热塑性复合材料在飞机上的应用
- 格式:docx
- 大小:34.27 KB
- 文档页数:6
热塑性复合材料的加工技术现状应用及发展趋势热塑性复合材料是指由热塑性树脂基体和增强材料(如玻璃纤维、碳纤维等)组成的材料。
它具有良好的机械性能、化学稳定性和耐磨性,广泛应用于航空航天、汽车、电子、建筑等领域。
随着科学技术的发展,热塑性复合材料的加工技术也不断推进,应用范围也在不断扩大。
在热塑性复合材料的加工技术方面,目前主要有预浸法、树脂浸渍法和树脂缠绕法等。
预浸法是将热塑性树脂浸渍到增强材料中,形成预浸料,然后通过压塑和热固化等工艺进行成型。
这种加工技术具有成型周期短、生产效率高、成本低等优点,适用于大批量生产。
但是预浸法的工艺控制要求较高,需要保持一定的工艺温度和压力,以确保产品的质量。
树脂浸渍法是将增强材料浸渍到热塑性树脂中,形成蜂巢结构后加热熔融,然后采用压塑成型。
这种加工技术具有成型性能好、质量稳定等优点,适用于复杂产品的生产。
但是树脂浸渍法需要较长的热固化时间,加工周期较长。
树脂缠绕法是将热塑性树脂涂覆在纤维上,通过控制缠绕角度和缠绕层数,形成复杂的形状。
这种加工技术具有成型灵活、节约材料等优点,适用于空间限制较大的产品。
但是树脂缠绕法需要掌握一定的工艺技巧,以确保产品质量。
热塑性复合材料的加工技术在航空航天、汽车等行业得到了广泛的应用。
在航空航天领域,热塑性复合材料可以用于制造机翼、机身等零部件,以提高飞机的载重能力和燃油效率。
在汽车行业,热塑性复合材料可以用于制造车身、底盘等部件,以提高汽车的安全性和节能性能。
随着科学技术的不断进步,热塑性复合材料的加工技术也在不断发展。
一方面,加工工艺越来越精细化和自动化,提高了生产效率和产品质量。
另一方面,新型材料的研发和应用也为热塑性复合材料的加工技术带来了新的发展方向。
例如,纳米级增强材料的应用可以改善热塑性复合材料的力学性能和耐热性能;3D打印技术的应用可以实现复杂形状的制造,提高产品的适应性和精度。
综上所述,热塑性复合材料的加工技术在应用和发展方向上都取得了很大的进展。
碳纤维增强热塑性复合材料在航空领域的应用及其发展摘要:本文介绍了碳纤维增强热塑性复合材料在航空领域的应用,阐述了其特点,最后总结了未来纤维增强热塑性复合材料的发展趋势。
关键词:碳纤维;热塑性复合材料;发展趋势引言目前,世界各国在航空飞行器市场上的竞争越来越激烈,航空领域复合材料的应用对飞机减重、耐腐蚀性能和降低成本方面起到重要的作用。
由于环境污染和资源回收问题引发了全球的重视,已经得到广泛应用的碳纤维热固性树脂复合材料遭到了一定程度的冲击。
此时韧性、耐湿、耐腐蚀性好、可冋收性、具有电磁屏蔽能力、在恶劣环境具有稳定性、耐久性的碳纤维热塑性复合材料得到了各国的关注。
碳纤维增强热塑性树脂复合材料(CFRTP)是以热塑性树脂为基体、以碳纤维为增强体而制成的复合材料。
碳纤维是一种含碳量在90%以上且具有高强度、高比模量、低密度、耐高温、耐化学腐蚀、低电阻、高导热、耐辐射以及优良阻尼减震降噪等性能的纤维材料[1]。
热塑性树脂可分为高性能树脂和通用树脂,常见的高性能树脂有聚醚醚酮(PEEK)、聚苯硫酰(PPS)、聚醚酰亚胺(PEI)等。
1 碳纤维增强热塑性复合材料在航空领域的应用1.1国外应用现状洛克希德•马丁公司生产的C-130运输机中许多结构采用了纤维增强热塑性复合材料。
起落架舱门使用的是碳纤维增强聚醚醚酮(C/PEEK)高性能热塑性复合材料,C/PEEK 复合材料的韧性好,可以有效防止沙石等颗粒物的冲击损伤[2-3]。
西科斯基公司生产的CH-53K直升机货厢地板采用的材料为C/PEEK,并使用了电磁感应熔焊技术,增加了飞机的有效载重和容量[4]。
空客公司一直是先进材料应用方面的领军者,并已经成功地将PPS树脂基热塑性复合材料应用在了一些结构简单、尺寸较小的肋、梁等飞机的简单零件上,其中A350XWB机身就采用了很多热塑性复合材料支架和加强角片等[5-6]。
随着高性能热塑性复合材料的材料性能、成形工艺,以及装配技术的提高,已被逐步应用在空客飞机的次承力结构件上,如A340/500, A380固定翼前缘的结构中采用了C/PPS 热塑性复合材料[5]。
热固性复合材料与热塑性复合材料1热固性树脂基复合材料热固性树脂基复合材料是应用十分广泛的复合型材料,这种材料是经过复合而成,在许多高科技产品中都得到了广泛的应用与研究,例如在大型客运机的应用中,其不仅减轻了重量,并且还优化了飞机的性能,减轻了飞机在飞行过程中的阻碍,热固性树脂具有非常优异的开发潜能,其应用领域也会在其改性后得到更大的发展。
典型的热固性树脂复合材料分为以下几种:(1)酚醛树脂复合材料:随着对阻燃材料的强烈需求,美国西方化学公司,道化学公司等一系列大型化学公司都先后研制成功了新一代的酚醛树脂复合材料。
其具有优异的阻燃、低发烟、低毒雾性能和更加优异的热机械物理性能。
在制备这种具有阻燃效果的材料上,研究人员重新设计思路,在加入不饱和键等其他基团条件下,提高了反应速度,减少了挥发组分。
使酚醛树脂复合材料在其应用领域得到大力发展。
(2)环氧树脂复合材料:由于环氧树脂本身的弱点,研究人员对其进行了两方面的改性研究,一方面是改善湿热性能提高其使用温度;另一方面则是提高韧性,进而提高复合材料的损伤容限。
