热塑性树脂复合材料应用
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。
玻璃纤维增强热塑性复合材料
玻璃纤维增强热塑性复合材料
玻璃纤维增强热塑性复合材料是一种具有优异性能的新型材料，它将玻璃纤维和热塑性树脂结合在一起，通过复合加工形成。
这种复合材料因其独特的性能，在航空航天、汽车制造、建筑领域等得到了广泛应用。
首先，玻璃纤维增强热塑性复合材料具有很高的强度和刚度。
玻璃纤维是一种优秀的增强材料，具有很高的拉伸和弯曲强度，可以有效地增加复合材料的整体强度。
同时，热塑性树脂具有良好的成形性，可以使复合材料具有良好的成型性能，适用于各种复杂形状的制造。
其次，玻璃纤维增强热塑性复合材料具有很好的耐腐蚀性能。
玻璃纤维不容易被化学物质侵蚀，具有较高的耐腐蚀性，因此在恶劣环境下仍能保持良好的性能稳定性。
这使得该材料在一些特殊领域有着广泛的应用前景。
此外，玻璃纤维增强热塑性复合材料具有很好的耐高温性能。
玻璃纤维可以耐受较高温度下的应力，不易变形或熔化，因此在高温环境下仍能保持稳定的性能。
这使得该材料在一些需要耐高温性能的领域有着重要的应用。
综上所述，玻璃纤维增强热塑性复合材料以其优异的性能，在各个领域都有着广泛的应用前景。
随着科技的不断发展和进步，相信这种新型材料将会在未来得到更广泛的应用和推广。
碳纤维增强热塑性复合材料在航空领域的应用及其发展
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
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面的改性研究，一面是改善湿热性能提高其使用温度;另一面则是提高韧性，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。
热塑性复合材料的制造技术与应用
! ! 众所周知， 复合材料 简单地可 划分为两 个类 型： 一是热固性复合材料； 一是热塑性复合材料。热 固性复合材料得到广泛应用。进入 "& 世纪， 热塑性 复合材料越来越被人们重视。特别是民用产业显得 格外突出。据估计， 目前全球热塑性复合材料已占 复合材料总量的 )#/ 。 &! 纤维增强热塑性复合材料的优点 随着热塑性复合材料在航天、 航空、 汽车及其他 领域应用的不断发展， 热塑性复合材料逐渐被人们 所认识， 并成为复合材料研究开发的重点之一。纤 维增强热塑性复合材料具有以下优点： ! 预浸料可长期保存。热塑性复合材料由于 聚合反应已经完成， 因此预浸料保存期比较长。 韧性好。由于热塑性树脂韧性比热固性树 " 脂好， 热塑性复合材料的耐冲击性能也较热固性复 合材料高， 因此纤维增强热塑性复合材料在冲击性 能要求较高的汽车工业等领域获得了飞速的发展。 # 可回收再利用。将热塑性复合材料的边角 余料或报废制品粉碎后， 取代部分基体树脂或增强 材料， 对复合材料的性能影响不明显， 或重新压制成 力学性能要求稍低一些的制品。这样就减少了废料 对环境的污染， 因此热塑性复合材料被称为 “ 绿色 材料” ， 世界各国都把树脂基 复合材料的发展重点 放到了热塑性复合材料上。 $ 生产加工周期短。热塑性片材模塑料的成 型加 工通常采用冲 压工艺， 其生产周期只 有 "# 0 ’#1 2 次。 "! 纤维增强热塑性复合材料的制造技术 热塑性塑料具有在特殊温度范围内反复加热软 化， 冷却硬化、 加工成型方便， 机械性能较好的特点。 热塑性塑料主要包括聚乙烯、 聚丙烯、 聚氯乙烯、 聚 苯乙烯! ,34 树脂、 聚酰胺、 聚甲醛、 聚碳 酸酯、 聚 苯醚、 聚砜等。大部分都是通用合成树脂。为提高 热塑性塑料的机械性能， 可用增强材料增强。常用 的增强材料有： 玻璃纤维、 碳纤维、 芳纶纤维、 硼纤维 和各种天然纤维。 "5 &! 热塑性复合材料预浸料的制造技术 对于连续纤维增强热塑性复合材料预浸料的制
热塑性复合材料在飞机上的应用
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]。
热塑性复合材料在汽车轻量化领域的应用及问题分析
汽车轻量化的重要意义
汽车轻量化，是汽车行业发展的必由之路 节约能源、减少环境污染成为世界汽车工业界亟待解决的两大问题。 减轻汽车自重是节约能源和提高燃料经济性的最基本途径之一； 减轻汽车自身质量是降低汽车排放、提高燃油经济性的最有效措施之
LFT
CFT
热塑性复合材料
纤维长度与性能的关系
