先进复合材料在航空航天领域的加工和应用

第1章绪论

1.1前言

复合材料（Composite Materials）,一词大约出现在20世纪50年代，由于其具有高度的复杂性多样性存在着多种颇为严格的定义，国内最权威的是两院院士师昌绪给出的比较全面完整的定义，这个定义的叙述是：“复合材料是有有机高分子，无机非金属或金属等几类不同材料通过复合工艺组合而成的新型材料，它既能保留原组分材料的主要特色，又通过复合效应而获得原组分所不具备的性能，与一般材料的简单混合有本质的区别。”［1］

1.2先进复合材料在航空航天领域的应用

碳纤维是纤维状的碳素材料，含碳量在90%以上。具有十分优异的力学性能，与其它高性能纤维相比具有最高比强度和最高比模量。特别是在2000℃以上高温惰性环境中，是唯一强度不下降的物质。此外，其还兼具其他多种得天独厚的优良性能：低密度、高升华热、耐高温、耐腐蚀、耐摩擦、抗疲劳、高震动衰减性、低热膨胀系数、导电导热性、电磁屏蔽性、纺织加工性均优良等。因此，碳纤维复合材料也同样具有其它复合材料无法比拟的优良性能，被应用于军事及民用工业的各个领域，在航空航天领域的光辉业绩，尤为世人所瞩目。2005年世界碳纤维的耗用量已超过2万吨，图1为21世纪前十年碳纤维需求量的统计预测情况。航空航天领域的碳纤维需求情况见表1所示，约占总消耗量的20％左右。

图1:世界碳纤维需求量(单位:吨)

可维的需求量有所减少，2002年约减少20%，2003年则减少约9%。2003年以后航空航天领域对碳纤维的需求出现快速增长，2006年与2001年相比将增长约40%，2008年将增长约76%，到2010年和2001年相比预计增长超过100%。本文将介绍碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）在航空航天领域应用的新进展［2］

表1:世界碳纤维按应用领域需求的统计和预测

1.2.1航空领域应用的新进展

T300碳纤维/树脂基复合材料已经在飞行器上广泛作为结构材料使用，目前应用较多的为拉伸强度达到5.5GPa，断裂应变高出T300碳纤维的30％的高强度中模量碳纤维T800H纤维。军品碳纤维增强树脂基复合材料是生产武器装备的重要材料。在战斗机和直升机上，碳纤维复合材料应用于战机主结构、次结构件和战机特殊部位的特种功能部件。国外将碳纤维/环氧和碳纤维/双马复合材料应用在战机机身、主翼、垂尾翼、平尾翼及蒙皮等部位，起到了明显的减重作用，大大提高了抗疲劳、耐腐蚀等性能，数据显示采用复合材料结构的前机身段，可比金属结构减轻质量31.5%，减少零件61.5%，减少紧固件61.3%；复合材料垂直安定面可减轻质量32.24%。用军机战术技术性能的重要指标，结构重量系数来衡量，国外第四代军机的结构重量系数已达到27～28%。未来以F-22为目标的背景机复合材料用量比例需求为35%左右，其中碳纤维复合材料将成为主体材料。国外一些轻型飞机和无人驾驶飞机，已实现了结构的复合材料化。目前主要使用的是T300级和T700级小丝束碳纤维增强的复合材料。

图2:美国F－22军用飞机

民品

在民用领域，555座的世界最大飞机A380由于CFRP的大量使用，创造了飞行史上的奇迹。飞机25%重量的部件由复合材料制造，其中22%为碳纤维增强塑料(CFRP),3%为首次用于民用飞机的GLARE纤维－金属板（铝合金和玻璃纤维超混杂复合材料的层状结构）。这些部件包括：减速板、垂直和水平稳定器(用作油箱)、方向舵、升降舵、副翼、襟翼扰流板、起落架舱门、整流罩、垂尾翼盒、方向舵、升降舵、上层客舱地板梁、后密封隔框、后压力舱、后机身、水平尾翼和副翼均采用CFRP制造。继A340对碳纤维龙骨梁和复合材料后密封框――复合材料用于飞机的密封禁区发起挑战后，A380又一次对连接机翼与机身主体结构中央翼盒新的禁区发起了成功挑战［3］。仅此一项就比最先进的铝合金材料减轻重量1.5吨。由于CFRP的明显减重以及在使用中不会因疲劳或腐蚀受损。从而大大减少了油耗和排放，燃油的经济性比其直接竞争机型要低13%左右，并降低了运营成本，座英里成本比目前效率最高飞机的低15%--20%，成为第一个每乘客每百公里耗油少于三升的远程客机。

图3:空中客车A-380

1.2.2航天领域的新进展

火箭、导弹以高性能碳(石墨)纤维复合材料为典型代表的先进复合材料作为结构、功能或结构/功能一体化构件材料，在导弹、运载火箭和卫星飞行器上也发挥着不可替代的作用。其应用水平和规模已关系到武器装备的跨越式提升和型号研制的成败。碳纤维复合材料的发展推动了航天整体技术的发展。碳纤维复合材料主要应用于导弹弹头、弹体箭体和发动机壳体的结构部件和卫星主体结构承力件上，碳/碳和碳/酚醛是弹头端头和发动机喷管喉衬及耐烧蚀部件等重要防热材料，在美国侏儒、民兵、三叉戟等战略导弹上均已成熟应用，美国、日本、法国的固体发动机壳体主要采用碳纤维复合材料，如美国三叉戟-2导弹、战斧式巡航导弹、大力神一4火箭、法国的阿里安一2火箭改型、日本的M-5火箭等发动机壳体，其中使用量最大的是美国赫克里斯公司生产的抗拉强度为5.3GPa的IM-7碳纤维，性能最高的是东丽T-800纤维，抗拉强度5.65Gpa、杨氏模量300GPa。由于粘胶基原丝的生产由于财经及环保危机的加剧，航天级粘胶碳丝原料的来源一直是美国及西欧的军火商们深感棘手的恼头问题。［4］五年前，法国SAFRAN公司与美国WaterburyFiberCote Industries公司以有充分来源的非航天级粘胶原丝新原料开发成功名为RaycarbC2TM的新型纤维素碳布，并经受了美军方包括加工、热/结构性质及火焰冲刷试验在内的全部资格测试，在固体发动机的全部静态试验中都证明该替代品合格，2004年十一月，该碳布/酚醛复合材料已用于阿里安娜V Flight164上成功飞行。

图4:法国阿里安娜V型导弹

卫星、航天飞机及载人飞船高模量碳纤维质轻，刚性，尺寸稳定性和导热性好，因此很早就应用于人造卫星结构体、太阳能电池板和天线中。现今的人造卫

星上的展开式太阳能电池板多采用碳纤维复合材料制作，而太空站和天地往返运输系统上的一些关键部件也往往采用碳纤维复合材料作为主要材料。

碳纤维增强树脂基复合材料被作航天飞机舱门、机械臂和压力容器等。美国发现号航天飞机的热瓦，十分关键，可以保证其能安全地重复飞行。一共有8种：低温重复使用表面绝热材料LRSI；高温重复使用表面绝热材料HRSI；柔性重复使用表面绝热材料FRSI；高级柔性重复使用表面绝热材料AFRI；高温耐熔纤维复合材料FRIC―HRSI；增强碳/碳材料RCC；金属；二氧化硅织物。其中增强碳/

碳材料RCC，最为要的，它可以使航天飞机承受大气层所经受的最高温度1700℃。［5］

随着科学技术的进步，碳纤维的产量不断增大，质量逐渐提高，而生产成本稳步下降。各种性能优异的碳纤维复合材料将会越来越多地出现在航空航天中,为世界航空航天技术的发展作出更大的贡献。

第2章复合材料的真空袋成型工艺

2.1复合材料真空袋成型

先进树脂基复合材料具有优异的性能,应用前景广阔,但是由于目前较多地采用热压罐成型工艺制备,存在成本较高、制件尺寸受限制等因素,因此复合材料工作者不断研究各种非热压罐成型工艺,其中真空袋成型工艺由于具灵活、简便、高效等特点得到广泛的应用。

真空袋成型工艺的主要设备是烘箱或其他能提供热源的加热空间,其组装方法一般与热压罐工艺类似。对于热压罐成型工艺,由于工艺过程中施加较高的压力(通常为0.3～0.7M Pa),大部分材料中的孔隙通过真空系统逸出或随着多余树脂的流出而排出,剩余的孔隙发生压缩、破碎并溶解在基体中,从而得到低孔隙含量的复合材料,特别是不会遗留下大尺寸的缺陷。但是在真空袋成型工艺中,由于真空压力最多为一个大气压,孔隙和挥发分只能通过逸出的方式排出,因此与热压罐成型工艺相比,预浸料铺层中的孔隙和挥发分的处理是一个问题,所制备材料的孔隙率通常为3%或更高,而高孔隙含量会直接影响到复合材料的力学性能和耐湿热性能。

针对这一问题,主要存在两种技术路径,一种是从树脂体系入手,调节树脂的流变特性,使孔隙和挥发分在预浸料凝胶前尽可能逸出;另一种途径就是通过工艺措施的改进,使预浸料中的孔隙和挥发分在制备过程中更容易排出,双真空袋(DB)成型工艺就是这种途径的有益尝试。

