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探究在航空航天中热塑性复合材料的重要影响

2020-03-18 174 上传者：管理员

摘要：近年来，热塑性化合物凭借较大强度、相对设计自由度也较高等优势在航空航天工业中发挥的作用越来越广泛。在本文中，伯明翰阿拉巴马大学(UAB)着重分析了航空航天应用的离散或连续碳纤维材料，主要用于盖板和结构载荷元件。描述最近的研究使用的方法包括挤压压缩，可变截面板和真空成型，这显着缩短了制造时间。纤维增强热塑性复合材料具有韧性，成型周期短和可回收性的优点，其加工形状也有其自身的特点。随着制造能力的提高和制造技术的出现，热塑性化合物的成本最终得以解决，其应用前景十分广阔。

关键词：
应用
热塑性复合材料
纤维长度
航空航天
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热塑性复合材料与结构的热塑性聚合物的不连续的增强，碳，玻璃，芳族聚酰胺等纤维增强已在配置中。当温度超过其玻璃化转变温度时，热塑性聚合物的热结构是可逆的，一旦温度低于玻璃化转变温度时，热结构固化。热塑性复合材料重量轻且经济。高强度和硬度的特定，增加的减震和隔音，增加的耐冲击损伤（动态能量吸收），设计的自由度高，结构容量的优点形成复杂的形状，优良的剪切强度性能和断裂强度，热导率可调节的，可回收性，电磁保护，强度/耐久性在恶劣的环境对环境较为友好。

1、长纤维增强热塑性复合材料

LFT（长纤维增强热塑性树脂）通常是指所有长纤维玻璃增强热塑性树脂，其被紧密地称为粒料或复合热塑性片材挤出复合材料。在长纤维颗粒中，纤维沿树脂基质中的轴向平行排列和分布。并且纤维长度等于颗粒长度。此外，尽管树脂完全浸渍，但在短纤维球中，纤维随机地分散在基质中在制造过程中，纤维总是处于连续状态，并且在切割后它们具有恒定的长度。作为立方体，第一个在准备前被压碎。接下来，一般螺杆挤出机造粒，或者将连续纤维和树脂基质挤出并用螺杆挤出机造粒。切割的纤维粒料在制造过程中经受螺杆挤出机的挤出过程，其中大多数纤维被切割力和螺旋块严重损坏。在它融化后，纤维长度变得非常短。

2、在飞机中的应用

第一架飞机的典型材料是金属，以及目前实现多重效果的工艺，例如减轻重量。减重和长使用寿命是实现飞机经济性的两个重要因素，精细化合物的优点是可以制造轻质部件，减少胶水或减轻结构重量。它可以焊接。较大的飞机中金属材料或热固性化合物的逐步替代已成为新材料和新技术发展的方向，发达国家和航空机构在这一领域的研究也越来越多。热塑性复合材料在复杂结构的生产中存在一些技术难点，缺乏相关的制造工艺，但是自动化材料和设备的先进发展，成形和焊接技术的进步。它很可能被用作轴承主体结构中未来飞机的主要材料，包括机身。

实现轻量化时再进行发展过程中的一个重要目标，例如A380使用了TenCate生产的大量CETEXSystem3热塑性聚酰亚胺复合材料。CETEXSystem3用于飞机行李箱，走道，地板和厕所，但很薄，但无孔且不需要油漆，因此您不必担心烟雾或火焰毒性。在进行具体的生产过程中有必要使用较少涂料量，这可以更好地保护材料并使得飞机的使用时间不短延长。热塑性聚酰亚胺复合材料还被运用于美国宇航局曾经进行投入生产研究的超音速飞机。50%的结构材料是基于热塑性聚酰亚胺作为基质树脂的碳纤维增强复合材料，据报道每架飞机的数量约为30t。

3、薄壁碳纤维LFT构件

虽然对薄玻璃纤维增强热塑性树脂薄壁件进行了大量研究。由于碳纤维的高导热性而用碳纤维增强的热塑性塑料在与模具表面接触时引起淬火。由薄壁LFT碳纤维（厚度小于2mm）增强的热塑性复合材料将面临挑战，因为材料流中的冷固体层（接触冷壁）比例很高。

实施例1：UAB团队的研究加深了对碳纤维LFT化合物薄壁结构的理解。已经表明，可以生产复杂的形状，例如曲线，凸缘，尖角和仅2-3mm的壁厚。图1将碳纤维LFT复合材料应用于航空电子设备和航空航天外壳和基板，以取代铸铝盖板和基板，以减轻重量，振动/噪音和制造成本它表明。选择热塑性复合材料的主要原因是它们具有高阻尼和减振性能，良好的隔热效果，低成本和短的制造时间。

图1 2块基板由铰接装配，飞机气动外壳由4块扇形组成

4、结束语

现如今，我国的相关的发展规划不断深化，热塑性复合材料产业将在中国新兴战略产业的发展中具有重要的意义。目前，该领域的国家研究基本与外界同步，基本建立了原料和复合材料的物化系统。相关的国家研究机构和公司密切关注相关的机遇，关注新兴产业的高需求，促进原材料生产的技术进步，促进热塑性复合材料系统的研究，加工技术和水平。应用程序开发支持努力将国内热塑性复合材料产业有更好的发展。

参考文献：

[1]郭云竹.热塑性复合材料研究及其在航空领域中的应用[J].纤维复合材料,2016,33(03):20-23.

谢海洋,黄风美.热塑性复合材料在航空航天中的应用[J].中国化工贸易,2019,11(29):158.