SFT：增强纤维长度0.2-0.6mm，LFT：纤维长度6-25mm; CFT：纤维连续
随着纤维保留长度的增加，材料的力学性能、刚度、冲击强度迅速增加。 LFT和CFT由于性能优良，故又称为先进热塑性复合材料。
长纤维增强热塑性复合材料
LFT所选用纤维 玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、金属纤维、甚至有机纤维； 玻璃纤维价格便宜，性价比高，LFT中玻璃纤维用量占90%以上，其次是
一。世界铝业协会的报告指出，汽车的自身质量每减少10%，燃油的消 耗可降低6～8%；
根据最新资料，国外汽车 自身质量同过去相比减轻 了20%～26%。预计在未来 的10年内，轿车自身质量 还将继续减轻20%。
汽车轻量化水平的高低， 已成为衡量一个国家汽车 发展水平的重要标志。
汽车轻量化的途径
长纤维增强热塑性复合材料
LFT与BMC和SMC的比较优势
SMC：片状模塑料（Sheet Molding Compound） BMC：团状模塑料（Block Molding Compound）
SMC/BMC为热固性塑料，难以回收； SMC和BMC在模具内是热固化过程，加工周期长，生产效率低。 而LFT的成型过程是摸内物理冷却过程，速度快。 由于环境保护的压力，BMC和SMC逐步被LFT所取代。
热固性复合材料与热塑性复合材料
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。
热塑性复合材料在航空器上的应用发展研究
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。
热固性复合材料与热塑性复合材料
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。
热塑性复合材料
热塑性复合材料
热塑性复合材料是一种由连续纤维增强材料和热塑性树脂组成的复合材料。
在
这种材料中，连续纤维通常是玻璃纤维、碳纤维或芳纶纤维，而热塑性树脂可以是聚丙烯、聚酰胺或聚酯等。
热塑性复合材料因其优异的力学性能、耐高温性能和成型加工性能而得到广泛应用。
首先，热塑性复合材料的优异力学性能是其最大的特点之一。
由于连续纤维的
加入，使得复合材料具有很高的强度和刚度，能够承受较大的载荷。
同时，热塑性树脂的良好粘合性能也能有效地传递载荷，提高材料的整体性能。
这使得热塑性复合材料在航空航天、汽车、船舶等领域得到了广泛的应用。
其次，热塑性复合材料具有良好的耐高温性能。
热塑性树脂在高温下依然能够
保持较好的力学性能，不会出现软化或熔化的情况。
这使得热塑性复合材料能够在高温环境下长期稳定地工作，满足特殊工况下的使用需求。
因此，热塑性复合材料在航空航天领域的发展中扮演着重要的角色。
另外，热塑性复合材料还具有良好的成型加工性能。
由于热塑性树脂的特性，
热塑性复合材料可以通过热压成型、注塑成型等工艺进行成型加工，制作出各种复杂的结构件。
这种灵活的加工性能使得热塑性复合材料在制造领域得到了广泛的应用，为产品的设计和制造提供了更多的可能性。
总的来说，热塑性复合材料以其优异的力学性能、耐高温性能和成型加工性能，在航空航天、汽车、船舶等领域得到了广泛的应用。
随着科学技术的不断进步，相信热塑性复合材料将会有更广阔的发展前景，为各个领域的发展提供更多的支持和保障。
热固性复合材料与热塑性复合材料
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。
聚丙烯腈基碳纤维增强热塑性复合材料成型工艺及应用
聚丙烯腈基碳纤维增强热塑性复合材料成型工艺及应用张超，黄勇（中国石化上海石油化工股份有限公司先进材料创新研究院，上海200540）摘 要：聚丙烯腈基碳纤维增强热塑性复合材料（PAN-CFRTP）因其优异的耐高温性能、刚韧平衡性能等特性，在汽车、医疗器械、航空航天、化工机械等领域被广泛使用。
主要介绍了上浆剂法、液相氧化法、等离子体法三碳纤维界面改性方法以及拉挤成型、缠绕成型、真空辅助成型三种CFRTP成型工艺。
最后通过介绍碳纤维增强尼龙（CF/PA）、碳纤维增强聚苯硫醚（CF/PPS）、碳纤维增强聚醚醚酮（CF/PEEK）三种复合材料的性能特点，说明CFRTP在市场中的巨大应用需求潜力，尤其在航空航天等高端领域。
关键词：聚丙烯腈；碳纤维；热塑性复合材料；界面改性；成型工艺中图分类号：TB 322 文献标识码：A 文章编号：2095-817X（2021）01-0059-005聚丙烯腈基碳纤维（PAN-CF）的制备分为聚丙烯腈原丝液的制备以及碳纤维的制备。
