热塑性树脂复合材料应用

第一篇：热塑性树脂复合材料应用

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。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。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。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。由于旋翼机结构开发受复杂外形、低产量和高风险的限制，直升机制造商很少能将TPC结构的生产商业化，CARIQ的目的正是寻找工艺参数和最新的材料与设备来解决这个问题。

在热塑性预浸料铺放技术方面，德国和美国在2013年都有最新研究成果。德国弗劳恩霍夫研究所开发出一个热塑性预浸料自动铺带系统，能够在原位使用激光进行热塑性树脂基体的固化，该系统具有良好的温度控制，铺放速度可达约1m/s。美国自动动力公司开发出一个激光加热系统，可以取代热塑性预浸料一般使用的热气加热系统，将纤维铺放速度提升3~5倍至0.5m/s，能耗减少60%，并具有更严格的过程温度控制和更好的加热效率。热塑性复合材料在民机上应用的挑战和前景

热塑性复合材料（TPC）如果想继续扩大在民机上的应用，必须像低温固化热固性复合材料一样进入机体主承力构件。然而，TPC应用于主承力构件，还有一定的障碍。

首先，最大的难点在于原材料成本。航空级热塑性预浸料的成本要高于热固性预浸料，如果只是简单地继续使用热固性复合材料的自动铺放和热压罐固化工艺，那么TPC零件在成本上没有竞争力。高性能TPC所需温度在200˚C~430˚C，典型固化压力可达1380kPa（200psi），当前TPC后固化所使用的设备，成本大概是加工热固性复合材料的2倍，如果仅仅是小批量生产的话，资金负担较大。对于TPC主承力结构研究的对象PEEK和PEKK，PEKK要求的工艺温度低，固化速度更快，但机械性能没有PEEK高，而PEEK则更贵。

其次，铺放工艺的缓慢仍是挑战。由于要维持所需的高温，本身就比较硬的热塑性预浸料在自动铺放时也使用硬压紧辊，在经过尖角和边缘等复杂外形处时的转向问题就很突出，影响了铺放速度。典型的热塑性预浸料铺放速度小于10lb/h，比起大型民机用的碳/环氧材料15~40lb/h的铺放速度来说太低。如果要在小批量的大型民机主承力构件应用，PEEK和PEKK基预浸料的铺放速度分别需要再快3~5倍和10~20倍。

再次，预浸料粘性的问题。一个是自动铺放过程中第一层与模具的粘合，尤其是波状表面；另一个是TPC材料难以与非热塑性材料粘结，比如环氧。此外，还需要提升维修技术的成熟度。

针对这些挑战，原材料供应商、设备供应商、航空制造商都在抓紧研究。原材料问题，相信10年之内，Cytec和TenCate公司都会有结合PEEK和PEKK优点的新材料问世，便宜、加工周期快，而且机械性能良好。铺放工艺问题，最好的方法是铺放时的原位固化，避免二次加工，或者改进加热方式提升铺放速度，而这一点现在已经有了不小的进展。粘性的问题，空客提出了一个解决方案，通过多孔模对铺层施加负压力来防止与模具粘合，然而其它方面还需要继续探寻更加成熟的解决方案，比如更先进的复合材料焊接技术、更可靠的熔融粘合维修技术等。

尽管存在上述挑战，但热塑性复合材料巨大的应用潜力还是会驱使航空制造商将更多的部件设计为热塑性结构，相关的研究也还将持续不断地产出新成果，这都将进一步提升热塑性复合材料在民机上的应用比例。也许，热塑性复合材料就像低温固化热固性复合材料一样，将曲折但坚定的发展，并在未来由量变转为质变，攻克大型民机的主承力结构，实现广泛而深层次的应用。

参考文献：

[1] Inside a thermoplastic composites hotbed.High-Performance Composites[J], 2014.1

[2] Thermoplastic composites save weight in rotorcraft aerostructure.High-Performance Composites[J], 2014.3

[3] Fokker, TenCate and Airbus extend innovation programme.Reinforced Plastics[J], 2014.1

[4] Next steps in thermoplastic aerostructures.High-Performance Composites[J], 2014.7

[5] Fokker Aerostructures panel demonstrates thermoplastics fuselage potential.High-Performance Composites[J], 2014.3

第二篇：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

Ｔhe applications of Thermoplastic matrix Composite on aircraft

（中航工业一飞院，西安）

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]。热塑性复合材料的优点

与热固性复合材料相比，热塑性复合材料主要有以下优点：

（1）韧性、损伤容限性能、抗冲击，抗裂纹扩展等性能较好。由于热塑性树脂分子链的运动能力比热固性树脂强得多，因此热塑性树脂的韧性普遍要高很多，有利于改善复合材料的抗冲击损伤能力。以碳纤维/聚醚醚酮(PEEK)树脂复合材料为例，其压缩后冲击强度（CAI）值高达342 MPa，与第一代环氧复合材料170 MPa，增韧环氧复合材料250 MPa的平均水平相比，优势明显；

