中國新一代飛機關鍵複合材料實現完全自主保障|預浸料|樹脂基體

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廖子龍，中航複合材料有限責任公司副總工程師，研究員（資料圖）廖子龍，中航複合材料有限責任公司副總工程師，研究員。長期從事樹脂基體及預浸料研究工作，多次負責重大課題項目中樹脂及預浸料研製，國產碳纖維應用研究。對高性能樹脂改性，熱熔法預浸料製備工藝與設備等方面進行了系統研究，針對我國碳纖維等增強材料複合材料開展全面研究和驗證，突破國產碳纖維複合材料應用的關鍵技術，在我國新一代直升機上獲得應用。先後獲得集團科技進步一等獎2項，二等獎3項，三等獎2項，某型機航空報國金獎三等獎，某型直升機設計定型二等功，直升機國產複合材料應用研究及工程化應用項目二等功。先進複合材料具有比模量、比強度高，抗疲勞、耐腐蝕，可設計性強等性能特點，已在航空裝備中得到廣泛應用，成為飛機結構最重要的材料之一，其用量成為飛機先進性的重要標誌之一。與傳統的飛機機體使用的金屬材料(如鋁合金)相比，複合材料在製造或使用中遭受意外衝擊(如冰雹、飛石、裝配過程的工具跌落等)時，其內部易出現不易觀測到的分層損傷，嚴重威脅飛機結構的安全。因此，如何提高複合材料的抗衝擊損傷能力是複合材料在機翼、機身等主承力結構應用的關鍵技術之一。隨著複合材料技術的不斷發展和飛機結構對複合材料要求的提高，1990年波音公司制定了高韌性碳纖維環氧預浸料標準(BMS8-276)，提出了適合民機主承力結構用複合材料的技術指標體系，大大推動高韌性複合材料技術的發展與應用。隨著高強中模碳纖維及與之匹配的高韌性樹脂基體等關鍵技術的突破，高強中模碳纖維增強3900-2、977-1、8551-7、M91和M21E樹脂複合材料等為代表的高韌性複合材料抗衝擊損傷能力顯著提高，複合材料的CAI值達到310MPa以上，並在飛機主承力結構得到廣泛應用。高韌性預浸料技術體系目前，航空先進複合材料的主要基體材料是熱固性樹脂(如用量較多的環氧樹脂基體類，雙馬來醯亞胺基體類)，熱固性樹脂具有成型工藝性、耐環境性和尺寸穩定性好等優點，傳統的熱固性樹脂基體韌性較差，並遺傳給碳纖維複合材料較低的抗衝擊損傷能力。提高碳纖維複合材料抗衝擊損傷能力是先進複合材料及應用的關鍵技術之一，主要核心技術是基體樹脂增韌。熱固性樹脂最有效的增韌方法之一是向樹脂基體中加入韌性組分，通過構造所謂的「復相」或「多元」體系的手段達到提高樹脂基體體系韌性的目的。傳統熱固性樹脂基體的增韌方法主要是在樹脂中加入高性能的熱塑性樹脂，這種增韌技術通常稱之為本體增韌技術，在本體增韌技術基礎形成了初、中等韌性熱固性樹脂。樹脂本體增韌技術引入大量熱塑性成分後，犧牲了原有熱固性樹脂良好的黏性，使其工藝性明顯「劣化」，預浸料鋪敷性下降。此外，樹脂化學成分的改變以及固化後相結構的改變，使得增韌樹脂新結構的控制非常複雜。中航工業複合材料技術中心/中航複合材料有限責任公司(簡稱中航工業復材)是國內最早開展先進複合材料研究的單位，曾承擔大量國家、國防重點高性能樹脂及複合材料研究項目。在熱固性樹脂增韌機理、中等韌性、高韌性樹脂體系開發和適用於韌性樹脂的預浸料製備工藝與設備等方面開展了大量系統的研究工作。

發展系列化、具有自主知識產權的複合材料層間增韌技術。在不改變原有熱固性樹脂預浸料的工藝優點，並保持其面內力學性能不變的同時，大幅度提高了複合材料的衝擊損傷能力，達到了波音公司對高韌性結構複合材料的要求(BMS8-276)，為第三代高韌性複合材料發展和應用奠定了技術基礎。自主研發基於增韌組分再分配原理的複合材料增韌技術體系。在複合材料成型過程中，樹脂體系中的增韌組分向複合材料層間的轉移、富集，從而達到對複合材料抗損傷能力薄弱的層間增韌的目的，形成了第二代高韌性環氧樹脂基體(如5228A、9916-II等)和雙馬樹脂基體(QY9611、5429等)複合材料。開發自主知識產權韌性樹脂預浸料製備技術。採用渦旋非同步分離膜滑延轉印及反向滲透複合預浸，突破高精度高韌性樹脂膜製備及其連續化生產關鍵技術，研製出國內首台適用於高韌性樹脂預浸料製造設備，實現高精度高韌性預浸料連續工程化生產，填補了國內高韌性預浸料製備工藝技術和專用裝備的空白。

[責任編輯：詹嘉寶]標籤：預浸料樹脂基體抗損傷

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