首先，聚合反应单体丙烯腈与加入的少量第二单体（如丙烯酸甲酯）和第三单体（如亚甲基丁二酸），以偶氮二异丁腈（AIBN）为引发剂，以二甲基亚砜（DMSO）或硫氰酸钠（NaSCN）为溶剂，通过共聚反应生成聚丙烯腈原丝液。
接下来，聚丙烯腈原丝液经过纺丝、预氧化、低温碳化、高温碳化、石墨化等工艺过程，得到含碳量大于90%的无机碳材料，即PAN-CF[1]。
PAN-CF的碳化收率能达到45%，高于其他几种原料（沥青、粘胶、酚醛等）制备的碳纤维。
PAN-CF成为如今生产应用研究最为广泛的碳纤维，得益于其生产工艺流程易控，成本较低。
碳纤维由于其独特的乱层石墨结构，高强高模，且耐高温、耐腐蚀。
一般来说，碳纤维主要是通过与热塑性、热固性树脂复合，通过一定的成型工艺制备得到复合材料，才能发挥其优异的综合性能。
热塑性树脂包括聚丙烯（PP）、聚酰胺（PA）、聚苯硫醚（PPS）、聚醚醚酮（PEEK）等。
复合材料常用热塑性树脂简介
复合材料常用热塑性树脂简介1、聚烯烃聚烯烃树脂是一类发展最快、品种最多、产量最大的热塑性树脂，主要品种有聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等。
（1）聚氯乙烯聚氯乙烯在工业上是由氯乙烯通过游离基型加聚反应而得。
工业聚氯乙烯树脂主要是非晶态结构。
硬质聚氯乙烯（未添加增塑剂）具有良好的力学性能、耐候性和耐燃性，可以单独用作结构材料。
硬质聚氯乙烯可用增强材料（如玻璃纤维）进行增强，增强后聚氯乙烯强度与刚度可增加数倍，但热扭变温度无显著提高。
聚氯乙烯有较高的化学稳定性。
除了浓硫酸（浓度超过90%）和50%以上的浓硝酸以外，聚氯乙烯耐酸、碱的性能良好，并耐大多数油类、脂肪和醇类的侵蚀，但不耐芳烃类、酮类、酯类的侵蚀。
环己酮、四氢呋喃、二氯乙烷和硝基苯则是它的溶剂。
聚氯乙烯在室温下是稳定的，但温度超过100℃导致释出氯化氢，使聚合物颜色变深，为了改善其热稳定性，在进一步加工过程中都要加入稳定剂。
（2）聚乙烯聚乙烯是聚烯烃树脂中发展最为迅速的一种树脂，制造方法有高压法、中压法、低压法等。
聚乙烯的分子结构简单，具有良好的结晶性，使聚乙烯的溶解性能降低，但提高了聚合物的力学强度和硬度。
低压法聚乙烯软化点在120℃以上，使用温度可达80～100℃，但此时不能承受载荷。
其耐寒性良好，摩擦性能良好，化学稳定性高。
它的吸水性极小，并且有突出的电绝缘性能和良好的耐辐射性。
其缺点是力学强度不高，热变形温度很低，故不能承受较高的载荷。
用玻璃纤维增强聚乙烯可使力学性能和热性能有很大提高，通常用20%～25%的玻璃纤维增强聚乙烯。
（3）聚丙烯聚丙烯的特点是结晶度很高，相对密度小（约为0.90～0.91g/cm2），熔点在170～175℃范围内，分子量一般在15～70万之间，与其它聚烯烃相比，聚丙烯相对分子质量的分布较宽。
聚丙烯的强度和刚性均超过聚乙烯，尤其具有突出的耐弯曲疲劳性能。
缺点是蠕变比聚酰胺和聚氯乙烯要大得多。
聚丙烯耐热性较好，热变形温度为90～105℃。
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。
热塑性复合材料的加工技术现状、应用及发展趋势
热塑性复合材料的加工技术现状、应用及发展趋势摘要：热塑性复合材料（FRT）具有密度低、强度高、加工快、可回收等突出特点，属于高性能、低成本、绿色环保的新型复合材料，已部分替代价格昂贵的工程塑料、热固性复合材料(FRP)以及轻质金属材料（铝镁合金），在飞机、汽车、火车、医疗、体育等方面有广阔应用前景。
本文概述了热塑性复合材料(FRT)的种类、结构和性能特点，并详细介绍了国内外最新加工技术、应用及发展趋势，以及未来面临的障碍和挑战。
复合材料(Composite Material)分为两种主要类型：热固性（聚合物树脂基）复合材料（FRP)和热塑性（聚合物树脂基）复合材料(FRT)，其中，FRT(如GFRT和CFRT, Fiber Weight%:40-85wｔ%)具有密度低（1.1-1.6g/cm3）、强度高、抗冲击好、抗疲劳好、可回收、加工成型快、造价低等突出特点，属于高性能、低成本、绿色环保的新型复合材料。