从上世纪80年代开始,美国Naval Air Wa rfa re Cente r和NAS A Langley R esearch Center就相继开展了多种树脂体系和多种形式的双真空袋成型工艺的

[6～9],双真空袋成型工艺就是在预浸料毛坯上封两层真空袋,两层研究

真空袋之间放置一导气工装,两层均与真空系统连接,其原理就是在复合材料固化过程中,在预浸料处于B阶段时,使预浸料铺层暴

露在真空中但同时并不承受任何压实的作用力,从而促使预浸料毛坯中的孔隙和树脂中的挥发分能够很容易地逸出。本工作将通过对双真空成型工艺的研究,对通常的真空袋成型工艺进行改进,以提高真空袋成型工艺制备的复合材料的品质。

2.2试验

采用LT203/T700SC复合材料体系,推荐工艺为:在室温抽真空,以每分钟2～3℃的速率升温至75℃,恒温7h,然后以不大于0.5℃/m in的速度冷却至40℃以下取出制件。由于双真空袋工艺只是在一定阶段采用双真空的模

式,该阶段的设置需要结合具体树脂体系的流变特性和凝胶特性来研究确定。LT203树脂体系的粘度-温度曲线(升温速率为2℃/min)如图5所示,树脂在30℃时具有较高的粘度,开始升温后粘度迅速下降,在约55℃时降至10Pa·s,然后一直到约90℃以前均处于一个低粘度区间。试验过程中分别在高粘度区和低粘度区进行工艺设置如图6所示,分别在30℃,55℃,65℃和75℃设置双真空工艺平台,以考察工艺对树脂粘度的依赖性。同时进行真空袋工艺的对比试验,然后根据分析测试结果来对工艺进行评价和优化。

图5L T203树脂的粘度温度曲线

通过测试复合材料的层间剪切强度来初步表征工艺过程对复合材料学

性能的影响,测试标准采用JC/T773-1982;通过超声C扫描考察复合材

料的内部质量,并结合光学显微镜来观察复合材料中孔隙含量和树脂对纤

维的浸渍情况。

2.3试验结果与分析

2.3.1D B工艺对层间剪切强度的影响

对几种工艺制备的复合材料测试厚度和重量,结果见表2。可以认为DB 2a,DB2b和DB2c工艺均未对材料固化过程的流胶和压实产生显著影响;而DB2d工艺由于设置的温度平台过高,恒温60m in后粘度迅速增加,如图7所示,预浸料压实不充分,导致复合材料板材偏厚,因此未继续参与工艺的评价。层间剪切强度的测试结果如图8所示,与普通真空袋工艺相比,当在树脂固化加热过程中的高粘度区间设置DB工艺平台时,复合材料的层间剪切强度无明显变化,而在55℃和65℃的低粘度区间设置DB工艺平台后,二者的层间剪切强度分别由真空袋工艺的70.7M Pa大幅度提高至85M Pa和83.5M Pa,因此可以初步认为DB工艺的适当设置显著提高了L T-03/T700SC复合材料的力学性能。

图6DB工艺的设置

表2300mm ×300mm 的L T203/T700SC

复合料板材的重

量和厚度

图775℃时L T203树脂的粘度曲线V acuum bag

309g 279g g 2.08mm DB 2a

307g 278g 2.06mm DB 2b

308g 276g 2.08mm DB 2c 309g 280g 2.08mm

图8DB工艺对复合材料层间剪切强度的影响(1—真空袋工艺;2—DB 2a工艺;3—DB2b工艺;4—DB2c工艺)

2.4复合材料板材质量的分析

图9为复合材料板材的超声C扫描图像,可以发现超声C扫描图像与

复合材料的层间剪切强度。

具有非常明显的对应关系,真空袋工艺和DB2a工艺制备的板材中有一些程度不等的缺陷,分别对应层间剪切强度为70.7M Pa和71.5M Pa 相比较而言,DB2b工艺和DB2c工艺制备的板材内部质量较好,层间剪切强度得到了显著提高。这表明相应DB工艺平台的设置,使材料的内部质量得到较大的改进。

通过光学显微镜对复合材料的显微结构进行观察可了解材料中介于微观和宏观尺度之间的缺陷构成和分布状况,如图10所示,真空袋工艺和DB2a工艺制备的板材中存在较多数量的孔隙,尤其是富树脂区内的孔隙没有充分排除,而DB2b 和DB2c工艺制备的板材中孔隙很少。在通常的真空袋工艺制备的复合材料中,孔隙主要来源于树脂配制过程中裹入的空气、树脂中的挥发分或小分子副产物以及预浸料铺贴的操作过程中裹入预浸料片层之间的空气。在铺贴中预压实操作和固化时抽真空虽然可以抽走大部分的空气,但是由于预浸料通常具有一定粘性,预浸料片层会局部粘结在一起,而且真空对毛坯存在一个压实作用,在一定程度上封闭了孔隙排出的通道,并且使预浸料毛坯内部孔隙和毛坯外部的压力梯度降低,减小了孔隙运动的驱动力,因此毛坯中的部分孔隙难以排出而滞留在复合材料中构成缺陷。

图9不同工艺制备复合材料的C扫描图像

(a)真空袋工艺;(b)DB2a工艺;(c)DB2b工艺;(d)DB2c工艺

而在DB工艺中,预浸料毛坯处于真空环境中,且不存在压实力的作用,因此孔隙运动的驱动力始终不低于一个大气压,当温度升高时,压力梯度进一步增加,有利于孔隙的排除,同时纤维束内孔隙的排除也有利于树脂对纤维束的浸渍。因此在树脂粘度较低时引入DB工艺可以显著降低复合材料的孔隙含量,使得采用真空成型工艺制备的板材的质量能够达到接近于热压罐成型工艺的水平。

图10不同工艺制备复合材料的光学显微图像

(a)真空袋工艺;(b)DB2a工艺;(c)DB2b工艺;(d)DB2c工艺

复合材料真空袋成型工艺示意图：

图11

2.5结语

使用真空袋成型工艺制备了LT203/T700SC复合材料,并对该工艺进行了研究和优化,结果表明,与常规真空袋成型工艺相比,真空袋成型工艺有利于孔隙的排出,制备的复合材料孔隙含量较低,力学性能大幅度提高,复合材料的质量得到较大改进。

第3章先进复合材料热压罐共固化技术

3.1热压罐成型

高聚物基复合材料热压罐成型(vacuum/auto-e]ave proeess for polymer matrix eomposite)利用真空袋和热压罐，加热、加压成型复合材料制品的方法。真空袋的作用是在热压罐固化过程中加速坯料中陷入的空气或其他挥发物的逸出。因此，这种成型方法又称热压罐/真空除气成型。它是采用连续纤维单向预浸料，制备高性能结构复合材料最常用的方法。在航空航天部门应用最广。原理和工艺过程热固性高聚物基体受热后，经软化流动阶段，转变成凝胶态和玻璃态(完全固化)。抽真空和在凝胶转变之前的某一时刻施加压力，可将预浸料中的空气、挥发物和多余的基体排除，使制品密实。热压罐成型制品时，将单层的预浸料按预定方向铺覆到附有脱模剂的模具表面，再依次用多孔防粘布(膜)、吸胶材料、透气毡覆盖，然后密封于真空袋内。将整个包封装置推入热压罐内，接上抽空管线，将袋内抽空并按规定的固化制度进行升温、加压固化。固化制度的制定是真空热压罐成型工艺的关键。早期是通过试验，测出高聚物基体的起始反应温度，在给定压力和温度下的流动性，凝胶转变以及最终固化物的玻璃化转变温度几和力学性能，依此确定合理的固化制度。70年代中后期，随着监控技术的发展，利用高聚物基体在固化过程中出现的物理、化学性能的变化，在热压罐上配置动态介电分析、超声粘度跟踪和光纤传感器装置，对热压罐进行在线监控，从而保证温度和压力的准确应用。80年代初期，针对高聚物基体的固化过程和质量要求，建立了固化理论模型，对高聚物基复合材料的固化进行计算机控制。特点和应用真空热压罐成型的特点是能够精确地保证制品中纤维方向、制品的几何尺寸形状和体积分数。由于使用真空袋和加压，制品孔隙率降到2%以下，可以得到高质量的复合材料制品。因为成型时只有一个表面为模具控制，模具价格较模压法低廉。

目前，热压罐的成型温度可达500℃，压力通常为2.OMPa，罐体最大尺寸为直径7.6米，长18米。可应用于环氧、双马来酞亚胺、聚酞亚胺等热固性和各种热塑性树脂基体复合材料及制品的成型。［10］

3.1.1热压罐成型技术

以热压罐成型技术为主制造的航空先进复合材料结构件在各类飞机制造上

都不同程度进入了批量生产阶段，有的型号已生产了数百架份的先进复合材料结构件，并经过了十多年的使用考核，为进一步扩大先进复合材料在飞机上的应用

提供了实用的工程经验。但我们必须清醒看到，先进复合材料的制造成本居高不下、批产中质量的不一致性、对先进复合材料特性缺乏足够的认识等仍然是阻碍先进复合材料在飞机上扩大应用的主要因素，这也是我国航空先进复合材料与先进国家航空复合材料应用差距巨大的问题所在。［11］因此，立足现有的热压罐法，如何降低其制造成本是我们的当务之急，如选用工艺特性优良的树脂体系、国产辅助材料的采用、成型模具的结构优化以及过程细节的严格控制等，都可以在降低制造成本的同时，明显的提高制件的合格率。本课题针对先进复合材料共固化技术成型的产品，从材料开发、工艺优化、性能检测到售后服务等环节，以低成本为主导线，详细描述了一个热压罐共固化技术工程化的范例，达到了在热压罐成型方面明显降低制造成本的目的。