含有环氧树脂所制备的复合材料己经大力应用到机翼、机身等大型主承力构件上。
(3)双马来酞亚胺树脂复合材料:在双马来酞亚胺树脂复合材料中,由于双马来酞亚胺树脂具有流动性和可模塑性,良好的耐高温、耐辐射、耐湿热、吸湿率低和热膨胀系数小等优异性能,所以这种树脂则会广泛运用在绝缘材料、航空航天结构材料、耐磨材料等各个领域中。
(4)聚酰亚胺复合材料:聚酰亚胺复合材料具有高比强度,比模量以及优异的热氧化稳定性。
其在航空发动机上得到了广泛应用,主要可明显减轻发动机重量,提高发动机推重比。
所以在航天航空领域得到了大力的发展和运用。
2热塑性树脂基复合材料热塑性树脂基复合材料:其自身中的基体是热塑性树脂,该类复合材料是由热塑性树脂基体、增强相以及一些助剂组成。
在热塑性复合材料中最典型和最常见的热塑性树脂有聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚酰胺、聚酯树脂、聚碳酸树脂、聚甲醛树脂、聚醚酮类、热塑性聚酰亚胺、聚苯硫醚、聚飒等。
复合材料在航空领域的应用
复合材料是指由两种或两种以上不同的材料组成的新材料,具有多种
材料的优点和互补性能。
在航空领域,复合材料具有重量轻、强度高、耐
腐蚀、热稳定性好等优点,因此被广泛应用于飞机的结构件、外壳、发动
机舱等部位。
本文将从复合材料在飞机结构中的应用、外壳及涂层中的应
用以及在发动机舱中的应用等方面进行论述。
首先,复合材料在飞机结构中的应用广泛,主要体现在机翼、尾翼、
襟翼等部位。
由于复合材料具有较高的强度和刚度,可以减少结构重量,
提高飞机的机动性和燃油效率。
例如,波音公司的777客机采用了大量的
复合材料结构件,使整机减重约20%,燃油效率提高了10%以上。
此外,
复合材料还具有良好的耐腐蚀性能,可以延长飞机使用寿命,减少维护成本。
其次,复合材料在飞机外壳中的应用也非常重要。
飞机外壳是保护乘
客和货物免受外界环境影响的重要部位。
复合材料具有优异的抗疲劳性能
和耐腐蚀性能,可以提供更好的保护。
此外,复合材料的制备工艺灵活,
可以制造出各种形状和尺寸的外壳,以满足不同型号和用途的飞机的需求。
例如,波音公司的787梦想飞机采用了大量的复合材料外壳,使整机的飞
行距离和航程得到了大幅度的增加。
总之,复合材料在航空领域的应用非常广泛,不仅可以减少飞机的自重,提高燃油效率,还可以提供更好的抗疲劳性能和防腐蚀性能。
未来,
随着航空科技的不断发展和复合材料技术的进一步成熟,相信复合材料在
航空领域的应用将会进一步扩大。
tpu复合材料Tpu复合材料。
TPU复合材料是一种由热塑性聚氨酯(TPU)和其他材料混合而成的复合材料,具有优异的性能和广泛的应用领域。
TPU复合材料在汽车、航空航天、运动器材、医疗器械等领域有着重要的应用,其独特的性能使其成为各行业中不可或缺的材料之一。
首先,TPU复合材料具有优异的耐磨性和耐腐蚀性。
由于TPU本身具有良好的耐磨性和耐腐蚀性,因此与其他材料复合后,使得复合材料具有更加出色的性能。
在汽车领域,TPU复合材料常用于制作汽车内饰件和外饰件,能够有效延长汽车零部件的使用寿命,提高汽车的整体质量和品质。
在医疗器械领域,TPU复合材料常用于制作医疗器械的外壳和零部件,能够有效抵御外部环境对医疗器械的侵蚀,保障医疗器械的使用安全和稳定性。
其次,TPU复合材料具有优异的弹性和柔韧性。
TPU本身是一种弹性材料,与其他材料复合后,使得复合材料具有更加出色的弹性和柔韧性。
在运动器材领域,TPU复合材料常用于制作运动鞋、运动服等产品,能够有效提高产品的舒适度和使用寿命,满足运动爱好者对产品性能的需求。
在航空航天领域,TPU复合材料常用于制作飞机零部件和航天器材料,能够有效提高产品的抗冲击性和耐久性,保障航空航天设备的安全性和可靠性。
最后,TPU复合材料具有优异的加工性和成型性。
TPU具有良好的流动性和可塑性,与其他材料复合后,使得复合材料具有更加出色的加工性和成型性。
在工业制品领域,TPU复合材料常用于制作各种工业零部件和机械配件,能够有效提高产品的加工效率和生产效益,满足工业生产对材料性能的需求。
在家居用品领域,TPU复合材料常用于制作各种家居用品和日常用品,能够有效提高产品的外观质感和使用体验,满足消费者对产品质量的需求。
综上所述,TPU复合材料具有优异的性能和广泛的应用领域,是各行业中不可或缺的材料之一。
随着科技的不断进步和市场需求的不断增长,相信TPU复合材料将会在未来发展中发挥越来越重要的作用,为各行业的发展注入新的活力和动力。
cop塑料是一种热塑性高分子复合材料,具有优良的耐腐蚀性、耐磨损性、耐高温性和耐化学性等特点,被广泛应用于各个领域。
下面是cop塑料的主要用途。
一、航空航天领域
cop塑料具有轻质、高强度、良好的耐高温性能,被广泛应用于航空航天领域。
如飞机发动机零部件、航天器结构部件、导弹部件等。
二、汽车工业
cop塑料具有优良的耐腐蚀性、耐磨损性、耐高温性和耐化学性能,可以替代传统的金属材料,被广泛应用于汽车工业中。
例如汽车发动机零部件、传动系统零部件、车身结构部件等。
三、电子电器领域
cop塑料具有良好的绝缘性和抗静电性能,可以用于制造电子电器设备的外壳、插座、电缆等。
同时,cop塑料还可以用于制造电子元件的封装材料和基板。