通过选择原材料(纤维和树脂基体)的种类、配比、加工成型方法、纤维(GF,CF)含量和纤维(单丝和编织物)铺层方式进行多组份、多相态、多尺度的宏观与（亚）微观的复合过程（含物理过程和化学过程）可以制备FRT，并根据要求进行复合材料结构与性能的设计和制造，达到不同物理、化学、机械力学和特殊的功能，最终使各种制品具有设计自由度大、尺寸稳定、翘曲度低、抗疲劳、耐蠕变等显著优点，部分替代价格昂贵的工程塑料、非环保F RP和轻质金属材料（如铝镁合金）。
目前，FRT广泛应用在电子、电器、飞机、汽车、火车、能源、船舶、医疗器械、体育运动器材、建筑、军工等工业产品，近年，更随着全球各国对节能减排、环保、可再生循环使用等要求的不断提高，FRT获得更快速发展，相关新材料、新技术、新设备不断涌现。
基本种类根据制品中的最大纤维保留尺寸大小，FRP(GFRT和CFRT)可分为：(1)非连续纤维增强热塑性复合材料(N-CFT)，包括短切纤维增强工程塑料(SFT，最大纤维保留尺寸0.2-0.6mm)；(2)长纤维增强热塑性复合材料(LFT-G，LFT-D，最大纤维保留尺寸5-20mm)；(3)连续纤维增强热塑性复合材料(Continuous Fiber Reinforced Thermoplastics, CFT，最大纤维保留尺寸>20mm;包括：玻纤毡增强型热塑性复合材料GMT)。
(整理)热塑性树脂基复合材料拉挤成型研究及应用进展
热塑性树脂基复合材料拉挤成型研究及应用进展自上世纪8 0 年代中期始，人们对采用拉挤工艺制造连续纤维增强热塑性塑料复合材料（FRTP）产生了极大兴趣。
这是因为采用热塑性复合材料可避免热固性复合材料固有的环境友好性差、加工周期长和难以回收等不足，并且可具有更好的综合性能，如：较强的柔韧性和抗冲击性能、良好的抗破坏能力、损伤容限高、可补塑、可焊接、生物相容性好、可回收、成型时无需固化反应、成型速度快及可以重复利用等特点[1]。
尽管热塑性塑料拉挤成型具有上述优点，但迄今仍未获得普遍的商业应用。
原因在于这种工艺受到以下缺点的制约：如熔体黏度高、成型温度高、基体在室温下呈固态，需要精确控制冷却和熔体冷却时收缩率大，产品质量波动大等。
为了使热塑性材料的拉挤成型应用获得更广泛的应用，重要的任务是开发最合适的加工工艺、降低成本和提高质量。
由于拉挤工艺本身是一种能够经济的连续生产复合材料的典型制造工艺，并且可以实现自动化连续生产及制品的用途广泛，所以该工艺在工业发达国家已受到普遍重视，发展速度很快。
如美国专利（专利号：US5091036）以及Dr.Scott Taylor 对热塑性复合材料的研究成果的发表[ 2 ] ，给热塑性复合材料拉挤成型的工业应用带来突破性的推进。
概括而言，从热固性基体拉挤成型转变到热塑性基体拉挤成型所遇到的关键问题主要包括：基体在室温下呈固态、在熔融温度下流动性差（黏度高）和熔体冷却时收缩率大等特点，目前，实施热塑性树脂基复合材料的拉挤成型典型研究成果及其进展可概括如下。
1 生产工艺方面由于热塑性树脂融体的黏度大，浸渍困难，因而改进研究工作的关键点集中在浸渍技术方面，而不同拉挤工艺的根本区别也就在浸渍方法和浸渍工艺的差异上。
通常，根据浸渍技术可把热塑性复合材料拉挤工艺分为非反应型拉挤工艺和反应拉挤工艺两大类。
从目前应用情况来看，非反应型工艺占主体，应用较为广泛，相对来讲也比较成熟[ 3 ] 。
树脂复合材料在汽车内饰中的应用
纤维复合而成。由于天然纤维具有价格低廉、 可 回收、 可降解 、 可再 生等优点 ， 所以成为汽车内饰 的首选。 与之相比由玻璃纤维、 芳香族 聚酰胺纤维或碳纤维等人造合成纤维组成的传统 型纤维增强复合 材料 ， 虽 然 强 度 和 韧性 都 能 达 到 要 求 ， 但 是 制 造耗 能 大 、 造价高 ， 而 内部环境的舒适度 、 汽车内电子设备 的应用及其使用寿命等 。因此 且对环境污染严重 ， 所以被排斥在汽车内饰之外 。 Ｎ ＭＴ目前主要应用在轿车的产 品有很多 ， 如门内板 、 行李箱 、 顶 汽车 内饰要 求 制作 原料 必 须 具备 较 好 的 强度 和 韧 性 、 较低 的质 量 与 成本 、 良好的隔音效果等性 能， 这就要求内饰部件的材料组成复杂 ， 棚、 座椅背板 、 衣帽架 、 仪表盘等 。 世界著名的戴姆勒一 克莱斯勒公 司 制作工艺也需要更高的劳动含量。为了能够保证汽车 的竞争力 ， 汽 目前 已经成功的将天然纤维增 强热塑性复合材料应用 在其 生产 的 车的研究人员对汽车内饰的研究和开发也越来越重视 ， 树脂复合材 奔驰系列轿车上 ， 取代 了原本此类车在车门、 车内部件 上用 的木纤 料也 逐 渐成 为 了 汽车 内饰 的关键 材 料之 一 。 