3.2技术难点

复合材料共固化技术要进入工程化，必须从材料、工艺、检测和售后等环节入手，高产品质量与低制造成本并行研究，高生产效率与低缺陷率并行考虑，建立低成本、高质量、高效率和低缺陷的复合材料工程化制造体系，达到整个工程的低成本化、技术完整化。

先进复合材料共固化技术工程化要实现低制造成本必须攻克的技术难点主

要有：

（1）低成本的原材料货源和多品种预浸料的开发与储备；

（2）共固化技术所需辅助材料的国产化研究；

（3）共固化成型工艺的优化；

（4）产品性能检测项目的合理性以及产品质量的保证；

（5）先进复合材料制品缺陷修复手段和修复后的性能表征。

3.3技术方案

3.3.1多品种预浸料的开发

由于复合材料的基体用原材料性能不稳定，加上材料体系易受运输、保管因素的影响，使得预浸料的工艺性能出现较大的差异，从而影响先进复合材料的内部质量。此外，先进复合材料件在固化过程中出现的某些局部缺陷，由于很难找到一种与之性能相当的树脂体系对其进行修复，构件因不能满足产品技术要求而无法使用，增加了构件的制造成本。为提高和稳定先进复合材料的成型质量，降低先进复合材料的制造成本，我们根据不同的复合材料结构件研制开发了中高温度固化、韧性不同的NY9200环氧树脂体系，原材料均为国产，价廉易购；其配制工艺简单，质量稳定，可用于湿法或法预浸，无污染，易工程化；其预浸料具

有贮存期长，固化温度带宽，固化时间短等优点；其先进复合材料具有韧性和机械性能兼优的特性，完全可满足使用温度为80～130℃的国内先进复合材料对树脂基体的要求。其先进复合材料层压板的基本性能如表3所示。［11］

该树脂体系复合材料已批量用于各类航空产品，经测算每生产1kg的复合材料制件可节约制造成本约120元，其制造成本的降低贡献率为8.6%。

3.3.2辅助材料的国产化研究

共固化技术采用的是真空-气压相结合的热压罐成型法，为保证先进复合材料的制造质量，工艺上通常选用的辅助材料有隔离膜、脱模布、真空袋膜和透气毡等材料。由于国内先进复合材料技术发展起步较晚，因此，国内许多厂家所用

的辅助材料均依赖于进口，这样不仅价格高，需花费大量的外汇（辅助材料成本约占材料总成本的80%），而且还常常因进货渠道等问题难于保证生产的进度需要，特别是先进复合材料制造成本方面，严重地阻碍了这一先进复合材料的应用和发展［12］。经过多年的调研和试验，我们在生产中已确定用多种国产辅助材料替换进口辅助材料。国产化辅助材料的应用，打破了完全依赖进口的被动局面，促进了国内辅助材料的研究进程，使制造成本大大下降。

在工程化应用实践中，辅助材料的样板化下料也是减少生产成本的的重要环节。通过对国产辅助材料的使用和生产环节过程中的规范下料，每生产1kg的复合材料制件可节约制造成本约470元，制造成本降低贡献率高达33.6%。

图12

3.3.3共固化成型工艺的优化

对于封闭式盒形典型结构部件，通常是采用对合模控制外形，内腔橡胶软模施压的共固化工艺技术，也就是在对合模具中，在预浸料蒙皮、墙体间采用特种橡胶软模及真空系统将墙体与蒙皮一次性成型出来，如图12(a)所示。在加温固化过程中，对预制品施加压力是靠橡胶软模的热膨胀力来完成的。这种成型工艺使用的橡胶软模成本极高，且存在以下的问题：（1）对于预浸料蒙皮或墙体设计层数较多时，材料中的小分子物较难排尽，产品容易产生疏松及孔隙率缺陷。

（2）橡胶软模是作为压力源使用的，由于橡胶软膜较厚，尤其是在角区，其膨胀能力与其他部位存在差异，不能使墙和蒙皮的过渡角区完全贴合，导致蒙皮与墙体脱粘、疏松。

（3）软模各部位的热膨胀力的计算复杂，使用次数有限，成型模设计要求

高。

（4）软模在加热过程中因热传导问题，导致制件加热固化不定因素增多，引起固化后质量不稳定。

针对上述问题，我们经过反复试验，在工程化生产中不断改进，将软模共固化工艺优化为图12（b）所示形式，利用这种工艺方案连续生产300多架份的复合材料产品，质量一直稳定。

为提高工程化生产的质量，在共固化技术上除了采用上述工艺方案外，还在预固化参数、控制含胶量、气体导流和尺寸控制等方面采取了优化技术，使热压罐共固化技术达到最优化，产品合格率达到99%以上。

通过对共固化工艺的多方面优化，每生产1kg的复合材料制件可节约制造成本约600元，对制造成本降低的贡献率为42.8%。

3.3.4性能测试项目优化方案

先进复合材料构件在固化成型后必须进行外形尺寸检验、内部质量无损检测和随炉试样的强度测试。检查时间与整个制件成型时间相当。由于产品进入批量生产，随炉试样要耗费公司大量的人力物力，因此如何优化随炉试样的测试项目也是提高生产效率、降低制造成本的一个方面。随炉试样的性能不是用来评价设计强度值的，而是用来考核工艺的稳定性的，根据国际航空复合材料转包生产的一贯作法以及我公司在对60罐次的随炉试样的性能测试值进行统计分析的结果，将4项指标减为2项，即留下层间剪切和含胶量。

通过对性能测试项目优化，每生产1kg的复合材料制件可节约制造成本约120元，对制造成本降低的贡献率为8.6%。

3.3.5修补技术研究

进入工程化生产后，由于大批量产品的生产和使用，在此过程中难免存在缺陷/损伤，先进复合材料制件的生产和售后服务成为急待解决的问题。通过大量的工艺试验和强度性能测试，我们对各种缺陷/损伤类型给出了具体的修补方案，形成了修补文件。除常用的注射树脂修补、填充和灌注修补、螺接外补强板修补以及胶接外补强板修补方法外，还根据我们公司复合材料制件的特点研制了适用于撞击及碰伤导致的先进复合材料制件内部疏松、分层、蜂窝受损等缺陷/损伤的修补法，如预浸料补片法、固化补片法。这些方法的技术难点在于补片的同心度控制和缺口斜阶的控制。在同心度方面专门研制了一套定位板用于取样和定位，在斜阶方面通过特制工具和试验获得斜阶的长厚比。［13］

在共固化技术工程化应用的前期，我们曾出现过制造质量不满足设计要求的

现象，通过我们的修补技术，该复合材料结构件已使用多年，并且质量一直良好。在这方面，平均对制造成本降低贡献率达到6.4%。

3.4结语

先进复合材料共固化技术在某型机上自90年代初得到应用以来，已生产了350余架次，实现了工程化的目标。通过原材料的开发、辅助材料的国产化研究、共固化工艺的优化、性能测试项目的优化和修补技术的研究，将一套完整共固化技术应用于批生产的同时，又获得了极大的经济效益，实现了低成本共固化技术的工程化应用。通过该材料的工程化应用，我们可得出以下的结论：（1）金属-橡胶组合式芯模用于盒形结构受力部件的共固化成型，能够实现均压效果，并能有效降低制造成本；

（2）国产化辅助材料的应用，能够满足复合材料制造使用工艺要求，降低工程化制造成本；

（3）工程化生产的随炉试样（片）性能跟踪测试项目，可以进行优化选择，以降低生产成本；

（4）工程化生产的同时，开展有针对性的修补技术研究，既可解决生产过程中超差品的修补问题，也是产品使用过程的有效保障，技术经济及社会效果兼得；

（5）降低热压罐成型法制造成本的其他有益研究还有待不断开发。

第4章结论

先进复合材料以其比强度比模量高、耐高温性能好、耐疲劳性能优越等独特优点获得广泛应用和迅速发展.真空袋成型，热压罐成型技术的成熟发展更是极大的推动了先进复合材料的发展,目前较多的采用热压罐成型工艺设备，存在成本过高，制件尺寸受限制，真空袋成型工艺由于具灵活简便高效等特点得到了广泛的应用。通过对热压罐成型工艺原理研究，提出了几种降低成本及改进工艺性能的方案，先进复合材料共固化技术成型的产品，从材料开发、工艺优化、性能检测到售后服务等环节，以低成本为主导线，详细描述了一个热压罐共固化技术工程化的范例，达到了在热压罐成型方面明显降低制造成本的目的。

致谢

感谢我的指导老师肖聪利，本文是在肖老师的精心指导和科学点拨下完成的。肖老师丰富的科研经验、严谨的治学态度、渊博的学术功底、高尚的人格魅力以及对事业的执着追求精神使我受益非浅、铭记终生。能够顺利的完成毕业设计，我要感谢这几年老师的教诲，使我在这次作业的完成中收获才有这么的多，同时也要感谢帮助我的同学们。

以前对老师的知识只是一知半解，通过这次的毕业设计，我明白了以前很多不清楚的知识，自己的自学能力有了很大的提高，在各个方面都取得了巨大的进步。

由于本人能力有限，加之实习回来时间仓促，掌握资料不多，从接受课题到完成论文也一月有余，在这里还望各位老师指正，最后，衷心感谢炎炎夏日百忙之中评阅论文和参加答辩的各位老师！

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[12]陈绍杰.复合材料与B7E7[J].航空制造技术,2005(1):-34 37.

