航空材料的新宠复合材料

1、航空材料的新宠复合材料材料是人类赖以生存和开展的物质根底，也是社会现代化和高新技术开展的先导。在材料这个大家庭中，金属材料、无机陶瓷材料、有机高分子材料是大家比拟熟识的，而复合材料，那么是这个家族中一颗璀璨的明珠。复合材料是指由两种或两种以上不同性质、不同形态的组分通过复合工艺组合而成的一种多相材料，它既保持了原组分材料的主要特点，又显示了原组分材料所没有的新性能，可以通过材料设计使各组分的性能互相补充并彼此联络，从而获得新的优越性能。像通常我们理解的玻璃钢，其实就是一种玻璃纤维增强树脂基复合材料。由于有机高分子材料在性能、成型方法及灵敏的可设计性等方面的优势，使以其为基体的高分子基复合材料也

2、称树脂基复合材料，聚合物基复合材料开展非常迅速，目前在军用、民用上获得了广泛的应用。虽然以金属材料、无机材料为基体的复合材料的开展略逊于树脂基复合材料，但它们同样存在很大的开展空间。悠久的历史也许你想象不到，树脂基复合材料的历史可以追溯到几千年前。最早的树脂基复合材料是古人用干草拌黄泥制作墙体和地面的纤维复合材料；而那承载着“卧薪尝胆、“西施浣纱等悠远故事的越王勾践剑，也是一种包层金属复合材料；至今尚存留着无穷奥秘的古埃及木乃伊的包料竟是一种缠绕工艺复合材料；而传统的千层底布鞋，乃是一种三维编织复合材料。这些，都是你始料未及的吧？二战时期，由于战争资源的需要，第一个纤维增强合成材料而成的复合材

3、料应时代而生：1940年，以手糊成型方法制成了玻璃纤维增强不饱和聚酯的军用飞机雷达罩。1944年，玻璃纤维增强树脂作为机身和机翼材料的飞机试飞成功。由此可见，复合材料的诞生和开展都和国家平安严密联络在一起。在人们对复合材料的性质理解还不够深化时，树脂基复合材料主要作为次承力构件应用到航空器中。随着消费工艺的开展，材料性能的逐步进步，复合材料在航空器中的地位越来越重要。怎样减少飞机构造重量以进步飞机的装载效率是百年来飞机开展所一直追求的目的。从20世纪初的木、布构造，到30年代轻合金的全金属构造，30年代60年代虽然金属材料的性能有很大进步，但是单依靠进步金属材料性能来进一步降低飞机构造重量系数

4、即飞机构造重量与飞机起飞重量的比值已到达极限。为此，飞机设计师们不得不寻求新的途径，于是找到了高比强度材料强度与密度的比值、高比刚度材料模量与密度的比值，另外能按控制构造变形要求来设计的纤维增强树脂基复合材料。随后，具有更高比强度、比刚度，同时兼具更高剪切强度、剪切模量以及耐热性的第二代现代复合材料应运而生，主要以硼纤维、碳纤维、芳纶纤维为增强材料，以聚酰亚胺等高性能树脂为基体，同时包括铝、镁、钛等金属基体，金属间化合物，碳化硅、氮化硅等陶瓷基体。而性能更高的氧化铝纤维、碳化硅纤维、晶须等增强材料的出现，更引发了具有多功能、高韧性、耐热的第三代高性能复合材料的开展。1980年以后，先进复合材料

5、在航空、航天等领域已经得到了较为广泛的应用。军民领域的多面手为了进步军用飞机性能，美国空军材料研究所早在20世纪50年代中期就开场寻求比已经采用的铝合金、钛合金等金属材料的比强度、比刚度更大的材料。为此，研究开发了先进树脂基复合材料、铝锂合金等轻质高性能材料。先进树脂基复合材料在航空、航天飞行器构造上的应用获得了成功，现已成为与铝合金、钛合金、钢并驾齐驱的四大构造材料之一。先进树脂基复合材料的用量已经成为飞机先进性的一个重要标志。复合材料飞机构造技术是以实现高构造效率和改善飞机气动弹性与隐身等综合性能为目的的高新技术。先进树脂基复合材料的应用，对飞机构造轻质化、小型化和高性能化起着至关重要的作