（2）成型周期短，生产效率高，节约成本。热固性复合材料主要的成型方法是预浸料/热压罐工艺，热压罐固化消耗大量的能源和时间，增加制造成本，而热塑性复合材料的成型过程仅仅发生加热变软和冷却变硬的物理变化，只需升温、加压成型、冷却即可完成制备过程，可采用热压成型工艺，故成型周期短、生产效率高、成本低。另外，热塑性复合材料在材料运输、存储、工艺准备、实施等比热固性复合材料要求低，因此生产成本更低。两种材料生产制造对比见下表1；

[2～5]

表1 热固性和热塑性复合材料对比

属性

热固性复合材料

热塑性复合材料

材料普通运输

1、室温存储，一般库房即可；

2、材料力学性能寿命无要求；

3、工艺实施无特殊要求；

1、材料无需回暖处理；

2、预浸料或板材无需保护；

3、材料准备在一般环境；

1、预浸料CNC，板材水切割；

2、材料可以回收利用；

1、板材热压成型；

2、无辅助材料，制造节拍5分钟

1、脱模及完成零件制造；

2、表面质量完好，无需打磨；

3材料运输 材料低温运输，并需要温度监控

1、低温存储，-18℃以下存储；

材料存储

2、材料力学性能寿命，一般12个月；

3、工艺性能寿命，一般240小时；

1、材料回暖处理；

工艺准备

2、预浸料需要衬纸保护；

3、材料准备需在净化间内完成；

1、预浸料剪裁自动下料机；

材料切割

2、边角余料不可利用

1、手工或自动铺叠；

工艺实施

2、真空加热固化，制造节拍8小时；

1、裁真空袋、工装清理；

后续处理

2、表面有需打磨处理

（3）实现结构减重。热固性复合材料的密度为1.7～2.0g/cm，而热塑性复合材料的密3度为1.1～1.6g/cm，密度较热固性复合材料小，因此，采用热塑性复合材料具有一定的减重优势；

（4）具有重塑性，可以循环利用，提高零件的修理性，降低报废率，废料也可回收。热塑性复合材料在成形过程中是一个简单的相变过程(即熔融和凝胶)，可二次加工；

（5）良好的耐热性能。以环氧树脂为代表的热固性复合材料长期使用温度最高可达130℃，而某些热塑性复合材料的长期使用温度可达250℃以上，并且耐水性极优，可在湿热环境下长期使用。例如：PEEK树脂的耐热性达220℃，用30%碳纤增强后，使用温度可提高到310℃，可用于某些特殊环境。

因此，热塑性复合材料在飞机结构中的应用，可以缩短零件的制造周期，提高其结构的抗冲击性能，减轻结构的重量，减少飞机的生产和使用成本。国内外飞机应用情况

自20世纪60年代以来，高性能连续纤维增强热塑性复合材料就受到欧美日等发达国家的重视。但长期以来，制约热塑性复合材料在民机上应用的主要原因有以下两个：（1）预浸料制造困难，材料成本高；（2）制件制造成型需要高温高压，对设备和辅料要求高。从20世纪80 年代开始，以美国为主导的西方国家进行了一系列旨在提高热塑性复材预浸料的制造水平、降低制件制造成本的研究计划，并最终取得大量的研究成果，为高性能热塑性复合材料在民机上的应用推广奠定了基础。英国帝国化学公司、德国巴斯夫公司、美国杜邦公司等开发了多类热塑性树脂，经波音、空客、洛克希德、福克等制备成飞机蒙皮、整流罩、升降舵等制件并且进行了飞行试验, 证明了热塑性复合材料不仅强度、刚度满足要求, 而且具

[6]有更好的韧性和损伤容限性能。目前常用的先进热塑性树脂主要有: 聚醚醚酮(PEEK)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚酰亚胺(PEI)等。

2.1 国外飞机应用情况

热塑性复合材料（TPC）在飞机应用上的巨大潜质，其在国外飞机上的应用如下：（1）机翼前缘

A340-500/600机翼前缘的J字型结构件，它代替原来由5段铝件组成的D型构件，由

[7～13]

