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自上世紀 60 年代樹脂基碳纖維復合材料在航空航天領域應用以來,復合材料適用場景不斷拓展,同時,對材料綜合性能也提出了更高的要求,其中,耐高溫、低成本、功能化是未來材料體系的主要發(fā)展方向。
①耐高溫
按照材料耐溫級別的不同,航空航天用碳纖維增強樹脂基復合材料可分為中溫、中高溫、高溫三種類型,可分別與環(huán)氧、雙馬來酰亞胺、聚酰亞胺等熱固性樹脂相對應。
環(huán)氧樹脂基復合材料最高長期使用溫度為 130℃至 150℃,在翼梁、縱梁、機翼蒙皮及航空發(fā)動機冷端部件等具有廣泛應用;雙馬來酰亞胺樹脂基復合材料的最高長期使用溫度為 150℃至 250℃,可滿足高速長時飛行的航天裝備對輕質(zhì)耐高溫復合材料的應用需求;經(jīng)過幾十年的發(fā)展,聚酰亞胺樹脂基復合材料已形成了從 280℃至 450℃的涵蓋四代的耐高溫樹脂基復合材料體 系,可滿足高推重比航空發(fā)動機外涵機匣 300℃以上的長期使用溫度。
②功能化
復合材料的功能化是指把現(xiàn)有材料巧妙地組合,人為地按使用目的設計出 來的材料系統(tǒng)技術,不僅可以把不同的材料組合起來,在同一種材料中凝聚各 種構(gòu)成材料所具有的特性,而且也可以期待創(chuàng)造出全新的功能。常規(guī)的復合材 料主要用作結(jié)構(gòu)材料,提供本身的機械性能,在此基礎上運用功能化技術,賦予材料以其他如導電、磁性、吸波、透波、屏蔽、阻燃、防熱、吸聲等功能,實現(xiàn)結(jié)構(gòu)功能一體化。
③低成本
航空航天材料從過去單純追求高性能發(fā)展到現(xiàn)今綜合考慮性能與價格的平衡,成本是限制先進復合材料應用范圍擴展的重要因素,低成本化貫穿材料、結(jié)構(gòu)設計、制造、檢測評價以及維護維修等全過程。碳纖維復合材料的原材料碳纖維價格較為昂貴,尤其是高模、高強的碳纖維長期被海外巨頭所壟斷,加速原材料國產(chǎn)化并推廣替代應用是降低成本的重要路徑。
除此之外,制造成本在整個成本中也占有相當大的比例,各種低成本制造技術發(fā)展很快,尤其是以樹脂傳遞成型為代表的液體成型技術和以大型復雜構(gòu)件的共固化/共膠接為代表的整體化成型技術等均得到了很大的發(fā)展。航空航天材料的低成本是一個重要發(fā)展趨勢。