四、医疗器械
cop塑料具有良好的生物相容性和耐腐蚀性能,被广泛应用于医疗器械领域。
如手术器械、人工关节、心脏起搏器等。
五、建筑装饰
cop塑料具有优良的耐候性和耐腐蚀性能,可以替代传统的建筑材料,被广泛应用于建筑装饰领域。
如建筑外墙板、屋顶瓦片、地面砖等。
六、环保领域
cop塑料可以通过回收再利用的方式,减少对环境的污染。
同时,cop塑料制品的使用寿命长,也可以减少废弃物的产生。
因此,cop塑料在环保领域有着广泛的应用。
例如垃圾桶、回收箱等。
综上所述,cop塑料具有广泛的应用前景。
随着科技的不断发展,cop塑料的应用领域还将不断拓展。
高分子复合材料在航空制造中的应用随着航空产业的不断发展,对于航空器材料的要求也越来越高。
高分子复合材料作为一种新型材料,具有重量轻、力学性能好、耐腐蚀性好、抗疲劳性好等优点,被广泛应用于航空制造行业。
本文将介绍高分子复合材料在航空制造中的应用。
一、高分子复合材料的概念及种类高分子复合材料是指由两种或两种以上的材料通过物理或化学方法结合而成的材料。
其中至少一种材料是高分子材料,另一种材料可以是无机材料、金属材料、纤维材料等。
高分子材料通常作为基体或固态基质,在其中加入增强材料或填充材料,以提高材料的力学、物理、化学性能。
高分子复合材料主要分为热固性复合材料和热塑性复合材料两种。
1. 热固性复合材料热固性复合材料是以热固性树脂为基体的一种高分子复合材料。
常用的基体树脂有环氧树脂、酚醛树脂、腈纶树脂等。
增强材料通常采用玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等高强度、高模量的纤维为主。
在热固化过程中,基体和增强材料之间通过交联反应合成为一体,从而形成一种具有优异机械性能、抗疲劳性和耐腐蚀性能的金属替代材料。
2. 热塑性复合材料热塑性复合材料主要由热塑性塑料作为基体,通过增强材料或填充材料来提高其力学、物理、化学性能。
常用的基体材料有聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等。
增强材料和填充材料主要采用玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、陶瓷等材料。
二、高分子复合材料具有重量轻、强度高、耐腐蚀性强等优点,已经成为航空制造中的重要材料。
下面将介绍高分子复合材料在航空制造中的应用。
1. 航空航天结构件高分子复合材料具有高强度、高模量、低密度等优点,可以用来制造航空航天结构件。
例如,飞机机身、机翼、尾翼、舵面等部件,采用热固性复合材料制造,可以减轻重量、提高整机性能。
2. 发动机部件发动机部件对材料的要求更高,不仅需要具有重量轻、强度高、耐高温等特点,还需要耐腐蚀、抗疲劳等性能。
高分子复合材料可以用于制造发动机叶片、轮盘、背压板等部件。
3. 内饰件高分子复合材料的外观可以根据需要定制,可以制成各种颜色和外观效果。
热塑性复合材料研究及其在航空领域中的应用郭云竹【摘要】本文介绍了热塑性复合材料的分类与组成,并简述了短纤维粒料(SFT)、长纤维粒料(LFT)、玻璃纤维毡增强热塑性片材(GMT)、织物预浸料和单向连续纤维增强热塑预浸料(CFRTP)的各自优点,连续纤维增强热塑性树脂的预浸料的主流制备工艺.结合高性能热塑性复合材料在国外航空领域中的应用,展望了其在我国的发展方向.【期刊名称】《纤维复合材料》【年(卷),期】2016(033)003【总页数】4页(P20-23)【关键词】热塑性复合材料;SFT;LFT;GMT;CFRTP;粉末法;熔融法;混纤法;薄膜层叠法;溶剂法【作者】郭云竹【作者单位】哈尔滨玻璃钢研究院,哈尔滨150036【正文语种】中文热塑性复合材料由不连续/连续纤维增强(如碳纤维、玻璃纤维或芳纶纤维)在结构热塑性聚合物(如聚酰胺(PA)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK))中组成。
热塑性聚合物的热结构具有可逆性,当温度高于其玻璃转变温度时软化,而当温度低于该温度时固化。
热塑性复合材料的优点包括:质量轻、成本低、高比强度和硬度、增强震动阻尼和声音衰减、增强冲击损伤容限(动态能量吸收)、设计自由度高、能够模塑成型复杂几何形状和结构、优良的剪切和断裂强度、可调的导热性、可回收性、具有电磁屏蔽能力、恶劣环境中的坚固/耐久性以及对环境无害性。
对于热塑性复合材料的分类,一般是按有效纤维长度定义的。
热塑性复合材料分为短纤维粒料(SFT)、长纤维粒料(LFT)、玻璃纤维毡增强热塑性片材(GMT)、织物预浸料和单向连续纤维增强热塑预浸料(CFRTP)[1]。
LFT(Long Fiber Reinforced Thermoplastics)广义上是指所有长玻璃纤维增强的热塑性塑料,狭义上指挤出复合的热塑性复合材料粒料或片材,粒料可以注塑成型制品,片材可以模压成型制品。
与传统的短纤维增强粒料相比,长纤维增强热塑性复合材料在结构上有着显著不同:长纤维粒料中,纤维在树脂基体中沿轴向平行排列和分散,纤维长度等于粒料长度,且被树脂充分浸渍;而短纤维粒料内,纤维无序地分散于基体当中,其长度远小于粒料的长度且不均匀。