维复合材料 ， 替换后的亚麻／ 剑麻毡增强的环氧树脂复合材料 ， 不仅 世界上许多汽车公 司都开发 了以树脂为基础原料 的复合材料 ， 在质量上减轻了百分之二十以上 ，还大大改善了零件 的机械性 能， 以适 应 汽 车 内饰 的复 杂要 求 ， 如Ｂ ａ ｓ ｅ ｌ ｌ ， Ｉ ｎ ｅ ｏ ｓ 等公司的 Ｐ Ｐ （ 聚丙 烯 ） 尤其 在 安全 保护 方 面效 果 极好 。另 外 ， 采用 亚 麻， 剑 麻毡 增强 树 脂 复 系列产品， 其抗 冲性 高、 流动性强 ， 适用于薄壁门板的注射成型； Ｄ ｏ ｗ 合材料能较容易 的将复杂的立体构件成型， 在车门内板等部件上具 化 学 公 司开 发 的 Ｕ — ｎ ｉ ｐ ｏ ｌ 聚合 工艺 生 产 的抗 冲共 聚 Ｐ Ｐ ， 刚性 和 韧性 有 较 好 的应 用效 果 。 好， 抗 低 温 冲击 效果 优 异 。 本 文通 过 实 际生产 调 研 ， 对树 脂 复合 材 料 世界著名的福特汽车公司在此方面也取得了很大的成就 。 福特 的性能及其在汽车内饰中的应用进行 了具体 的分析 ， 为树脂复合材 公 司 的德 国 材料 工 程 研 发 部 门开 发 出 了亚麻 ／ Ｐ Ｐ注 射 成 型技 术 ， 这 料 在汽 车 内饰 中的发 展 提供 了有 力 的 支撑 。 种材 料 广 泛 应 用 于制 造 冷 凝 器 加 、 引 擎 挡 板 等部 件 ， 与 此 前 应 用 的 ２ 树脂 复 合材 料 简介 玻璃纤维增强热塑性复合材料相 比， 此类材料的部件质量减轻 了四 ２ ． １树脂 复合材料的组成及分类 分之一。菲亚特公司也开发出新 型的天然纤维复合材料 ， 将其应用 树 脂复 合 材料 是 指 一种 以树脂 为 基 础 ， 与 纤维 增 强 材料 及 辅 助 在汽车座椅 、 仪表盘、 车门把手以及密封圈等的制作上， 应用效果极 材料复合组成 的新型材料 ， 具有较好 的强度和刚度 ， 抗疲劳性能和 好 。 耐 腐蚀 性 能都 比较好 ， 可 设 计性 极 强 ， 制 造 较 为方 便 ， 造 价 很低 。树 在我国华南理工大学也开发 出来 了新 型的天然纤维复合材料 ， 脂 材料 可 以分 为 热 固 性 和热 塑 性 两 大 类 ，热 固性 材 料 包 括 通 用 树 它们 以黄麻纤维毡增强聚丙烯加入各种不 同的改性剂和填料 ， 对复 脂、 工程塑料及特种工程塑料 ， 热塑陛树脂是指线性高分子材料 ， 遇 合纤维材料进行了表面处理以及玻璃纤维混杂等方式 ， 显著的提高 热膨胀 、 熔融 、 熔体流动性强 ， 冷却后成为固体 ， 加工过程可逆 ， 形态 了麻纤维复合材料 的力学性能 ， 并通过与长春一汽 的车身车架厂合 变 化过 程 为物 理 变 化 ， 所 以制 造 加工 成 型极 为 容 易 。热 塑 性树 脂 材 作 ， 将麻纤维增强热塑性复合材料应用 于汽车侧护板 以及车内装饰 料及其复合材料多采用注塑成型 ，产 品多为汽车 内饰或装饰件 ， 应 板上 。 另外 ， 天然纤维中的洋麻 、 大麻 、 亚麻、 木纤维等同聚丙烯复合 用 十分 广泛 。 后， 根 据 不 同 的性 能 ， 已经 广 泛 应 用 汽 车 内 的杂 物 箱 以及 其 他 的 车 汽 车 用热 塑 性树 脂 复合 材 料 种类 繁 多 ， 其 中以 由聚 丙 烯基 材 和 内装 饰 件上 。 增强体复合 成的烯类复合 材料应用最为广泛 ， 具有质量轻 、 性能优 随着 近年 来 汽车行 业 的迅猛 发展 ， 人 们 对 汽 车舒 适 度 的要 求 也 异、 易回收的特点 。烯类复合材料包括玻璃纤维毡增强热塑性 复合 越来 越 高 ， 与 此 同 时汽 车 工 业 给人 类 带 来 越 来越 严重 的 污 染 ， 给 人 材料（ Ｇ Ｍ Ｔ ） 、 长 纤 维增 强 热塑 性 复合 材 料 （ Ｅ Ｆ Ｔ ） 、 天然 纤 维 增强 热 塑 类社 会 的生 产 和发 展 带来 了很 大 压力 ，从 而促 使 汽 车行 业 向省 油 、 性 复 合 材料 （ Ｎ Ｍ Ｔ ） 、 碳 纤 维增 强 热 塑 性复 合 材 料 （ Ｇ Ｆ Ｒ Ｐ ） ， 其 中 以天 环保 而 又舒 适 的 方 向发展 。目前 汽车 轻 量化 是 汽车 节 能减 排 的一 个 然纤维增强热塑性复合材料在汽车内饰 中应用最为广泛 ， 后文将对 重要举措 ， 树脂复合材料必然在 汽车 中得到广泛的应 用 ， 而天然纤 其 进行 具 体 论述 。 维增强热塑性复合材料以其独特的特点 ， 也必然会越来越广泛的应 ２ ． ２树 脂 复合 材 料 的性 能特 点 用于汽车的内饰件 中， 使车内的环境更好 、 更舒适。 