脂在固化剂和温度的作用下形成不溶不熔的体型高分子,其加工成形温度较低,耐化学性也较好,但加工周期长、性脆。后者的基体树脂为线型,支链型分子结构的高聚物,高温熔融,冷却即固结,其特点是加工周期短、韧性好、可重复回收再生,但成形温度较高,耐化学性稍差。

  连续纤维增强的树脂基复合材料具有各向异性和性能可设计性特点,可以按照工程结构的使用要求选用适当的组分材料和调整纤维方向,使设计的结构重量更轻、安全可靠和经济合理。它的另一个特点是材料和结构双重性,制造材料即制造结构。

  近年来,随着在材料性能提高、工艺改进、成本降低等方面取得重大进展,先进树脂基复合材料在军民用飞机及航空发动机上的应用更加广泛。进树脂基复合材料大都为碳纤维增强热固性树脂复合材料,其中环氧树脂占统治地位

而本次阅兵式的飞机皆由中航工业制造,中航工业所用的AG-80四官能团环氧树脂全部由我司生产提供

  目前,制造先进树脂基复合材料结构的主要方法是预浸料-热压罐成形工艺,针对此法生产效率低、制造成本高和产品质量重复性较差等缺点,不少飞机公司和研究机构都在大力正在发展更为先进的能显著提高生效益、缩短固化时间和装配时间的制造技术,如采用缝合预形和3维编织预形增强体的树脂转移成形(RTM)法和树脂膜熔浸法(RFI)、预浸纤维束自动铺放技术、自动铺带技术和电子束固化等。

  美国在先进树脂基复合材料方面具有强大的、全面的研究和生产基地,综合实力最强,是世界上最大的生产国和消费国,具有材料的能力。美国的低成本复合材料技术的发展和机敏复合材料结构的研究计划,其规划和发展速度都远超过其他国家。美国曾在国防关键技术中确立了分阶段发展这种复合材料的目标:1995年前发展耐370℃的飞机结构用的树脂基复合材料,至2000年树脂基复合材料的成本降低40%,2005年推出能自检结构损伤的全尺寸机敏(又称智能)复合材料结构演示件。西欧国家某些方面领先于美国,如共固化技术、热塑性树脂基复合材料代表性树脂-聚醚醚酮的供应和金属薄板-纤维增强树脂基复合材料层板。日本在碳纤维制造技术方面居世界领先地位,其品种、性能和产量均为世界一流,是碳纤维主要生产国。

  在一代又一代技术人员的努力下,目前我国的树脂基复合材料也已达到了世界前列的水平。同时,我国也已能够自主研发生产T700、T800碳纤维、聚酰亚胺纤维、芳纶纤维等世界先进的复合材料。希望在我们共同的努力下,我国的复合材料业能够更上一层楼!

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