[13]赵渠森.先进复合材料及其应用[J]航空制造技术,2002,10:22-27.

新材料的产业链、分类及应用

新材料学习资料 一、新材料分类： 按材料的属性划分有金属材料、无机非金属材料（如陶瓷、砷化镓半导体等）、有机高分子材料、先进复合材料四大类。 1、金属材料：包括纯金属、合金、金属材料金属间化合物和特种金属材料等。 2、无机非金属材料：陶瓷、砷化镓半导体等 3、有机高分子材料：主要是碳、氢、氧、氮等 4、先进复合材料：指可用于加工主承力结构和次承力结构、其刚度和强度性能相当于或超过铝合金的复合材料。 按材料的使用性能分，有结构材料和功能材料。 1、结构材料主要是利用材料的力学和理化性能，以满足高强度、高刚度、高硬度、耐高温、耐磨、耐蚀、抗辐照等性能要求。 2、功能材料主要是利用材料具有的电、磁、声、光热等效应，以实现某种功能，如半导体材料、磁性材料、光敏材料、热敏材料、隐身材料和制造原子弹、氢弹的核材料等。 二、新材料类型： 1、复合新材料：由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观上组成具有新性能的材料。 复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类： 金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金。 非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等。增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、晶须、金属丝和硬质细粒等。 复合新材料在新能源和交通市场上的应用： （1）清洁、可再生能源用复合材料，包括风力发电用复合材料、烟气脱硫装置用复合材料、输变电设备用复合材料和天然气、氢气高压容器。 （2）汽车、城市轨道交通用复合材料，包括汽车车身、构架和车体外覆盖件，轨道交通车体、车门、座椅、电缆槽、电缆架、格栅、电器箱等。 （3）民航客机用复合材料，主要为碳纤维复合材料。热塑性复合材料约占10%，主要产品为机翼部件、垂直尾翼、机头罩等。中国未来20年间需新增支线飞机661架，将形成民航客机的大产业，复合材料可建成新产业与之相配套。 （4）船艇用复合材料，主要为游艇和渔船，游艇作为高级娱乐耐用消费品在欧美有很大市场，由于中国鱼类资源的减少、渔船虽发展缓慢，但复合材料特有的优点仍有发展的空间。 2、超导材料：有些材料当温度下降至某一临界温度时，其电阻完全消失，这种现象称为超导电性，具有这种现象的材料称为超导材料。 超导材料主要分为合金材料（如铝合金、铜合金、铁合金、镁合金和高温合金等）和化合物材料（如超导陶瓷）两种。 超导材料最诱人的应用是：（1）发电、输电和储能。（2）超导磁悬浮列车。（3）超导计算机等

树脂基复合材料在各领域的应用

树脂基复合材料在建筑工业中的应用 建筑工业在国民经济中占有很重要的地位，不论是哪一个国家，建筑工业望远是国民经济的支柱产业之一。随着社会的进步，人们对居住面积、房屋质量和娱乐设施等提出越来越高的要求，这就是推动建筑工业改革发展的动力。 建筑工业现代化的发展方向是：改善施工条件，加快建设进度，降低成本，提高质量，节约能源，减少运输，保护耕地，保护环境和提高技术经济效益等。为了达到此目的，必须从改善现有的建筑材料和发展新型建筑材料方向着手。 在建筑工业中发展和使用树脂基复合材料对减轻建筑物自重，提高建筑物的使用功能，改革建筑设计，加速施工进度，降低工程造价，提高经济效益等都十分有利，是实现建筑工业现代化的必要条件。 1、树脂基复合材料的建筑性能 （1）材料性能的可设计性树脂基复合材料的性能可根据使用要求进行设计，如要求耐水、防腐、高强，可选用树脂基复合材料。由于树脂基复合材料的重量轻，制造方便，对于大型结构和形状复杂的建筑制品，能够一次成型制造，提高建筑结构的整体性。 （2）力学性能好树脂基复合材料的力学性能可在很大范围内进行设计，由于选

用的材料不同，增强材料的铺设方向和方向差异，可以获得性能判别很大的复合材料，如单向玻纤增强环氧复合材料的拉伸强度可达1000MPa以上，比钢（建筑钢）的拉伸强度还高，选用碳纤维作增强材料，制得的树脂基复合材料弹性模量可以达到建筑钢材水平，而其密度却比钢材小4～5倍。更为突出的是树脂基复合材料在制造过程中，可以根据构件受力状况局部加强，这样既可提高结构的承载能力，又能节约材料的减轻自重。 （3）装饰性好树脂基复合材料的表面光洁，可以配制成各种鲜艳的色彩，也可以制造出不同的花纹和图案，适宜制造各种装饰板、大型浮雕及工艺美术雕塑等。 （4）透光性透明玻璃钢的透光率达85%以上（与玻璃相似），其最大特点是不易破碎，能承受荷载。用于建筑工程时可以将结构、围护及采光三者综合设计，能够达到简化采光设计，降低工程造价之目的。 （5）隔热性建筑物的作用是能够防止由热传导、热对流引起的温度变化，给人们以良好的工作和休息环境。一般建筑材料的隔热性能较差，例如普通混凝土的导热系数为1.5～2.1W(m?K)，红砖的导热系数为0.81 W(m?K)，树脂基复合材料的夹层结构的导热系数为0.05～0.08 W(m?K)，比普通红砖小10倍，比混凝土小20多倍。 （6）隔音性隔音效果好坏是评价建筑物质量的标准之一。但传统材料中，隔音效果好的建筑材料往往密度较大，隔热性差，运输和安装困难。树脂基复合材料

碳纤维及其复合材料的发展及应用_上官倩芡

第37卷第3期上海师范大学学报(自然科学版)Vol.37,N o.3 2008年6月J ou rnal of ShanghaiNor m alUn i versity(Natural S ci en ces)2008,J un 碳纤维及其复合材料的发展及应用 上官倩芡,蔡泖华 (上海师范大学机械与电子工程学院,上海201418) 摘要:叙述了碳纤维的结构形态、分类以及在力学、物理、化学方面的性能,介绍了碳纤维增强复合材料的特性,着重阐述了碳纤维增强树脂基复合材料中基体的分类、选择和应用,指出了碳纤维及其复合材料进一步发展的趋势. 关键词:碳纤维;复合材料 中图分类号:O636文献标识码:A文章编号:1000-5137(2008)03-0275-05 碳纤维作为一种高性能纤维,具有高比强度、高比模量、耐高温、抗化学腐蚀、耐辐射、耐疲劳、抗蠕变、导电、传热和热膨胀系数小等一系列优异性能.此外,还具有纤维的柔曲性和可编性[1~3].碳纤维既可用作结构材料承载负荷,又可作为功能材料发挥作用.因此碳纤维及其复合材料近几年发展十分迅速.本文作者就碳纤维的特性、分类及其在复合材料领域的应用等内容进行介绍. 1碳纤维特性、结构及分类 碳纤维是纤维状的碳材料,由有机纤维原丝在1000e以上的高温下碳化形成,且含碳量在90%以上的高性能纤维材料.碳纤维主要具备以下特性:1密度小、质量轻,碳纤维的密度为1.5~2g/c m3,相当于钢密度的1/4、铝合金密度的1/2;o强度、弹性模量高,其强度比钢大4~5倍,弹性回复为100%;?热膨胀系数小,导热率随温度升高而下降,耐骤冷、急热,即使从几千摄氏度的高温突然降到常温也不会炸裂;?摩擦系数小,并具有润滑性;?导电性好,25e时高模量碳纤维的比电阻为775L8/c m,高强度碳纤维则为1500L8/c m;?耐高温和低温性好,在3000e非氧化气氛下不熔化、不软化,在液氮温度下依旧很柔软,也不脆化;?耐酸性好,对酸呈惰性,能耐浓盐酸、磷酸、硫酸等侵蚀[4~7].除此之外,碳纤维还具有耐油、抗辐射、抗放射、吸收有毒气体和使中子减速等特性. 碳纤维的结构取决于原丝结构和碳化工艺,但无论用哪种材料,碳纤维中碳原子平面总是沿纤维轴平行取向.用X-射线、电子衍射和电子显微镜研究发现,真实的碳纤维结构并不是理想的石墨点阵结构,而是属于乱层石墨结构[8],如图1所示.构成此结构的基元是六角形碳原子的层晶格,由层晶格组成层平面.在层平面内的碳原子以强的共价键相连,其键长为0.1421n m;在层平面之间则由弱的范德华力相连,层间距在0.3360~0.3440n m之间;层与层之间碳原子没有规则的固定位置,因而层片边缘参差不齐.处于石墨层片边缘的碳原子和层面内部结构完整的基础碳原子不同.层面内部的基础碳原子所受的引力是对称的,键能高,反应活性低;处于表面边缘处的碳原子受力不对称,具有不成对电子,活性 收稿日期:2008-01-04 基金项目:上海市教委科研基金项目(06D Z034). 作者简介:上官倩芡(1974-),女,上海师范大学机械与电子工程学院副教授.