树脂复合材料具有 的主要性能特 点有 ： 一是质量轻 、 强度较高 ， ４ 结束 语 树 脂 复 合 材 料 的相 对 密 度 较 小 ， 一般在 １ ． ５ — ２ 之间， 为 碳 钢 的 四分 本文首先对 树脂复合材料对汽 车工业 的重要作用进行 了具体 之一左右 ， 但是强度较大、 承载能力高 ， 使 用树脂复合材料的汽车配 的描 述 ， 然 后 对树 脂 复 合 材 料 的组 成 、 分 离 以及 性 能 特 点 进 行 了探 件， 可以大幅度减轻汽车重量 ， 降低油耗 ， 节约成本 ； 二是性能具有 讨和分析 ， 最后结合实体实例 ， 对天然纤维增强热塑性 复合材料在 可 设计 性 ， 树 脂 复合 材料 的物 理 性能 、 化学性能、 力 学性 能 都 可 以根 汽 车 内饰 中 的广 泛应 用进 行 了 详 细 的论 述 ， 并 对树 脂 复 合 材 料在 汽 据产品要求对原材料及其配 比进行选择设计 ，通过不 同的种类 、 配 车内饰 中的应用情况进行 了展望 ， 为树脂复合材料在汽车 内饰中的 比、 加工方法 、 纤维含量 以及铺层方式进行合理设计 ， 从而达到材料 推 广应 用起 到较 好 的促进 作 用 。 的要求 ； 三是 耐 腐蚀 性 能 良好 ， 树 脂 复 合材 料 通 常有 很 好 的耐 磨 性 ， 参 考 文献 而 且根 据 配 件使 用 要求 ，可 以有 针对 性 地 对 复合 材 料 进行 生 产 ； 四 ［ Ｉ ］李彦春．国内外玻璃钢／ 复合材料在汽车上应用现状及发展趋 势 是减振性能 良好 ， 树脂复合材料的振动衰减 系数很大 ， 有很好 的抗 ｆ Ｊ １ ． 热 固性树 脂 ， ２ ０ ０ １ ， （ ６ ） ： １ ４ — １ ７ ． 冲击性 ， 当汽车发生碰撞 时， 可以减轻对人体的伤害， 有利于汽车的 ［ ２ 】 杨 福 生等 ． 国外 热 塑Ｉ ｝ 生 树 脂 基 复合 材 料 现 状及 发 展 趋 势ｆ Ｊ ］ ． 吉林化 行车安全 ； 五是加工工艺简单 ， 树脂复合材料的结构复杂 ， 配件生产 工学 院 学报 ， ２ ０ ０ １ ， （ ６ ） ： ７ ６ — ７ ９ ． 可 以采用模具一次成型法进行生产 ， 不仅减少零件个数及接头紧固 ［ ３ ］ 刘晓烨，戴干策． 黄麻 纤维毡的表 面处理及其增强聚丙烯 复合材 件， 还可以节省原材料和工时 ， 极大的降低生产成本 ； 六是树脂复合 料 的 力 学性 能ｆ Ｊ １ ． 复合 材料 学报 ， ２ ０ ０ ６ ， ２ ３ （ ５ ） ： ６ ３ — ６ ９ ． 材料的配件对缺 口、 应 力 集 中 等敏 感 性 差 ， 纤 维 具 有 阻
热塑性复合材料在飞机上的应用
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、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
摘要：热塑性复合材料因具有韧性、耐蚀性和抗疲劳性高，成形工艺简单、周期短，材料利用率高，预浸料存放环境与时间无限制等优异性能而得到快速发展，并逐渐进入航空制造领域。
尤其是近年来，在欧盟以及空客、福克航宇等航空制造企业的强力推动下，热塑性复合材料在民机上频频崭露头角，在一些部件上成为热固性复合材料的有力竞争对手。
热塑性复合材料如果想继续扩大在民机上的应用，必须进入机体主承力构件，然而，热塑性应用于主承力构件还三个挑战，即原材料成本高，铺放工艺缓慢，以及预浸料粘性问题。
关键词：热塑性复合材料碳纤维机体内饰主承力结构热塑性复合材料是以玻璃纤维、碳纤维、芳烃纤维及其它材料增强各种热塑性树脂所形成的复合材料，因具有韧性、耐蚀性和抗疲劳性高，成形工艺简单、周期短，材料利用率高，预浸料存放环境与时间无限制等优异性能而得到快速发展，并逐渐进入航空制造领域。
尤其是近年来，在欧盟以及空客、福克航宇等航空制造企业的强力推动下，热塑性复合材料在民机上频频崭露头角，在一些部件上成为热固性复合材料的有力竞争对手。
1 热塑性复合材料的民机应用潜质以聚苯硫醚（PPS）,聚醚酰亚胺（PEI）,聚醚醚酮（PEEK）和聚醚酮酮（PEKK）为基体的先进增强热塑性复合材料（TPC），具备高刚度、低加工成本和重新加工能力，拥有良好的阻燃、低烟和无毒（FST）性能，固化周期可以以分钟记，且其成形过程是天生的非热压罐工艺。
这些固有属性使其成为轻质、低成本航空结构的理想材料。