热塑性复合材料在航空器上的应用发展研究发布时间:2022-07-05T08:51:23.636Z 来源:《中国科技信息》2022年3月第5期作者:温学何志平[导读] 热塑性树脂基复合材料具有密度小、比强度大、抗冲击性能优异、环境适应性好等优点,温学1 何志平2中国直升机设计研究所江西景德镇 333001摘要:热塑性树脂基复合材料具有密度小、比强度大、抗冲击性能优异、环境适应性好等优点,目前主要应用于飞机蒙皮、整流罩、雷达罩、升降舵等次承力结构,在直升机主承力结构上已有应用。
目前热塑性树脂基复合材料的技术瓶颈主要在:界面相容性改进、成型成本降低、批次稳定性提升、焊接与连接等技术问题,在航空器快速运维、主承力结构材料、隐身、辅助部件等方面应用潜力巨大。
关键词:热塑性复合材料、航空器、应用0引言航空器用材料不断向着轻质、高性能、低成本方向发展,随着复合材料在航空器上的应用比例不断提高,高性能热塑性复合材料的研发和应用正在成为热点方向。
热塑性复合材料与热固性复合材料的直接差别在于树脂基体材料不同,热塑性树脂基体材料的突出特点是可以重复加热加压冷却固化成型,且其成型过程只发生物理形态的变化,成型效率高,环境危害性小。
与常见热固性树脂相比,热塑性复合材料密度小、比强度大、抗冲击性能优异、耐腐蚀、湿热性能好,回收方便、量产能力强。
热塑性树脂基体材料的特点是其分子结构直接决定的,可分为任意分子结构的无定形聚合物和有序分子结构的结晶聚合物两种。
无定形热塑性聚合物通常是透明的,玻璃化转变温度高(200℃以上),抗蠕变性好且耐化学腐蚀。
比如聚醚砜P.E.S、聚砜P.S.F以及玫型聚酞亚胺、聚醚酞亚胺P.E.I等多芳基化合物。
结晶热塑性聚合物通常是半透明或不透明的,玻璃化转变温度较低(150℃左右),耐磨、抗疲劳。
比如:聚醚醚酮PEEK、聚醚酮PEK、聚酮PK、对聚苯硫PPS等。
无定形聚合物和结晶聚合物的性能随温度变化的规律也不同。
航空航天·热塑性复合材料在航空领域的应用趋势根据波音公司的 2020-2039 年商业市场展望,到2039年,全球将有48,400架商用飞机飞行,比2019 增加22,500 架。
与此同时,航空公司正在加快旧飞机的更换周期,以提高机队的效率和可持续性。
热塑性复合材料可以帮助航空航天制造商满足这种迅速增长的需求。
铝和钢等传统金属占飞机生产制造过程中材料用量的70%。
但市场对更轻质、更高效的飞机需求正不断上升。
在减轻飞机重量的热固性复合材料方面,研究人员已经拥有丰富的专业知识,随着行业发展,热塑性复合材料也逐渐成为研究重点。
两种类型材料都使用碳纤维增强聚合物的高比刚度和强度来设计更轻质、更高强的飞机。
热塑性复材在航空中的重要作用热塑性塑料为该行业提供了许多优势,轻质碳纤维增强热塑性塑料(CFRTP) 部件具有出色的强度和刚度;耐腐蚀性、耐化学性和耐疲劳性;和耐用性。
它们的性能通常优于同等金属部件。
此外,轻质结构的抗冲击性能近年来得到了十分广泛和深入的研究,涉及的载荷有接触和非接触式的空气以及水下爆炸、高速破片侵彻和撞击等,对于其工程应用有重要的指导意义。
热塑性复合材料由于半结晶高分子良好的耐热性,刚度和韧性,因此具有比热固性复合材料高的损伤容限,韧性和耐冲击性能,这在航空中有着天生的优势。
其中,碳纤维增强复合材料层合板凭借其高比强度、高比模量以及较好的隐身吸波性能,在航空航天领域以及快速响应舰船工业中已经取代了部分传统的金属材料和结构,成为现代三航工业领域不可或缺的一部分。
它们也是一种可持续材料,热塑性部件的重量比相应的金属部件轻,使航空公司能够减少燃料和碳排放。
此外,热塑性复合材料是可回收的,因此制造商可以将生产废料和报废零件中的材料熔化并重新使用。
更广泛采用热塑性飞机零件的一个缺点是生产速度。
直到过去十年左右,用于热塑性塑料的布局、整合和零件成型工艺与用于热固性塑料的工艺相似。
这包括高压灭菌处理,这可能需要数小时。
树脂基复合材料以其轻质高强、抗疲劳、耐腐蚀等一系列性能优势,逐渐发展成为航空结构不可或缺的材料体系。
按照基体树脂的种类,可以将树脂基复合材料分为热固性和热塑性两大类。
由于热塑性复合材料预浸料制备及成型加工困难大,限制了其在飞机及发动机结构的广泛应用。
以往针对热固性复合材料的研究较多,应用也较为成熟。
然而热固性复合材料的韧性不足,受低速冲击载荷存在敏感的分层问题,限制了其在航空结构上的进一步应用。
热塑性树脂由于本身的凝聚态结构赋予其高韧性,使其复合材料相对传统的热固性复合材料具有更为优异的性能,以及广阔的应用前景。
除性能要求外,国内外对于航空业的环保性提出了更高的要求,欧盟据此提出了针对性的大型科研计划——“清洁天空(Clean Sky)”计划,目的在于通过降低能耗和噪声污染,减小航空运输对环境的影响。
由于热塑性复合材料的成型过程中不发生化学反应,因此具有可回收再利用的独特优势,在提升性能的同时,对环境友好。
同时,其预浸料可在常温下无限期储存,成型效率高,能够有效降低制造成本。
由于以上优势,热塑性复合材料已在大型民航飞机、直升机等航空领域取得广泛应用。
如空客 A350 飞机机身卡箍采用公司的碳纤维织物增强PPS热塑性复合材料制造,如图 1 所示;空客H–160 直升机采用碳纤维增强PEEK 热塑性复合材料代替原钛合金材料制造旋翼桨毂中央件,在降低制造成本、减轻重量的同时,提高了结构损伤容限及可维护性,标志着热塑性复合材料在直升机主承力结构上的成功应用,如图2所示。