高中化学 4.3 复合材料的制造先进复合材料主要生产工艺介绍素材1 苏教版选修2

先进复合材料主要生产工艺介绍 先进复合材料，具有轻质、高强、高模量、良好的抗疲劳性、耐腐蚀性、可设计性突出、成型工艺性好和成本低等特点，是理想的航空航天及工业结构材料，在航空产品上得到了广泛应用，已成为新一代飞机机体的主体结构材料。复合材料先进技术的成熟使其性能最优和低成本成为可能，从而大大推动了复合材料在飞机上的应用。一些大的飞机制造商在飞机设计制造中，正逐步减少传统金属加工的比例，优先发展复合材料制造。本文着重介绍复合材料制造过程中所涉及到的主要工艺。 复合材料的性能在纤维与树脂体系确定后，主要取决于成型固化工艺。所谓成型固化工艺包括两方面内容，一是成型，这就是将预浸料根据产品的要求，铺制成一定的形状，一般就是产品的形状。二是进行固化，这就是使已经铺制成一定形状的叠层预浸料，在温度、时间和压力等因素下使形状固定下来，并能达到预计的使用性能要求。 复合材料及其制件的成型方法，是根据产品的外形、结构与使用要求，结合材料的工艺性来确定的。目前，已在生产中采用的成型方法有： 1、手糊成型--湿法铺层成型 2 、真空袋压法成型 3、压力袋成型 4、树脂注射和树脂传递成型 5、喷射成型 6、真空辅助树脂注射成型 7、夹层结构成型 8、模压成型 9、注射成型 10、挤出成型 11、纤维缠绕成形 12、拉挤成型 13、连续板材成型 14、层压或卷制成型 15热塑性片状模塑料热冲压成型 16离心浇注成型 本文主要介绍几种常用的工艺方法 1、手糊成型 手糊成型是聚合物基复合材料制造中最早采用和最简单的方法。其工艺过程是先在模具上涂刷含有固化剂的树脂混合物，再在其上贴一层按要求剪裁好的纤维织物，用刷子挤压织物，使其均匀浸胶并排出气泡后，再涂刷树脂混合物和铺贴第二层纤维织物，反复上述过程直至达到所需厚度。然后在一定压力和温度下加热固化成型，或者利用树脂体系固化时放出的热量固化成型，最后脱模得到复合材料制品。 手工铺贴方法的优点是可使蒙皮厚度有大的变化，进行局部加强，嵌入接头用的金属加强片，形成加强筋和蜂窝夹芯区等。手工铺层的缺点是生产效率低、成本高，不适应大批量生产和大型复杂复合材料制件的生产要求。 目前，手工铺层使用了许多专用设备来控制和保证铺层的质量，如复合材料预浸料自动剪裁下料系统和铺层激光定位系统等，即采用专门的数控切割设备来进行预浸料和辅助材料的平面切割，从而将依赖于样板的制造过程转变为可根据复合材料设计软件产生的数据文件进行全面运作的制造过程。 2、挤出成型 挤出成型又称为挤塑，在加工中利用液压机压力在模具本身的挤出称压出。是指物料通

航空航天复合材料技术发展现状

航空航天复合材料技术发展现状 2008-11-25 中国复合材料在线［收藏该文章］ 材料的水平决定着一个领域乃至一个国家的科技发展的整体水平；航空、航天、空天三大领域都 对材料提出了极高的要求；材料科技制约着宇航事业的发展。 固体火箭发动机以其结构简单，机动、可靠、易于维护等一系列优点，广泛应用于武器系统及航 天领域。而先进复合材料的应用情况是衡量固体火箭发动机总体水平的重要指标之 一。在固体发动机研制及生产中尽量使用高性能复合材料已成为世界各国的重要发展目标， 目前已拓展到液体动力领域。科技发达国家在新材料研制中坚持需求牵引和技术创新相结合，做到了需求牵引带动材料技术发展，同时材料技术创新又推动了发动机水平提高的良性发展。 目前，航天动力领域先进复合材料技术总的发展方向是高性能、多功能、高可靠及低成本。 作为我国固体动力技术领域专业材料研究所，四十三所在固体火箭发动机各类结构、功能复合材料研究及成型技术方面具有雄厚的技术实力和研究水平，突破了我国固体火箭发动 机用复合材料壳体和喷管等部件研制生产中大量的应用基础技术和工艺技术难关，为我国的 固体火箭发动机事业作出了重要的贡献，同时牵引我国相关复合材料与工程专业总体水平的 提高。建所以来，先后承担并完成了通讯卫星东方红二号远地点发动机，气象卫星风云二号 远地点发动机，多种战略、战术导弹复合材料部件的研制及生产任务。目前，四十三所正在 研制多种航天动力先进复合材料部件，研制和生产了载人航天工程的逃逸系统发动机部件。 二、国内外技术发展现状分析 1、国外技术发展现状分析 1.1结构复合材料 国外发动机壳体材料采用先进的复合材料，主要方向是采用炭纤维缠绕壳体，使发动机质量比有较大提高。如美国“侏儒”小型地地洲际弹道导弹三级发动机（SICBM-1 、-2、- 3 ）燃烧室壳体由IM-7炭纤维/HBRF-55A 环氧树脂缠绕制作，IM-7炭纤维拉伸强度为 5 300MPa , HBRF-55A 环氧树脂拉伸强度为84.6MPa，壳体容器特性系数（PV/Wc ）＞3 9KM ;美国的潜射导弹“三叉戟II （D5 ）”第一级采用炭纤维壳体，质量比达0.944，壳 体特性系数43KM，其性能较凯芙拉/环氧提高30% 国外炭纤维的开发自八十年代以来，品种、性能有了较大幅度改观，主要体现在以下两个方 面：①性能不断提高，七、八十年代主要以3000MPa的炭纤维为主，九十年代初普遍使用 的IM7、IM8纤维强度达到5300MPa,九十年代末T1000纤维强度达到7000MPa,并已开始工程应用；②品种不断增多，以东丽公司为例，1983年产的炭纤维品种只有4种，至U 1995 年炭纤维品种达21种之多。不同种类、不同性能的炭纤维满足了不同的需要，为炭纤维复合材料的广泛应用提供了坚实的基础。 芳纶纤维是芳族有机纤维的总称，典型的有美国的Kevlar、俄罗斯的APMOC,均已在多 个型号上得到应用，如前苏联的SS24、SS25洲际导弹。俄罗斯的APMOC纤维生产及其应 用技术相当成熟，APMOC纤维强度比Kevlar高38%、模量高20%，纤维强度转化率已达到75%以上。PBO纤维是美国空军1970年开始作为飞机结构材料而着手研究的产品，具有刚

航空航天先进复合材料

航空航天先进复合材料现状 2014-08-10 Lb23742 摘要:回顾了树脂基复合材料的发展史;综述了先进复合材料工业上通常使用环氧树脂的品种、性能和特性;复合材料使用的增强纤维;国防、军工及航空航天用树脂基复合材料;用于固体发动机壳体的树脂基体;用于固体发动机喷管的耐热树脂基体;火箭发动机壳体用韧性环氧树脂基体;树脂基结构复合材料;防弹结构复合材料;先进战斗机用复合材料;树脂基体;航天器用外热防护涂层材料;飞机结构受力构件用的高性能环氧树脂复合材料;碳纤维增强树脂基复合材料在航空航天中的其它应用;民用大飞机复合材料;国产大飞机的软肋还是技术问题;复合材料之惑。 关键词:树脂基体;复合材料;国防;军工;航空航天;结构复合材料 0 前言 复合材料与金属、高聚物、陶瓷并称为四大材料。今天，一个国家或地区的复合材料工业水平，已成为衡量其科技与经济实力的标志之一。先进复合材料是国家安全和国民经济具有竞争优势的源泉。到2020年，只有复合材料才有潜力获得20-25%的性能提升。 环氧树脂是优良的反应固化型性树脂。在纤维增强复合材料领域中，环氧树脂大显身手。它与高性能纤维:PAN基碳纤维、芳纶纤维、聚乙烯纤维、玄武岩纤维、S或E玻璃纤维复合，便成为不可替代的重要的基体材料和结构材料，广泛运用在电子电力、航天航空、运动器材、建筑补强、压力管雄、化工防腐等六个领域。本文重点论述航空航天先进树脂基体复合材料的国内外现状及中国的技术软肋问题 1 树脂基复合材料的发展史 树脂基复合材料(Resin Matrix Composite)也称纤维增强塑料(Fiber Reinforced Plastics)，是技术比较成熟且应用最为广泛的一类复合材料。这种材料是用短切的或连续纤维及其织物增强热固性或热塑性树脂基体，经复合而成。以玻璃纤维作为增强相的树脂基复合材料在世界范围内已形成了产业，在我国不科学地俗称为玻璃钢。 树脂基复合材料于1932年在美国出现，1940年以手糊成型制成了玻璃纤维增强聚酯的军用飞机的雷达罩，其后不久，美国莱特空军发展中心设计制造了一架以玻璃纤维增强树脂为机身和机翼的飞机，并于1944年3月在莱特-帕特空军基地试飞成功。1946年纤维缠绕成型技术在美国出现，为纤维缠绕压力容器的制造提供了技术贮备。1949年研究成功玻璃纤维预混料并制出了表面光洁，尺寸、形状准确的复合材料模压件。1950年真空袋和压力袋成型工艺研究成功，并制成直升飞机的螺旋桨。60年代在美国利用纤维缠绕技术，制造出北极星、土星等大型固体火箭发动机的壳体，为航天技术开辟了轻质高强结构的最佳途径。在此期间，玻璃纤维-聚酯树脂喷射成型技术得到了应用，使手糊工艺的质量和生产效率大为提高。1961年片状模塑料(Sheet Molding Compound, 简称SMC)在法国问世，利用这种技术可制出大幅面表面光洁，尺寸、形状稳定的制品，如汽车、

