热塑性树脂复合材料应用

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1、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増

2、强各种热塑性树脂所形成的复合材料，因其宥初性、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、低加工成木和重新加工能力，拥有良好的阻燃、低烟和无毒（FST）性能，固化周期

3、可以以分钟记，且其成形过程是天生的非热压罐工艺。这些固宥属性使其成为轻质、低成本航空结构的理想材料。为四科斯基公司宵升机提供大甩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；比注射模槊槊料硬5倍；在生产屮比板材少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，丼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

4、，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主耍应用在地板、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。每个机翼育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。在叫定前缘蒙皮的纤维铺放屮，制造商福克航空结构公句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

5、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、上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。阁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

6、力隔框肋板则使用了碳纤维/PEI材料，而方A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來。方向驼和升降舵的碳纤维/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大父。（2014年10月27-290,福克航空将委托TENCATE先进复材公司在SAMPE中国2014年会上

7、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丫15%,成为占机体重量近50%的复合材料屮的一大亮点。平尾外形长3m,弦长0.62m，厚0.15m,前缘12个肋，后缘14个肋，前£；缘蒙皮分别厚0.6mm和0.9mm。3m长的盒型梁由2个Q形的构件组成，Q形构件及其上下稍弯曲的蒙皮在共冏化屮连接。福克航空结构公句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