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【回首閱兵】先進樹脂基復(fù)合材料的應(yīng)用

 金烏神 2015-09-08

  9月3日,紀念中國人民抗日戰(zhàn)爭暨世界反法西斯戰(zhàn)爭勝利70周年大會在北京天安門廣場隆重舉行。30多位外國領(lǐng)導(dǎo)人、19位政府高級代表和多名國際組織負責(zé)人齊聚北京,在天安門城樓上一同觀看了盛大的閱兵式表演。



  此次閱兵,共有20余種機型,近200架飛機,組成10個空中梯隊飛越天安門廣場接受檢閱,創(chuàng)造了新中國歷次閱兵的規(guī)模和機型數(shù)量之最。



  受閱飛機按照作戰(zhàn)模塊分為空中護旗方隊、領(lǐng)隊機梯隊、預(yù)警指揮機梯隊、轟炸機梯隊、殲擊機梯隊、海軍艦載機梯隊、海上巡邏機梯隊、加受油機梯隊、直升機梯隊等10個空中梯隊,涵蓋了我國軍隊現(xiàn)有先進作戰(zhàn)和保障機種,并且全部為正式列裝部隊。



  近年來,隨著我國航空工業(yè)的飛速發(fā)展,我國在航空實力上得到了顯著的提升。與此同時,對于航空材料的使用也提出了更高的要求。一些更為先進的復(fù)合材料逐步在航空工業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。先進復(fù)合材料具有質(zhì)輕、高強度、高模量、抗疲勞、耐腐蝕、可設(shè)計、工藝性好,容易制造大型結(jié)構(gòu)和整體結(jié)構(gòu)的特點,是理想的航空結(jié)構(gòu)材料,已成為下一代飛機機體的主結(jié)構(gòu)材料。



  根據(jù)美國航空航天局(NASA)的劃分,航空用各種先進復(fù)合材料可以分為以下幾種:樹脂基復(fù)合材料(PMC,工作溫度一般小于425℃)、金屬基復(fù)合材料(MMC,工作溫度為425~900℃)、金屬間化合物基復(fù)合材料(IMC,主要用于650~120℃)、陶瓷基復(fù)合材料(CMC,其工作溫度為1100~1650℃)以及碳復(fù)合材料(C/C,其工作溫度在1800℃乃至更高一些)等,其中,尤以樹脂基復(fù)合材料在航空工業(yè)中的應(yīng)用最為廣泛。

  先進樹脂基復(fù)合材料通常指的是采用高性能增強材料(主要為碳纖維)增強的環(huán)氧、雙馬等樹脂基結(jié)構(gòu)復(fù)合材料。按樹脂類型的不同,樹脂基復(fù)合材料又分為熱固性樹脂基復(fù)合材料熱塑性樹脂基復(fù)合材料。前者的基體樹脂在固化劑和溫度的作用下形成不溶不熔的體型高分子,其加工成形溫度較低,耐化學(xué)性也較好,但加工周期長、性脆。后者的基體樹脂為線型,支鏈型分子結(jié)構(gòu)的高聚物,高溫熔融,冷卻即固結(jié),其特點是加工周期短、韌性好、可重復(fù)回收再生,但成形溫度較高,耐化學(xué)性稍差。

  連續(xù)纖維增強的樹脂基復(fù)合材料具有各向異性和性能可設(shè)計性特點,可以按照工程結(jié)構(gòu)的使用要求選用適當?shù)慕M分材料和調(diào)整纖維方向,使設(shè)計的結(jié)構(gòu)重量更輕、安全可靠和經(jīng)濟合理。它的另一個特點是材料和結(jié)構(gòu)雙重性,制造材料即制造結(jié)構(gòu)。

  近年來,隨著在材料性能提高、工藝改進、成本降低等方面取得重大進展,先進樹脂基復(fù)合材料在軍民用飛機及航空發(fā)動機上的應(yīng)用更加廣泛。進樹脂基復(fù)合材料大都為碳纖維增強熱固性樹脂復(fù)合材料,其中環(huán)氧樹脂占統(tǒng)治地位。

而本次閱兵式的飛機皆由中航工業(yè)制造,中航工業(yè)所用的AG-80四官能團環(huán)氧樹脂全部由我司生產(chǎn)提供

  目前,制造先進樹脂基復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的主要方法是預(yù)浸料-熱壓罐成形工藝,針對此法生產(chǎn)效率低、制造成本高和產(chǎn)品質(zhì)量重復(fù)性較差等缺點,不少飛機公司和研究機構(gòu)都在大力正在發(fā)展更為先進的能顯著提高生效益、縮短固化時間和裝配時間的制造技術(shù),如采用縫合預(yù)形和3維編織預(yù)形增強體的樹脂轉(zhuǎn)移成形(RTM)法和樹脂膜熔浸法(RFI)、預(yù)浸纖維束自動鋪放技術(shù)、自動鋪帶技術(shù)和電子束固化等。

  美國在先進樹脂基復(fù)合材料方面具有強大的、全面的研究和生產(chǎn)基地,綜合實力最強,是世界上最大的生產(chǎn)國和消費國,具有材料的能力。美國的低成本復(fù)合材料技術(shù)的發(fā)展和機敏復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的研究計劃,其規(guī)劃和發(fā)展速度都遠超過其他國家。美國曾在國防關(guān)鍵技術(shù)中確立了分階段發(fā)展這種復(fù)合材料的目標:1995年前發(fā)展耐370℃的飛機結(jié)構(gòu)用的樹脂基復(fù)合材料,至2000年樹脂基復(fù)合材料的成本降低40%,2005年推出能自檢結(jié)構(gòu)損傷的全尺寸機敏(又稱智能)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)演示件。西歐國家某些方面領(lǐng)先于美國,如共固化技術(shù)、熱塑性樹脂基復(fù)合材料代表性樹脂-聚醚醚酮的供應(yīng)和金屬薄板-纖維增強樹脂基復(fù)合材料層板。日本在碳纖維制造技術(shù)方面居世界領(lǐng)先地位,其品種、性能和產(chǎn)量均為世界一流,是碳纖維主要生產(chǎn)國。

  在一代又一代技術(shù)人員的努力下,目前我國的樹脂基復(fù)合材料也已達到了世界前列的水平。同時,我國也已能夠自主研發(fā)生產(chǎn)T700、T800碳纖維、聚酰亞胺纖維、芳綸纖維等世界先進的復(fù)合材料。希望在我們共同的努力下,我國的復(fù)合材料業(yè)能夠更上一層樓!

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