中航西飞公开世界最先进复合材料生产技术

中航西飞公开世界最先进复合材料生产技术 聚焦阎良航空城——中航工业第五届媒体日活动侧记 参加中航工业第五届媒体日的很多记者是“跑航空口”的资深记者，但走进飞机生产科研试验一线的机会却是少之又少，因此大家都十分珍惜这次难能可贵的机会。在不到两天的时间里，他们先后参观了中航工业试飞中心、西飞、一飞院和强度所4家单位，内容丰富而充实，记者们都纷纷表示不虚此行。 本次媒体日活动由试飞中心、一飞院和西飞共同承办。为了便于管理，组织者们将来自全国20个省市近150名记者分成3个小组活动，每个小组都有志愿者全程陪同，这些志愿者和各单位的组织者们给媒体朋友留下了深刻印象。 由于当天一些航班的延误，在注册台服务的志愿者们一直等到深夜。在参观科研生产试验一线时，组织者为每个小组配备一台可移动的无线扩音器，志愿者全程拉着这台重达20公斤的扩音器跟在记者团的身后，让记者们能够清晰地听到讲解。媒体日活动现场到处可见志愿者忙碌的身影，保障了活动的顺利开展。 从飞机设计、生产、试验到试飞，都是极其专业的科技或工艺，但讲解员们都尽量用浅显易懂的语言来描述，用形象生动的比喻让大家更容易理解，耐心细致地解答记者们提出的问题。记者们最后交流时笑着说：“这次媒体日我们是上课来了。” 参加本次媒体日活动的记者们也并不清闲，无论走到哪里，专家、院士、总师的身旁都会围绕一群记者。走进实验室和生产一线时，记者们认真听着工作人员的讲解，有的还拿着笔记本做笔记，时不时提出疑问。一位厂长在活动结束后表示，记者们提出的问题往往都“正中要害”，十分专业。 在本届媒体日活动中，记者们来到西飞公司参观了数控厂房、数控喷丸生产线、复材厂房等，这些生产线代表了我国、甚至是世界最先进的生产技术。来自《国际航空》杂志的记者告诉我，从前一直报道复合材料的消息，但这次在西飞的厂房看到复材的蜂窝、碳纤维等原材料以及加工合成后的复合材料时，才真正明白复材工艺，这比看多少资料都要明了。 很多记者都是军事迷，看到歼15舰载机、歼10战斗机和直10武装直升机就在眼前时，他们兴奋的围着这些重量级选手360度无死角拍照，生怕错过任何一个好的角度。各位专家、总师、院士也成了各位记者追逐的主角。在参观一飞院见到唐长红院士时，一位来自中央电视台的记者在采访之余拉着唐院士要求合影，并强调唐院士是她的偶像。 在11月5日晚，组织者为参加活动的记者们准备了一台小型文艺演出。无论是职工艺术家的美声演唱还是年轻职工组创的乐队，演出的水准完全可以用专业级来评价，尽兴时记者也跑上舞台和职工合唱一段。后来了解到，这些职工艺术家都是工作在一线的员工，工作之余大家聚在一起排练节目，节假日时表演给广大职工。同行的记者说，别看阎良小，还真是卧虎藏龙，不仅造飞机，更出艺术家。

航空复合材料项目立项申请报告 (1)

航空复合材料项目立项申请报告 规划设计/投资方案/产业运营

航空复合材料项目立项申请报告 碳纤复合材料最大的优点是轻质、高强，航空航天高端应用是其主要发展方向，用碳纤复合材料制造飞机的结构件，同铝合金相比，减重效果可达20-40%，体现出巨大的节能效益。 该航空复合材料项目计划总投资10580.16万元，其中：固定资产投资7957.92万元，占项目总投资的75.22%；流动资金2622.24万元，占项目总投资的24.78%。 达产年营业收入22100.00万元，总成本费用17586.14万元，税金及附加196.99万元，利润总额4513.86万元，利税总额5333.45万元，税后净利润3385.39万元，达产年纳税总额1948.05万元；达产年投资利润率42.66%，投资利税率50.41%，投资回报率32.00%，全部投资回收期4.63年，提供就业职位418个。 坚持“三同时”原则，项目承办单位承办的项目，认真贯彻执行国家建设项目有关消防、安全、卫生、劳动保护和环境保护管理规定、规范，积极做到：同时设计、同时施工、同时投入运行，确保各种有害物达标排放，尽量减少环境污染，提高综合利用水平。 ......

航空复合材料项目立项申请报告目录 第一章申报单位及项目概况 一、项目申报单位概况 二、项目概况 第二章发展规划、产业政策和行业准入分析 一、发展规划分析 二、产业政策分析 三、行业准入分析 第三章资源开发及综合利用分析 一、资源开发方案。 二、资源利用方案 三、资源节约措施 第四章节能方案分析 一、用能标准和节能规范。 二、能耗状况和能耗指标分析 三、节能措施和节能效果分析 第五章建设用地、征地拆迁及移民安置分析 一、项目选址及用地方案

玻璃纤维复合材料的应用领域综述

玻璃纤维复合材料的应用领域综述 摘要:随着玻璃纤维复合材料被的广泛研究，另外玻璃纤维价格便宜，其高性价比受到应用领域的青睐,我国的玻璃纤维复合材料行业得到了迅猛地发展。目前，我国玻璃纤维复合材料生产总量居世界前列,玻璃纤维复合材料已被广泛地应用于建筑工程、石油化工、交通运输、能源工业、机械制造、船艇、体育器械、航空航天等领域，为国民经济和国防建设做出了重要贡献。 关键词玻璃纤维复合材料应用领域 Reviewed the application areas of glass fiber composite materials Abstract: As the glass fiber composites was widely studied,cheap price and its cost-effective, the glass fiber get the favour of application field,in China, Glass fiber composites industry has been a rapid development.At present,Glass fiber composites ranked among the top of the world total production in China, glass fiber composite materials have been widely used in construction engineering, petrochemical industry, transportation, energy industry, machinery manufacturing, boat, sports equipment, aerospace and other fields, it make an important contribution to national economy and national defense construction. Keywords Glass fiber Composite materials Application field 1、引言 玻璃纤维是由玻璃熔化而得，玻璃纤维复合材料是以玻璃纤维及其制品作为增强材料，以合成树脂作基体材料的一种复合材料。通常玻璃纤维复合材料的片材制备和制品成型过程是分开的,但从经济角度出发,将两者结合起来,即可减少设备投人,又可节约能耗[1]。玻璃纤维能够在实现较高机械强度的同时保持成本优势，达到一个均衡,玻璃纤维复合材料具有良好的回收性能[2]。与传统材料相比,具有比强度高、比模量高及可设计性、易修补，耐疲劳、耐腐蚀等优点但玻璃纤维增强的树脂基复合材料对湿热的环境比较敏感[2],而且湿热环境会使它性能下降，采用合适的化学交联剂或偶联剂对聚合物进行改性，使其变为憎水性物