长度2.5m和3.2m两段组成，是福克特殊飞机公司制造的，采用荷兰TenCate Composite公司的Cetex玻璃纤维/聚苯硫醚（PPS）薄膜“半预浸料”经过预先压实成板（每块板由5层预浸料组成），然后模压成肋及加强件。层合板的尺寸为1.2m×3.6m。玻璃纤维与PPS之间用一种专利化合物粘结。玻璃纤维/PPS材料放入热压罐内，在300℃以上高温固结。自A340-600用于验证航线飞行的首次试飞以来，尚未发现新的机翼前缘出现任何故障。这是热塑性复合材料在民机上首次大规模应用。

A380的机翼前缘也采用热塑性复合材料，如下图1所示，采用了多肋设计理念和用TenCate 公司的玻璃纤维/聚苯硫醚（PPS）制成，相应的选材及加工方式与A340-600类似。

图1 A380机翼固定前缘 Fig.1 Leading edge of A380

(2)舵面结构

新型湾流G650 公务机（JEC2010 创新奖得主）的方向舵和升降舵就是感应焊接的多肋扭力盒结构（见下图2）。感应焊接是由KVE 复合材料集团的荷兰专家开发，并由福克航空结构件公司实现工业化的一项技术。这种碳/PPS(TenCate 先进复合材料公司)的多肋设计比此前的碳/环氧树脂夹层结构重量降低10%、成本降低20%。

图2 湾流G650方向舵 Fig.2 rudder of G650(3)舱内地板

空客A400M运输机的驾驶舱地板使用了碳纤维/PPS，如下图3所示。其尺寸3.05m3.06m，是目前最大的碳纤维热塑性航空结构之一。

图3 空客A400M驾驶舱地板

Fig.3 floor of A400M(4)机身连接零件

空客A350客机机体上应用量最大的是机身连接零件。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。这些零件使用碳纤维/PPS材料，外形各异，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。空客A350热塑性连接角片部位见图4所示。

图4 空客A350热塑性连接角片部位

Fig.4 clips of A350(5)主承力件应用

2009年欧盟启动 “热塑性经济可承受性航空主结构”（TAPAS）项目，目的是为空客公司开发TPC平尾扭矩盒和机身结构，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，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。项目的第一阶段是采用碳纤维/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，已于2013年完成。TPC平尾扭矩盒基于G650的平尾中央部分重新设计，展长12m，其中，蒙皮厚度从2～8mm之间变化，采用单向预浸带制造。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%，如下图5左所示。

图5 热塑性主承力验证件 Fig.5 the TPC verification TPC机身验证件长4m，双曲面外形，其中加强筋长3m，厚度从2.48～5.50mm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。机身壁板验证件如图5右所示。

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。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。

2.2 国内飞机应用情况

国内飞机使用复合材料主要是以环氧和双马树脂为基体的热固性复合材料。对于热固性

[15]复合材料抗冲击能力差的问题，主要是通过改性/增韧或降低设计许用值的方法处理，直接改用热塑性复合材料的应用较少。

在实际装机应用方面，“八五”期间采用静电粉末法PEEK预浸料制造了某型机平板舱门，并已在飞机上装机考核，至今工作正常。见下图7左。

图6 舱门实物

[16]

[16]

Fig.6 the entity of the door

另外某型无人机后机身舱门结构采用了热塑性复合材料。选用的树脂基是聚酰亚胺NGDJ-900树脂膜，纤维为T300碳纤维无纬布和织物。筋条部分则采用短纤维增强树脂。结构件设计时，蒙皮采用树脂膜与增强纤维间隔叠层，加强筋条设计采用短纤维，壁板设计为一个带纵横方向加强筋条的整体，通过高温高压模压融渗成形技术，一次成形，不用进热压罐，不用几次胶结，减少制造工序，易于操作，也不需要真空袋等辅料，制造成本低。并且，整体成型可简化结构，使从前需要多个零件通过螺栓等紧固件连接在一起的部件简化为一个整体的零件，减少了原来各零件之间需要的连接件，降低装配成本。零件实物见图7右所示。与国外的差距

热塑性复合材料的工程应用大致经历了三个阶段：第一阶段，热塑性复合材料应用于飞机内饰、舱门、口盖、整流罩等非承力部件；第二阶段，用于飞机固定面前后缘、襟翼、副翼、方向舵等操纵面等受载较小部位；第三阶段，用于飞机机翼、尾翼、机身等主盒段结构。

目前，国外热塑性复合材料应用已经到达第三阶段。欧盟已启动了“热塑性经济可承受性航空主结构”（TAPAS）第二阶段项目，目标是进一步提高主结构材料、制造工艺、设计概念和模具设备的技术成熟度。国内民机方面，尚无热塑性复合材料结构研制、装机应用，仅在军机方面有少量应用，还局限于少量非承力部件上，处于热塑性复合材料工程应用的第一阶段，因此差距比较大。