图1 空客A350热塑性复合材料机身卡箍Fig.1 Thermoplastic composite fuselage clip of Airbus A350图2 空客H–160直升机热塑性复合材料桨毂中央件Fig.2 Thermoplastic composite rotor hub of Airbus H–160 helicopter在航空发动机领域,热塑性复合材料虽无法满足涡轮盘等热端部件的使用要求,但在发动机冷端部件及短舱结构上具有广阔的应用空间。
连续纤维增强热塑性复合材料连续纤维增强热塑性复合材料(CFRTP)是一种新型的高性能复合材料,由热塑性树脂基体和连续纤维增强材料组成。
它具有重量轻、强度高、刚度大、耐腐蚀、耐热、耐磨、抗冲击等优点,因此在航空航天、汽车、船舶、建筑等领域有着广泛的应用前景。
首先,连续纤维增强热塑性复合材料的制备工艺是关键。
制备工艺包括预浸料制备、层叠成型、热压成型等步骤。
预浸料制备是将纤维材料浸渍于热塑性树脂中,使其充分浸透,然后进行层叠成型,即将预浸料层叠在一起,形成所需的厚度和形状。
最后,通过热压成型,将层叠好的预浸料在一定的温度和压力下进行成型,使其固化成为连续纤维增强热塑性复合材料。
其次,CFRTP的性能主要取决于纤维增强材料的类型和树脂基体的性能。
常见的纤维增强材料有碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维等,它们各自具有不同的特点和适用范围。
而树脂基体的选择也至关重要,不同的树脂基体具有不同的耐热性、耐化学腐蚀性、加工性等特点,对最终复合材料的性能有着直接的影响。
此外,CFRTP的应用领域非常广泛。
在航空航天领域,CFRTP可以用于制造飞机机身、机翼、航天器外壳等部件,由于其重量轻、强度高的特点,可以大幅减轻飞机的自重,提高飞行性能。
在汽车领域,CFRTP可以用于制造汽车车身、底盘等部件,能够提高汽车的燃油经济性和安全性。
在建筑领域,CFRTP可以用于制造高强度、耐久性好的建筑材料,提高建筑物的抗震性和使用寿命。
总的来说,连续纤维增强热塑性复合材料具有广阔的发展前景和应用前景,但是在实际应用中仍然存在一些挑战,如成本较高、大规模生产难度大等。
因此,需要在材料制备工艺、材料性能改进、成本降低等方面进行进一步的研究和探索,以推动连续纤维增强热塑性复合材料的广泛应用和推广。
新型材料在航空航天领域的应用随着科技的进步,新型材料在航空航天领域的应用不断扩大。
它们的优良性能,为航空航天领域的发展提供了先进的支持。
本文将介绍几种新型材料,以及它们在航空航天领域的应用。
1. 碳纤维复合材料碳纤维复合材料(CFRP)具有轻质、高强度、模量高、耐腐蚀、抗疲劳等优秀特性。
在航空航天领域,它们应用广泛,可用于制造飞机机翼、机身、发动机外罩、导弹、卫星等。
它们不仅可以使飞机轻量化,提高燃油效率,还可以减少碳排放。
2. 新型合金材料新型合金材料,如钛合金、铝锂合金、镁铝合金等,不仅具有轻量化、高强度、耐磨耗、耐腐蚀等特点,而且制造成本低,寿命长。
在航空航天领域,它们被广泛应用于飞机航材、发动机、导弹、卫星等领域。
钛合金的应用比较广泛,如航空航天领域的发动机叶片、机翼等,以及医疗领域的人工关节、牙科修复材料等。
3. 陶瓷材料陶瓷材料不仅具有高温抗氧化、抗磨损、耐腐蚀等特点,而且容易制造成型。
在航空航天领域,陶瓷材料常用于制造发动机喷气嘴、燃烧器、热障涂层等。
它们能提高燃料利用率、延长发动机使用寿命。
4. 热塑性复合材料热塑性复合材料具有高强度、高刚度、高耐热性、耐化学腐蚀等性能,容易制造成型、回收再利用。
在航空航天领域,热塑性复合材料被应用于制造飞机机身、机翼、尾翼等部分,以及导弹结构等。
5. 热塑性树脂发泡材料热塑性树脂发泡材料是一种轻型、高强度、耐酸碱、隔热隔音的材料。
在航空航天领域,热塑性树脂发泡材料被应用于制造飞机座椅、隔音板、壁板等。
它们不仅能够减轻飞机重量,还能提供更好的乘坐体验。
综上所述,新型材料的发展为航空航天领域注入了新的活力,推动了航空航天技术的进步。
新型材料不仅能够满足航空航天领域对高强度、轻量化、耐高温、抗腐蚀等的需求,而且能够使飞行器更为经济、环保和舒适。
未来,新型材料将继续为航空航天领域的技术升级提供更强有力的支持。
a320热塑复材的应用
1. 结构骨架部件:A320热塑复材具有很好的强度和刚度,被用作飞机机身的结构骨架部件,如大翼、机翼、尾翼等。
2. 内饰装饰:A320热塑复材可以通过热成形成各种形状和曲面,因此可以用于内饰装饰件的制造,如座椅背板、壁板、地板等。
3. 机翼壁板:机翼是飞机的重要部件,而机翼壁板起到加固和保护机翼结构的作用。
A320热塑复材具有较高的强度和优良的抗腐蚀性能,可以用于制造机翼壁板。
4. 起落架零部件:A320热塑复材可以替代传统金属材料制造起落架零部件,如悬挂臂、起落架舱门等。
其轻量化的特性可以降低飞机重量,提升燃油效率。
5. 燃油系统:热塑复材具有较好的耐腐蚀性能和低渗透性,可以用于制造燃油系统的管道和储存容器,确保燃油的安全和可靠输送。