先进复合材料在航空航天领域的应用

龙源期刊网 https://www.docsj.com/doc/e67273783.html, 先进复合材料在航空航天领域的应用 作者：周庆庆 来源：《科技风》2017年第17期 摘要：复合材料是在随着科技发展所衍生出的一种新型材料，尤其是先进复合材料目前 已经被广泛应用到了航空航天领域，并发挥着至关重要的作用价值。本文简要介绍了先进复合材料的特性，而后重点就先进复合材料在航空发动机、无人机等航空领域，以及导弹结构、运载火箭结构、卫星和宇航器结构等航天领域中的具体应用展开了深入的探究工作。 关键词：先进复合材料；航空航天；应用 伴随着当前科技水平的不断提高，尤其是航空航天领域的快速发展，材料的应用环境愈发恶劣，对于材料本身也提出了更为严苛的要求。新型材料的研发是为了更好的满足于高新技术发展的需求，其中复合材料是目前在材料科学领域中的一个主要发展方向，同时也是新材料发展最好的一个分支，随着复合材料的快速发展，其目前已经成为了与高分子材料金属材料、无机非金属材料所并列的四大材料体系之一。 一、复合材料的特性 先进复合材料有着十分明显的优势特性，具体可概括为结构整体化、经济效益最大化、可设计性以及功能多样性，现具体分析如下： （1）结构整体化。先进复合材料能够被加工为整体部件，也就是应用先进复合材料部件来取代金属部件。在一些较为特殊的轮廓及表层比较复杂的部件当中，利用金属制造往往可行性相对较差，而应用先进复合材料往往便可有效满足于实际的工作需求。 （2）经济效益最大化。将先进复合材料应用于航空航天领域内，可实现对产品数量的大幅度精减。因对复杂部件的连接往往无需采取焊接、铆接等方式，因而对于连接部件的需求量也便可以大大减少，进而使得材料的装配成本与时间也能够有效降低，从而实现经济效益的最大化。 （3）可设计性。应用纤维、树脂、复合结构等方式可得到多种性能、形状存在明显差异化的复合材料，选取出适当的材料及铺层次序便可加工出没有膨胀系数的复合材料，同时其尺寸稳定性也要明显优于一般的金属材料。 （4）功能多样性。随着先进复合材料材料的不断发展，其不断融合了许多优异的物理性能、化学性能、生物性能、力学性能等。如先进复合材料所具备的阻燃性能、吸波性能、防热性能、屏蔽性能、半导性能及超导性能，而且各类先进复合材料其本身的构成也不尽相同，在功能方面也会产生出一定的差异性，目前综合性及多功能性现已成为先进复合材料发展的一项主流趋势。

先进复合材料在航空航天的应用综述 (1)

第31卷第2 期高科技纤维与应用Vol.31 No.2 2006 年 4 月Hi-Tech Fiber & Application Apr. 2006 先进复合材料在航空航天的应用综述 何东晓 （哈尔滨玻璃钢研究院，哈尔滨150036） 摘要:讨论了先进复合材料在航天飞机、航空发动机、机用雷达天线罩、航天隔热材料、航天卫星和宇航器、固体火箭发动机壳体、战略导弹等方面的应用情况。结合航空航天应用阐明了先进复合材料未来的发展趋势，重点是提高耐热性，抗冲击韧性和发展低成本制造技术。 关键词:先进复合材料；航空；航天；应用；发展趋势 中图分类号:V258文献标识码:A文章编号:1007-9815（2006）02-0009-03 Review of the Application of Advanced Composite in Aviation and Aerospace HE Dong-xiao (Harbin FRP Institute,Harbin150036China) Abstract: In this paper, the application of advanced composite in space shuttle, aviation engine, radar antenna mask, aviation hot insulation material, space satellite solid rocket engine and strategic missile are discussed. The development trends of advanced composite in aviation and aerospace are introduced, the key point is improving the thermal stability, impact resistance and developing low-cost manufacturing technique. Key words: advanced composite;aviation;aerospace;application;development trends 前言到航空航天等军事领域中，是制造飞机、火箭、 航天飞行器等军事武器的理想材料。 近年来，随着科学技术的不断进步，材料技 术得到飞速发展，其中尤以先进复合材料的发展 1 国内外应用概况 最为突出。 先进复合材料（Advanced Composites ACM） 1.1 在航空飞机上的应用 专指可用于加工主承力结构和次承力结构、其刚飞机用ACM经过近40 a的发展，已经从最度和强度性能相当于或超过铝合金的复合材料。初的非承力构件发展到应用于次承力和主承力构目前主要指有较高强度和模量的硼纤维、碳纤件，可获得减轻质量20 %～30 %的显著效果。目 维、芳纶等增强的复合材料。ACM在航空航天前已进入成熟应用期，对提高飞机战术技术水平的 等军事上的应用价值特别大。比如，军用飞机和贡献、可靠性、耐久性和维护性已无可置疑，其设 卫星，要又轻又结实；军用舰船，要又耐高压又计、制造和使用经验已日趋丰富。 耐腐蚀。这些苛刻的要求，只有借助新材料技术迄今为止，战斗机使用的ACM占所用材料 才能解决。ACM具有质量轻，较高的比强度、总量的30 %左右，新一代战斗机将达到40 %； 比模量、较好的延展性、抗腐蚀、导热、隔热、直升机和小型飞机ACM用量将达到70 %～隔音、减振、耐高（低）温，独特的耐烧蚀性、80 % 左右，甚至出现全 ACM 飞机。“科曼奇”透电磁波，吸波隐蔽性、材料性能的可设计性、直升机的机身有70 %是由ACM制成的，但仍计制备的灵活性和易加工性等特点，被大量地应用划通过减轻机身前下部质量，以及将ACM扩大

复合材料在飞机上的应用

复合材料在飞机航空中的应用与发展 学校：西安航空职业技术学院 专业：金属材料与热处理技术 姓名：郭远 摘要 复合材料在飞机上的用量和应用部位已成为衡量飞机结构先进性的重要指标之一；复合材料构件的整体成型、共固化技术不断进展，复杂曲面构件不断扩大应用；复合材料的数字化设计，设计、制造一体化，以及基于三维模型铺层展开的专用设计／制造软件等技术的开发是先进复合材料发展的基本技术保障. 复合材料在飞机航空中的应用与发展 复合材料大量用于航空航天工业和汽车工业，特别是先进碳纤维复合材料用于飞机尤为值得注意。不久前，碳纤维复合材料只能在军用飞机用作主结构，但是，由于技术发展的进步，先进复合材料已开始在民航客机止也应用作主结构，如机身、机翼等。 一．飞机结构用复合材料的优势 现今新一代飞机的发展目标是“轻质化、长寿命、高可靠、高效能、高隐身、低成本”。而复合材料正具备了上面的几个条件，成为实现新一代飞机发展目标的重要途径。

复合材料具有质轻、高强、可设计、抗疲劳、易于实现结构/功能一体化等优点，因此，继铝、钛、钢之后迅速发展成为四大飞机结构材料之一。 复合材料在飞机结构上的应用首先带来的是显着的减重效益，复合材料尤其是碳纤维复合材料其密度仅为cm3左右，如等量代替铝合金，理论上可有42%的减重效果。 近年来随着复合材料技术的深入研究和应用实践的积累，人们清楚地认识到：复合材料在飞机结构上应用效益绝不仅仅是减重，而且给设计带来创新舞台，通过合理设计，还可提供诸如抗疲劳、抗振、耐腐蚀、耐久性和吸透波等其它传统材料无法实现的优异功能特性，可极大地提高其使用效能，降低维护成本，增加未来发展的潜力和空间。尤其与铝合金等传统材料相比，可明显减少使用维护要求，降低寿命周期成本，特别是当飞机进入老龄化阶段后效果更明显，据说B787较之B767机体维修成本会降低30％，这在很大程度上应归功于复合材料的大量应用。同时，大部分复合材料飞机构件可以整体成型，大幅度减少零件数目，减少紧固件数目，减轻结构质量，降低连接和装配成本，从而有效地降低了总成本，如F/A-18E/F零件数减少42%，减重158kg。复合材料整体成型技术还可消除缝隙、台阶和紧固件，无疑对提高军机的隐身性能也具有非常重要的贡献。 二．飞机结构用复合材料的发展过程 先进复合材料于上世纪60年代中期一问世，即首先用于飞行器结构上。30多年来先进复合材料在飞机结构上应用走过了一条由小到大、由次到主、由局部到整体、由结构到功能、由军机应用扩展到民机应用的发展道路。 1.复合材料在军用飞机上的发展过程

先进的复合材料

先进的复合预浸纱 （5码起订） 薄膜粘合材料：BMS5-101（AF163-2K）,BMS5-129等。 核心接合剂/泡沫粘合剂：BMS5-90，BMS5-139，环氧树脂和聚脂石墨：BMS8-168，BMS8-212，纤维和单向带。 纤维B：BMS8-219，BMS8-129，纤维 管/密封复合材料 粘合管：BMS5-89（EC3960，BR127） 燃料电池密封剂：PR1422B2 或PR1422B1/2（MIL-S-8802） 抗腐蚀密封剂：PS870B2 或PSB870B1/2 防腐复合材料：BMS3-27（Mastionx6856K） 真空包装/加工材料 送气/抽吸帆布：4盎司和10盎司 闪光带：硅制和非硅制 特氟纶带：压力敏感型 玻璃纤维带：宽度范围50英寸至60英寸 密封带/包装带：“胶带” 松解薄膜：FEP（打孔型和非打孔型） 松解纤维：特氟纶外包裹玻璃纤维（多孔渗水型和非多孔渗水型）真空包装带：尼龙（V字折叠型，管型，平板型） 干性材料（纤维） 石墨：BMS9-8，AH370-5H 玻璃纤维：BMS9-3 纤维B：纤维B49 复合修复设备： 热补仪：威奇技术HB1单层环带，HB2双层环带，危险环境。 电热毯：电压标准110—220伏，现货，接受订货 热(电)偶适应器：BAC5621，带测试报告证明 真空附件：泵，量规，管线，软管接头，吸气探针 预填装铝： （填充物为BAC5555和BAC5514-589） 尺寸为：48英寸*48英寸 按平方尺出售 起订量为3平方尺 可以以绝缘材料包装，也可以不以绝缘材料包装 标准厚度：0.012英寸—0.032英寸 保存期限：按保存说明可保存60个月 所有材料的运输都严格按照美国军方的加工标准 可接受定货 人造树脂补充剂/粉末 微型气球：玻璃和酚醛塑料 CAB-O-SIL：熏制硅土 磨细的玻璃纤维 蜂窝状中心［芯轴］