6、用。复合材料构造特点和应用效果，在高性能战斗机实现隐身、超声速巡航、过失速飞行控制，前掠翼飞机先进气动布局的实际应用，舰载攻击/战斗机耐腐蚀性改善和轻质化，直升机长寿命和轻质与隐身化等诸多方面得到了展现。复合材料技术已成为影响飞机开展的关键技术之一。美国空军f-117隐身战斗机采用碳纤维增强环氧复合材料做成骨架和外面的蒙皮，没有金属外表，也没有金属铆钉反射雷达波；美国1989年首飞的隐身轰炸机b-2，复合材料占构造用量的50%；f-22根本构型没有采用特殊的外形隐身措施，没有过多牺牲机动性，而它传奇般的隐身性能主要是通过复合材料和隐身涂料完成的。而f-35中应用复合材料已占到构造质量的30%3

7、5%；“旅游者号vyager全复合材料飞机于1986年创下了不加油、不着陆连续环球飞行9天，航程40252千米的世界纪录，其碳纤维构造用量大于90%，飞机的构造重量只有453千克，载油量3吨。军用飞机中复合材料构造件的成功应用，给民用飞机的材料选择带来了宏大的影响，波音、空客等干线客机中复合材料在构造材料中的应用比例也越来越高。空客a380是550座级超大型宽体客机，整机采用了较多的复合材料23%，大大减轻了飞机重量，减少了油耗和排放，降低了营运本钱。波音787“梦想飞机那么是200座300座级飞机，航程随详细型号不同可覆盖650016000千米。它使用碳纤维、有机纤维、玻璃纤维增强树脂以及各

8、种混杂纤维的复合材料制造了机翼前缘、压力容器、引擎罩等构件，不仅使构造重量减轻，还进步了飞机的各种飞行性能。波音787中复合材料的用量达50%，这可使其比目前同类飞机节省20%的燃油消耗。空客公司由于受到波音公司复合材料高用量的威胁，方案在a350飞机上将复合材料的用量再次进步到53%，以形成与波音787飞机的竞争。而倍受国人关注的国产大飞机919复合材料的用量也将到达20%以上。复合材料在飞机上的应用经历了从次承力构件尾翼主承力构件机翼机身主承力构件的开展，已成为飞机构造的主要材料。优异的特性树脂基复合材料具有许多优异性能，尤其是非常合适在航天器构造上使用。随着航天器设计要求的不断进步，复合

9、材料及其工艺技术的开展和成熟，目前复合材料已逐步成为航天器构造的主要材料，如航天器的主承载构造、太阳电池阵列构造、天线构造及其他有关部件均广泛采用了复合材料。树脂基复合材料到底具有哪些优势，让它能具有如此强大的魅力呢？我们知道，普通碳钢的密度一般为7.8克/立方厘米，而玻璃纤维增强树脂基复合材料的密度通常只有1.52.0克/立方厘米。密度比玻璃纤维更小的碳纤维和有机纤维增强树脂基复合材料的密度就更低，这个特性成就了树脂基复合材料的高比强度、比模量，使其具有优异的轻质、高强的特性。人造地球卫星的质量减轻1千克，运载它的火箭质量那么可以减轻1000千克，因此用复合材料来制造人造卫星有很大的优势。二者树脂基复合材料具有非常优异的可设计性，简单地说，就是树脂基复合材料可以根据不同的用处要求，灵敏地进展产品的设计。如对于构造件，可以根据受力情况合理布置增强材料，节约材料、减轻质量；对于耐腐蚀性能要求的产品，选择耐腐蚀