总的来说,A320热塑复材在航空航天领域的应用主要集中在飞机结构、内饰、起落架和燃油系统等方面,其轻量化和优异的性能成为飞机制造的重要材料之一。
热塑性复合材料在飞机上的应用张磊杨卫平张丽(中航工业一飞院,西安)The applications of Thermoplastic matrix Composite on aircraft摘要:阐述了热固性复合材料的缺点,分析了热塑性复合材料的优势,并介绍了其在国内、外军用飞机和民用飞机上的应用情况,指出了国内外的差距,最后对国内纤维增强热塑性复合材料的发展提出了建议。
Abstract: In this study we analyzed the disadvantage of thermosetting matrix composites, the advantage of thermoplastic matrix composites and introduced the applications of thermoplastic matrix composites on aircraft. In addition we pointed out the gap and summarized the research orientation of thermoplastic matrix composites.关键词:热塑性、热固性、聚醚醚酮、聚苯硫醚、抗冲击性Keywords: Thermoplastic、Thermosetting、PEEK、PPS、impact resistance复合材料按树脂类型可分为热固性复合材料和热塑性复合材料。
目前国内外飞机上,大量使用的复合材料为热固性复合材料,包括机翼、机身等主要承力构件。
但是热固性复合材料通常采用热压罐生产工艺,成型时间长,而且在材料运输、存储、工艺准备、实施等方面要求都比较严格,因此生产成本比较高。
另外热固性复合材料对冲击比较敏感,设计和使用时要重点考虑冲击对结构性能的影响。
而热塑性复合材料在这些方面都有一定优势,所以近年来其逐步受到重视[1]。
高性能热塑性复合材料在航空发动机短舱上的应用近年来,随着全球经济的发展,航空发动机的性能要求也日益提高,特别是航空发动机的短舱、外段和轴承遭到了大量关注。
为满足性能要求,工程师提出了采用高性能热塑性复合材料来制造这些组件,来提高整体机械性能和使用寿命,降低整体重量。
然而,应用高性能热塑性复合材料制造航空发动机短舱仍然存在挑战,如材料加工、非极性复合等问题。
首先,高性能热塑性复合材料的加工速度很慢,这限制了其在航空发动机上的应用。
由于发动机的制造要求高,工艺的时间和成本要求也很高,因此必须提高材料加工速度来满足航空发动机的生产要求。
其次,航空发动机上使用的高性能热塑性复合材料不仅要具有良好的机械性能,还要具有非极性复合结构,这需要提高材料的非极性复合程度。
另外,针对航空发动机的使用环境,材料还要具有良好的耐热、耐腐蚀和磨损性能。
为应对这些挑战,厂商们研发出了新型的高性能热塑性复合材料,并使之应用于航空发动机的短舱,以满足其高性能需求。
首先,为了提高材料的加工速度,厂家采用激光成形工艺。
该工艺不仅可以提高材料加工速度,而且可以灵活地满足航空发动机短舱的复杂结构需求,减少加工过程中的零件浪费。
其次,为了提高非极性复合的程度,厂家采用工艺等离子工艺,使材料的皮肤层具有良好的非极性复合结构,从而提高材料的机械性能。
此外,为了满足航空发动机短舱使用环境的特殊要求,厂家采用高热稳定性添加剂,使材料具有良好的耐热、耐腐蚀和磨损性能。
经过上述改进,高性能热塑性复合材料已成功应用于航空发动机上。
与传统金属材料相比,新型材料具有较大的优势,其中最重要的是它的重量轻,可以显著减轻发动机的重量,从而提高发动机的性能和使用寿命。
此外,新型材料的非极性复合结构可以满足航空发动机使用环境的特殊要求。
总之,高性能热塑性复合材料的应用可以提高航空发动机的性能和使用寿命,减少发动机的重量,使其能够满足现代航空发动机先进性能要求。
当前,业界正在逐步深入研究和实施此项新技术,同时不断地改进和完善先进材料,以期进一步提高航空发动机的性能和可靠性。
新型PPS复合材料
佚名
【期刊名称】《橡塑化工时代》
【年(卷),期】2006(018)004
【摘要】目前,一种用聚癸二酸亚丙基酯(PPS)为基体材料制备的热塑性复合材料可作为铝材的轻质替代材料,应用到飞机上的座位设备中。
这种新型的飞机座位是利用Tepex牌号复合片材以以带压制工艺,最多达到20层的帆布织品作为增韧物压制而成,Tepex牌号复合片材是由德国粘结层压技术股份有限公司制造和供应。
整个座位设备主要由座位支架、扶手、桌而和飞行中的录像机的防护罩组成。
在这些制品中有60%~70%的碳纤维增强物,
【总页数】1页(P28)
【正文语种】中文
【中图分类】TQ327.11
【相关文献】
1.新型抗静电涤纶的研制:Ⅰ.新型涤纶抗静电剂APPS的合成与表征
2.PPS对FEP/PPS复合材料结构与性能的影响
3.2PPPPS-R-2PPPPS新型串并联机构研究
4.2PPPPS-R-2PPPPS新型串并联机构分解和综合
5.PPS树脂评析及CF/PPS成型工艺探讨——PPS树脂性能及复合材料工艺研究进展
因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