航空航天复合材料设计要求比较

航空航天复合材料结构设计要求的比较 复合材料是指由有机高分子、无机非金属或金属等几类不同材料通过复合工艺组合而成的新型材料,它既能保留原有组分材料的主要特色,又通过材料设计使各组分的性能互相补充并彼此关联与协同,从而获得原组分材料无法比拟的优越性能, 复合化是当代材料技术发展的重要趋势之一，而大量采用高性能复合材料是航空航天飞行器发展的重要方向。航空航天追求性能第一的特点,使其成为先进复合材料技术的率先实验和转化的战场,航空航天工业的发展和需求推动了先进复合材料的发展,而先进复合材料的发展和应用又促进了航空航天的进步。先进复合材料继铝、钢、钛之后,迅速发展成四大结构材料之一,其用量成为航空航天结构的先进性标志之一。将先进复合材料用于航空航天结构上可相应减重20%~30%,这是其他先进技术很难达到的效果。美国NASA的Langley 研究中心在航空航天用先进复合材料发展报告中指出,各种先进技术的应用可以使亚音速运输机获得51%的减重(相对于起飞重量)效益,其中,气动设计与优化技术减重4·6%,复合材料机翼机身和气动剪裁技术减重24·3%,发动机系统和热结构设计减重13.1%,先进导航与飞行控制系统减重9%,说明了先进复合材料的应用减重最明显。这不仅带来相当大的经济效益,而且可以增加装备的机动性,还可以提高其抗疲劳、耐腐蚀性能。 由于航天与航空的使用环境和应用范围存在区别，因而造成复合

材料在航空飞行器与航天飞行器上使用的设计要求也有很多不同之处。而且由于任务目标和使用环境差异，飞机结构的要求不能直接作为空间飞行器的结构设计要求。空间飞行器的飞行环境和承受的载荷很特殊，并且几乎没有可能再去检查和维修航天器的结构或在其任务条件下验证其结构的性能。因此，空间飞行器复合结构设计必须比飞机复合材料结构设计更加稳定可靠。虽然如此，飞机行业的复合材料结构设计方面的经验仍然可以为航天器的复合材料结构设计提供一定的参考和借鉴。 航空和航天复合材料结构设计要求具体在哪些方面存在差异呢？ 第一点是两者的生成规模差别很大。航空产品通常进行大规模生产，不仅整机生产数量多，而且因为需要维修等等，这样更换损坏的零件同样数量巨大；而航天产品则大多生产较少。因此在结构设计时，航空产品对结构设计时需要对加工工艺等配套设施进行细致的考虑，以达到成本、周期。效益的均衡，而航天结构设计则大多不需要考虑。同时生产数量的差异也使后续的设计工作产生了很大不同。 第二点是初始设计要求。飞机工业需要通过测试数量庞大的样本总结设计出一套模块建立的方法。但航天器的生产数量很有限，因此用于航空专业的样本采集到模块建立的方法，要想应用于航天器，从成本和进度的角度来看，是不切实际的。 第三点是强度要求。在航空和航天器中，对于强度的要求二者是一致的，但因工作环境不同存在一定的区别。航空和航天器复合材料

复合材料研究及其应用

郑州华信学院毕业论文 课题名称：复合材料研究及其应用 系部：机电工程学院 班级：09机电班 姓名： 指导老师： 时间：2012年3月28日

复合材料研究及其应用 摘要 复合材料是指除机械性能以外而提供其他物理性能的复合材料。如：导电、超导、半导、磁性、压电、阻尼、吸波、透波、磨擦、屏蔽、阻燃、防热、吸声、隔热等凸显某一功能。统称为功能复合材料。功能复合材料主要由功能体和增强体及基体组成。功能体可由一种或以上功能材料组成。多元功能体的复合材料、可以具有多种功能。同时，还有可能由于复合效应而产生新的功能。多功能复合材料是功能复合材料的发展方向。 一、全球复合材料发展概况 复合材料是指由两种或两种以上不同物质以不同方式组合而成的材料，它可以发挥各种材料的优点，克服单一材料的缺陷，扩大材料的应用范围。由于复合材料具有重量轻、强度高、加工成型方便、弹性优良、耐化学腐蚀和耐候性好等特点，已逐步取代木材及金属合金，广泛应用于航空航天、汽车、电子电气、建筑、健身器材等领域，在近几年更是得到了飞速发展。 随着科技的发展，树脂与玻璃纤维在技术上不断进步，生产厂家的制造能力普遍提高，使得玻纤增强复合材料的价格成本已被许多行业接受，但玻纤增强复合材料的强度尚不足以和金属匹敌。因此，碳纤维、硼纤维等增强复合材料相继

问世，使高分子复合材料家族更加完备，已经成为众多产业的必备材料。目前全世界复合材料的年产量已达550多万吨，年产值达1300亿美元以上，若将欧、美的军事航空航天的高价值产品计入，其产值将更为惊人。从全球范围看，世界复合材料的生产主要集中在欧美和东亚地区。近几年欧美复合材料产需均持续增长，而亚洲的日本则因经济不景气，发展较为缓慢，但中国尤其是中国内地的市场发展迅速。据世界主要复合材料生产商PPG公司统计，2000年欧洲的复合材料全球占有率约为32%，年产量约200万吨。与此同时，美国复合材料在20世纪90年代年均增长率约为美国GDP增长率的2倍，达到4%~6%。2000年，美国复合材料的年产量达170万吨左右。特别是汽车用复合材料的迅速增加使得美国汽车在全球市场上重新崛起。亚洲近几年复合材料的发展情况与政治经济的整体变化密切相关，各国的占有率变化很大。总体而言，亚洲的复合材料仍将继续增长，2000年的总产量约为145万吨，预计2005年总产量将达180万吨。 从应用上看，复合材料在美国和欧洲主要用于航空航天、汽车等行业。2000年美国汽车零件的复合材料用量达14.8万吨，欧洲汽车复合材料用量到2003年估计可达10.5万吨。而在日本，复合材料主要用于住宅建设，如卫浴设备等，此类产品在2000年的用量达7.5万吨，汽车等领域的用量仅为2.4万吨。不过从全球范围看，汽车工业是复合材料最大的用户，今后发展潜力仍十分巨大，目前还有许多新技术正在开发中。例如，为降低发动机噪声，增加轿车的舒适性，正着力开发两层冷轧板间粘附热塑性树脂的减振钢板；为满足发动机向高速、增压、高负荷方向发展的要求，发动机活塞、连杆、轴瓦已开始应用金属基复合材料。为满足汽车轻量化要求，必将会有越来越多的新型复合材料将被应用到汽车

先进复合材料主要制造工艺和专用设备

先进复合材料主要制造工艺和专用设备 中国航空工业第一集团公司科技发展部 郝建伟 中国航空工业发展研究中心 陈亚莉 先进复合材料具有轻质、高强度、高模量、抗疲劳、耐腐蚀、可设计、成型工艺性好和成本低等特点，是理想的航空结构材料，在航空产品上得到了广泛应用，已成为新一代飞机机体的主体结构材料。复合材料先进技术的成熟使其性能最优和低成本成为可能，从而大大推动了复合材料在飞机上的应用。一些大的飞机制造商在飞机设计制造中，正逐步减少传统金属加工的比例，优先发展复合材料制造。本文旨在介绍在复合材料制造过程中所涉及到的主要工艺和先进专用设备。 复合材料在飞机上的应用 随着复合材料制造技术的发展，复合材料在飞机上的用量和应用部位已经成为衡量飞机结构先进性的重要标志之一。复合材料在飞机上的应用趋势有如下几点： （1）复合材料在飞机上的用量日益增多。 复合材料的用量通常用其所占飞机机体结构重量的百分比来表示，世界上各大航空制造公司在复合材料用量方面都呈现增长的趋势。最有代表性的是空客公司的A380客机和后续的A350飞机以及波音公司的B787飞机。A380上复合材料用量约30t。B787复合材料用量达到50%。而A350飞机复合材料用量更是达到了创纪录的52%。复合材料在军机和直升机上的用量也有同样的增长趋势，近几年得到迅速发展的无人机更是将复合材料用量推向更高水平。 （2）应用部位由次承力结构向主承力结构发展。 最初采用复合材料制造的是飞机的舱门、整流罩、安定面等次承力结构。目前，复合材料已经广泛应用于机身、机翼等主承力结构。主承载部位大量应用复合材料使飞机的性能得到大幅度提升，由此带来的经济效益非常显著，也推动了复合材料的发展。 （3）在复杂外形结构上的应用愈来愈广泛。 飞机上用复合材料制造的复杂曲面制件也越来越多，如A380和B787飞机上的机身段，球面后压力隔框等，均采用纤维铺放技术和树脂膜渗透（RFI）工艺制造。 （4）复合材料构件的复杂性大幅度增加，大型整体、共固化成型成为主流。 在飞机上大量采用复合材料的最直接的效果是减重，复合材料制件