为西科斯基公司直升机提供大型热塑性复合材料地板的纤维锻造公司提供了如下一组数据：热塑性复合材料比钢轻60%，硬度是其6倍；比铝轻30%；比热固性复合材料强韧2倍；比注射模塑塑料硬5倍；在生产中比板材少60%碎屑。
上述性能特点和数据对比表明，热塑性复合材料是一种天生的航空结构材料，并且在民机应用上拥有巨大的潜质，甚至可能在未来为航空复合材料制造带来一场热塑性革命。
2 热塑性复合材料在民机上的典型应用目前，热塑性复合材料（TPC）在民机上的应用主要体现在机体结构件和内饰件上，这其中，碳纤维增强PPS的TPC占大多数。
2.1 机体结构件机体结构件中，TPC主要应用在地板、前缘、控制面和尾翼零件上，这些零件都是外形比较简单的次承力构件。
空客A380客机、空客A350客机、湾流G650公务机和阿古斯塔·韦斯特兰AW169直升机都是热塑性机体结构件的应用大户。
空客A380客机上最重要的热塑性复合材料结构件是玻璃纤维/PPS材料的机翼固定前缘。
每个机翼有8个固定前缘构件，其中热塑性材料占到了整个用料的三分之二。
在固定前缘蒙皮的纤维铺放中，制造商福克航空结构公司选择了先进的超声点焊作为铺放设备的加热系统。
图1 空客A380热塑性机翼前缘空客A350客机机体的热塑性复合材料主要分布在可移动翼梁和肋上以及机身连接处1。
应用量最大的是一系列机身连接零件，每架A350需要大约8000个，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。
这些零件外形各异，部分是简单的L形，其它更为复杂，它们的尺寸在任何一个维度上都不超过203mm。
这些机身连接零件使用碳纤维/PPS材料，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。
图2 空客A350热塑性机身零件湾流G650公务机在热塑性复合材料应用方面是一个里程碑，它的压力隔框肋板则使用了碳纤维/PEI材料，而方向舵和升降舵都使用了碳纤维/PPS材料，后者标志着民机主控制面采用热塑性复合材料的时代已经到来。
方向舵和升降舵的碳纤维/PPS多肋结构比常规的碳纤维/环氧三明治结构轻10%、便宜20%，利用先进的感应焊技术替代胶接和铆接是一个重要的成本削减因素，也是一项技术创新。
参与G650方向舵和升降舵研制的湾流公司、福克航空结构公司、TenCate 先进复材公司、KVE复材公司、Ticona工程聚合物公司因此获得了2010年的JEC大奖。
(2014年10月27-29日，福克航空将委托TENCATE先进复材公司在SAMPE中国2014年会上展出热塑性复合材料方向舵。
欢迎点击“阅读原文”预约参观。
)图3 湾流G650热塑性方向舵阿古斯塔·韦斯特兰AW169直升机的平尾采用了碳纤维/PPS材料2，比常规热固性复合材料的设计轻了15%，成为占机体重量近50%的复合材料中的一大亮点。
平尾外形长3m，弦长0.62m，厚0.15m，前缘12个肋，后缘14个肋，前后缘蒙皮分别厚0.6mm和0.9mm。
3m长的盒型梁由2个Ω形的构件组成，Ω形构件及其上下稍弯曲的蒙皮在共固化中连接。
福克航空结构公司开发的模具带有可移除的内部心轴，可以让梁在一个步骤中成形，只需数分钟。
图4 阿韦AW169热塑性平尾此外，空客A400M运输机的驾驶舱地板和复合材料机身防冰板分别使用了碳纤维/PPS和玻璃纤维/PPS材料。
其中，驾驶舱地板尺寸3.05m*3.06m，是目前最大的碳纤维热塑性航空结构之一。
图5 空客A400M驾驶舱地板可以看到，上述机体结构件几乎都是采用的PPS热塑性树脂。
PPS是可用于航空的热塑性材料中成本最低的材料解决方案，可以很容易地与增强体制成预浸带，有着优秀的强度、硬度和方向稳定性，具备工艺和环保优势，可以使用快速制造工艺。
此外，PPS对燃料、油料、溶剂和防冰剂有良好的抵抗力，具备极低的吸湿性，这使其在内饰件上也有着广泛的应用。
2.2 内饰件内饰件方面，TPC的应用更加广泛，座椅、行李架导轨、个人空气系统导管等。
切削动力公司、TenCate公司、Ticona工程聚合物公司和A&P技术公司联合开发的碳纤维/PPS热塑性复合材料座椅，获得了2011年JEC大奖。
波音787的行李架顶部导轨使用了C形和L形的TPC，个人空气系统导管使用了玻璃纤维/PEI材料；庞巴迪“全球快车”公务机的窗框使用了玻璃纤维/PPS材料。
此外，SABIC创新塑料公司和Tri-Mack塑料制造公司分别开发了可用于飞机内饰件的碳纤维/PEI材料和碳纤维/PEEK材料，应用范围包括小桌板支杆、托架，以及扶手、踏板好咖啡壶底架等厨房用品。