热塑性复合材料在飞机上的应用张磊杨卫平张丽(中航工业一飞院,西安)The applications of Thermoplastic matrix Composite on aircraft摘要:阐述了热固性复合材料的缺点,分析了热塑性复合材料的优势,并介绍了其在国内、外军用飞机和民用飞机上的应用情况,指出了国内外的差距,最后对国内纤维增强热塑性复合材料的发展提出了建议。
Abstract: In this study we analyzed the disadvantage of thermosetting matrix composites, the advantage of thermoplastic matrix composites and introduced the applications of thermoplastic matrix composites on aircraft. In addition we pointed out the gap and summarized the research orientation of thermoplastic matrix composites.关键词:热塑性、热固性、聚醚醚酮、聚苯硫醚、抗冲击性Keywords: Thermoplastic、Thermosetting、PEEK、PPS、impact resistance复合材料按树脂类型可分为热固性复合材料和热塑性复合材料。
目前国内外飞机上,大量使用的复合材料为热固性复合材料,包括机翼、机身等主要承力构件。
但是热固性复合材料通常采用热压罐生产工艺,成型时间长,而且在材料运输、存储、工艺准备、实施等方面要求都比较严格,因此生产成本比较高。
另外热固性复合材料对冲击比较敏感,设计和使用时要重点考虑冲击对结构性能的影响。
而热塑性复合材料在这些方面都有一定优势,所以近年来其逐步受到重视[1]。
1 热塑性复合材料的优点与热固性复合材料相比,热塑性复合材料主要有以下优点[2~5]:(1)韧性、损伤容限性能、抗冲击,抗裂纹扩展等性能较好。
由于热塑性树脂分子链的运动能力比热固性树脂强得多,因此热塑性树脂的韧性普遍要高很多,有利于改善复合材料的抗冲击损伤能力。
以碳纤维/聚醚醚酮(PEEK)树脂复合材料为例,其压缩后冲击强度(CAI)值高达342 MPa,与第一代环氧复合材料170 MPa,增韧环氧复合材料250 MPa的平均水平相比,优势明显;(2)成型周期短,生产效率高,节约成本。
热固性复合材料主要的成型方法是预浸料/热压罐工艺,热压罐固化消耗大量的能源和时间,增加制造成本,而热塑性复合材料的成型过程仅仅发生加热变软和冷却变硬的物理变化,只需升温、加压成型、冷却即可完成制备过程,可采用热压成型工艺,故成型周期短、生产效率高、成本低。
另外,热塑性复合材料在材料运输、存储、工艺准备、实施等比热固性复合材料要求低,因此生产成本更低。
两种材料生产制造对比见下表1;表1 热固性和热塑性复合材料对比属性热固性复合材料热塑性复合材料材料运输材料低温运输,并需要温度监控材料普通运输材料存储1、低温存储,-18℃以下存储;2、材料力学性能寿命,一般12个月;3、工艺性能寿命,一般240小时;1、室温存储,一般库房即可;2、材料力学性能寿命无要求;3、工艺实施无特殊要求;工艺准备1、材料回暖处理;2、预浸料需要衬纸保护;3、材料准备需在净化间内完成;1、材料无需回暖处理;2、预浸料或板材无需保护;3、材料准备在一般环境;材料切割1、预浸料剪裁自动下料机;2、边角余料不可利用1、预浸料CNC,板材水切割;2、材料可以回收利用;工艺实施1、手工或自动铺叠;2、真空加热固化,制造节拍8小时;1、板材热压成型;2、无辅助材料,制造节拍5分钟后续处理1、裁真空袋、工装清理;2、表面有需打磨处理1、脱模及完成零件制造;2、表面质量完好,无需打磨;(3)实现结构减重。
热固性复合材料的密度为1.7~2.0g/cm3,而热塑性复合材料的密度为1.1~1.6g/cm3,密度较热固性复合材料小,因此,采用热塑性复合材料具有一定的减重优势;(4)具有重塑性,可以循环利用,提高零件的修理性,降低报废率,废料也可回收。
热塑性复合材料在成形过程中是一个简单的相变过程(即熔融和凝胶),可二次加工;(5)良好的耐热性能。
以环氧树脂为代表的热固性复合材料长期使用温度最高可达130℃,而某些热塑性复合材料的长期使用温度可达250℃以上,并且耐水性极优,可在湿热环境下长期使用。
例如:PEEK树脂的耐热性达220℃,用30%碳纤增强后,使用温度可提高到310℃,可用于某些特殊环境。
因此,热塑性复合材料在飞机结构中的应用,可以缩短零件的制造周期,提高其结构的抗冲击性能,减轻结构的重量,减少飞机的生产和使用成本。
2 国内外飞机应用情况自20世纪60年代以来,高性能连续纤维增强热塑性复合材料就受到欧美日等发达国家的重视。
但长期以来,制约热塑性复合材料在民机上应用的主要原因有以下两个:(1)预浸料制造困难,材料成本高;(2)制件制造成型需要高温高压,对设备和辅料要求高。
从20世纪80 年代开始,以美国为主导的西方国家进行了一系列旨在提高热塑性复材预浸料的制造水平、降低制件制造成本的研究计划,并最终取得大量的研究成果,为高性能热塑性复合材料在民机上的应用推广奠定了基础。
英国帝国化学公司、德国巴斯夫公司、美国杜邦公司等开发了多类热塑性树脂,经波音、空客、洛克希德、福克等制备成飞机蒙皮、整流罩、升降舵等制件并且进行了飞行试验, 证明了热塑性复合材料不仅强度、刚度满足要求, 而且具有更好的韧性和损伤容限性能[6]。
目前常用的先进热塑性树脂主要有: 聚醚醚酮(PEEK)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚酰亚胺(PEI)等。
2.1 国外飞机应用情况热塑性复合材料(TPC)在飞机应用上的巨大潜质,其在国外飞机上的应用如下[7~13]:(1)机翼前缘A340-500/600机翼前缘的J字型结构件,它代替原来由5段铝件组成的D型构件,由长度2.5m和3.2m两段组成,是福克特殊飞机公司制造的,采用荷兰TenCate Composite公司的Cetex玻璃纤维/聚苯硫醚(PPS)薄膜"半预浸料"经过预先压实成板(每块板由5层预浸料组成),然后模压成肋及加强件。
层合板的尺寸为1.2m×3.6m。
玻璃纤维与PPS之间用一种专利化合物粘结。
玻璃纤维/PPS材料放入热压罐内,在300℃以上高温固结。
自A340-600用于验证航线飞行的首次试飞以来,尚未发现新的机翼前缘出现任何故障。
这是热塑性复合材料在民机上首次大规模应用。
A380的机翼前缘也采用热塑性复合材料,如下图1所示,采用了多肋设计理念和用TenCate 公司的玻璃纤维/聚苯硫醚(PPS)制成,相应的选材及加工方式与A340-600类似。
图1 A380机翼固定前缘Fig.1 Leading edge of A380(2)舵面结构新型湾流G650 公务机(JEC2010 创新奖得主)的方向舵和升降舵就是感应焊接的多肋扭力盒结构(见下图2)。
感应焊接是由KVE 复合材料集团的荷兰专家开发,并由福克航空结构件公司实现工业化的一项技术。
这种碳/PPS(TenCate 先进复合材料公司) 的多肋设计比此前的碳/环氧树脂夹层结构重量降低10%、成本降低20%。
图2 湾流G650方向舵Fig.2 rudder of G650(3)舱内地板空客A400M运输机的驾驶舱地板使用了碳纤维/PPS,如下图3所示。
其尺寸3.05m 3.06m,是目前最大的碳纤维热塑性航空结构之一。
图3 空客A400M驾驶舱地板Fig.3 floor of A400M(4) 机身连接零件空客A350客机机体上应用量最大的是机身连接零件。
这些零件位于机身11段到15段,连接机身复合材料壁板与内部的复合材料框架结构。
这些零件使用碳纤维/PPS材料,外形各异,通过先进的集成化单元完成制造,每个单元都拥有执行材料运输的机器人夹持系统、执行材料预热的红外加热器以及执行材料固化的液压式热冲压机。
空客A350热塑性连接角片部位见图4所示。
图4 空客A350热塑性连接角片部位Fig.4 clips of A350(5) 主承力件应用2009年欧盟启动“热塑性经济可承受性航空主结构”(TAPAS)项目,目的是为空客公司开发TPC 平尾扭矩盒和机身结构,进一步增加TPC在当前和未来飞机上的应用比例,如A320neo客机。
项目将分为两个阶段,在2017年完成,目标是两个构件的材料、制造工艺、设计概念和模具设备达到技术成熟度分别达到4级和6级。
项目的第一阶段是采用碳纤维/PEKK材料开发主承力结构,项目制造的TPC平尾扭矩盒和机身验证件分别达到了技术成熟度3级和5级,已于2013年完成。
TPC平尾扭矩盒基于G650的平尾中央部分重新设计,展长12m,其中,蒙皮厚度从2~8mm之间变化,采用单向预浸带制造。
由于TPC固有的韧性能更好地阻止裂纹扩展,能够将蒙皮设计得更薄,因此与热固性复合材料构件相比,该扭矩盒减重10%,如下图5左所示。
图5 热塑性主承力验证件Fig.5 the TPC verificationTPC机身验证件长4m,双曲面外形,其中加强筋长3m,厚度从2.48~5.50mm之间变化。
DTC公司开发了该机身加强筋,及其制造工艺:数控切割TPC材料,机器人铺放,真空预固化,自动运输,压力成形,整个过程仅需15min。
机身壁板验证件如图5右所示。
项目的第二阶段于2014年初开始,将继续提升TPC扭矩盒和机身的技术成熟度。
对于扭矩盒的研究,接下来将开发可获应用认证的材料和工艺,开发一个能够存放燃油的“湿”盒,使用将梁与蒙皮焊接起来的一种结构。
对于机身的研究,主要在于控制蒙皮厚度,特别是对于A320neo或者737max这样的单通道客机,韧性的TPC薄蒙皮结构固然更合适,但其厚度极限需要验证,尤其是考虑到如冰雹撞击或维修工具冲击下的局部载荷作用。
2.2 国内飞机应用情况国内飞机使用复合材料主要是以环氧和双马树脂为基体的热固性复合材料。
对于热固性复合材料抗冲击能力差的问题,主要是通过改性/增韧[15]或降低设计许用值的方法处理,直接改用热塑性复合材料的应用较少。
在实际装机应用方面,“八五”期间采用静电粉末法PEEK预浸料制造了某型机平板舱门,并已在飞机上装机考核,至今工作正常。
见下图7左。
图6 舱门实物[16]Fig.6 the entity of the door[16]另外某型无人机后机身舱门结构采用了热塑性复合材料。