其中，碳纤维/PEEK材料比金属减重70%，疲劳强度达4~5倍；比热固性复合材料制造周期快数倍以上，材料回收能力更强；加之其耐化学和耐腐蚀性，以及振动和噪声抑制的改进，是金属和热固性复合材料内饰件的良好替代材料。
3 热塑性复合材料民机主承力构件的研究进展热塑性复合材料（TPC）在民机应用上的巨大潜质，使得民机制造商一直非常关注该材料在民机主承力构件上的应用，并开展了众多研究，研究的重点是主承力构件的先进制造工艺。
这其中，欧洲尤其是荷兰的贡献不可小视，欧盟框架研究计划中的“热塑性经济可承受性航空主结构”（TAPAS）项目已经进入第6个年头，依托荷兰TPC技术，项目产生了大量成果；波音也与荷兰TenCate先进复材公司、斯托克·福克公司以及Twente大学建立了热塑性复合材料研究中心（TPRC）；此外，加拿大的魁北克航空研究与创新联盟（CRIAQ）也在关注直升机TPC构件。
3.1 欧盟框架计划的进展3.1.1欧盟框架计划的进展欧盟框架研究计划中的“热塑性经济可承受性航空主结构”（TAPAS）项目于2009年启动，目的是为空客公司开发TPC平翼扭矩盒和尾翼结构，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3，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。
技术难点包括：开发和验证适合的材料，“对接接头”连接，制造技术，如纤维焊接、压力成形和纤维铺放。
TAPAS项目的成员包括空客、荷兰福克航空结构公司、TenCate先进复材公司、Technobis 纤维技术公司、荷兰热塑性复材公司（DTC）、KVE复材集团、机载复材公司、KE工厂公司、CODET公司、荷兰国家航空实验室（NLR）、Delft 技术大学和Twente大学等。
项目的第一阶段已于2013年完成，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。
TPC 尾翼扭矩盒基于G650的垂尾中央部分重新设计，展长12m，其中，蒙皮厚度从2mm~8mm之间变化，采用单向预浸带制造。
福克航空结构公司采用一种利用焊接的“对接接头”方式在蒙皮上集成了T型加强筋，据称这在制造工艺、成本和重量上都是革命性的。
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%。
TPC 机身验证件长4m，双曲面外形，其中加强筋长3m，厚度从2.48~5.50m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。
图6 热塑性扭矩盒验证件项目的第二阶段于2014年初开始，将继续提升TPC扭矩盒和机身的技术成熟度，使其获得市场的关注4。
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，主要挑战在于控制蒙皮厚度，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。
欧盟框架研究计划中还有一个“经济的先进前缘结构”（COALESCE）项目，开发多肋薄蒙皮设计的前缘，蒙皮在铺放过程中利用激光电焊加热，肋是片状预成形件，与蒙皮在共固化过程中以“对接接头”方式连接。
A380固定前缘的焊接接头剥离强度是10N/mm，而带圆角的“对接接头”要强10倍，而且以该方式生产的前缘结构比A380的成本低30%。
图7 带圆角的“对接接头”3.2其它的研究进展福克航空结构公司在TAPAS项目之外还开发了几个验证件：TPC带筋翼面壁板、TPC正弦梁、TPC带筋机身壁板。
采用“对接接头”连接T型加强筋的TPC 翼面壁板比碳纤维/环氧材料减少了15~30%的成本。
正弦梁采用碳纤维/PEKK 材料，其设计制造也得益于“对接接头”的开发，使该结构比简单I型梁具备更高硬度和抗弯性，而热固性复合材料难以快速、经济地制造这样的结构。
机身壁板由碳纤维/PEEK材料制造5，在阴模中铺放，先铺垂直筋条，再自动铺放蒙皮，随后蒙皮和筋共固化，最后使用感应焊技术把水平框架和壁板连接起来。
图8 热塑性机身壁板验证件加拿大魁北克航空研究与创新联盟（CRIAQ）包括庞巴迪、贝尔直升机和普惠加拿大等企业、大学和政府组织，它们完成了两个TPC结构的开发项目：轻型直升机划橇式起落架TPC薄壁、圆锥形管件；1.2m长的直升机TPC尾梁，尾梁必须承受重要的弯矩，以及发动机高温排气。