（1）结构设计与强度分析方面的差距

热塑性复合材料特有的材料特性和特有的工艺性也决定其结构设计方法及强度分析方法与热固性复合材料有很大的不同，因国内工程应用少，所以对其材料特性、结构形式、受载特点等未充分研究，没有形成相关的结构设计准则和强度分析方法。

（2）制造与工艺方面的差距 热塑性复合材料加工工艺可分为：热塑性基体浸渍工艺和制件成型工艺。由于热塑性树脂熔融温度高、化学性质稳定，预浸、成型等每一个阶段对设备和工艺都有特殊的要求，其复合材料预浸料制备和成型加工的难度均比热固性复合材料大。目前我国在热塑性复合材料工艺方面的研究较少，差距较大。

（3）原材料生产供应的差距

国家曾投资兴建5000t/年产能的生产线，并开发PPS树脂膜、PPS长丝等产品。北京航空材料研究院曾采用该树脂进行过复合材料成型工艺的初步研究。但是近年来该生产线的无法稳定提供树脂基体。吉林大学曾长期开展国产PEEK树脂的研制工作，并于“八五”、“九五”、“十五”期间与北京航空材料研究院合作开展过CF/PEEK复合材料的研究。但吉大曾将其PEEK树脂的生产技术转让，其生产状态及知识产权归属有待明确。结束语

热固性复合材料在国内、外飞机上应用最为广泛，但断裂韧性及抗冲击能力差、难以回收利用、成型加工周期长等问题也长期存在，而热塑性复合材料的出现成为克服以上缺点的一种研究方向。而且热塑性复合材料可回收利用，减少对环境的污染。虽然近期热塑性复合材料不可能大量代替热固性复合材料，但其优异的性能已逐步引起重视，应用也日益广泛, 应用范围也将从次承力构件转向主承力构件。

目前热塑性复合材料在国内飞机上的应用还十分有限，设计、工艺、原材料等技术储备严重不足，因此国内热塑性复合材料的应用需要加强相关的技术研究:(1)PPS、PEEK等常用高性能热塑性树脂与纤维的匹配研究；(2)加强其成型工艺研究；(3)提出适合其特性的结构设计与强度分析方法；(4)推广应用。

参考文献

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张磊（1979-）男，硕士,高级工程师。主要研究方向：飞机复合材料强度。座机：029-86832903；手机：*** 邮箱：25179057@qq.com

第三篇：复合大豆磷脂粉生产与应用

复合大豆磷脂粉生产与应用

大豆磷脂是从生产大豆油的油脚中提取出来的产物，在大豆中的含量为1.2%～3.2%.它是由甘油、脂肪酸、胆碱或胆胺所组成的酯，能溶于油脂及非极性溶剂中。大豆磷脂的组成成分复杂，主要含有卵磷脂（约含34.2%）、脑磷脂（约含19.7%）、肌醇磷脂（约含16.0%）、磷酯酸丝氨

大豆磷脂是从生产大豆油的油脚中提取出来的产物，在大豆中的含量为1.2%～3.2%.它是由甘油、脂肪酸、胆碱或胆胺所组成的酯，能溶于油脂及非极性溶剂中。大豆磷脂的组成成分复杂，主要含有卵磷脂（约含34.2%）、脑磷脂（约含19.7%）、肌醇磷脂（约含16.0%）、磷酯酸丝氨酸（约含15.8%）、磷脂酸（约含3.6%）及其他磷脂（约含10.7%）.其中最主要的3种磷脂为：卵磷脂，是由甘油、脂肪酸、磷酸和胆碱组成；脑磷脂，与卵磷脂的结构相似，它含的氨基醇是乙醇胺而不是胆碱；肌醇磷脂，是由甘油、脂肪酸、磷酸和肌醇构成。大豆磷脂在畜禽体内脂肪代谢、肌肉生长、神经系统发育和体内抗氧化损伤等方面发挥很重要的作用。近年来，大豆磷脂作为饲料添加剂代替部分脂肪已初步应用于饲料工业。

1大豆磷脂的理化性质

纯净的大豆磷脂在高温下是一种白色固体物质，由于精制处理和空气接触等原因而变成淡黄色或棕色。大豆磷脂溶于油脂、脂肪酸和苯、乙醚等有机溶剂，部分溶于乙醇，极难溶于丙酮和乙酸甲酯，不溶于水。磷脂具有亲水胶体的性质，遇水时能吸水膨胀，从而使其在油脂中溶解度大大降低，从油中析出。在磷脂分子中，有磷酸根和氨基醇亲水基团及碳氢键疏水基团，故磷脂能起表面活性剂作用，能使水、油两个不相溶的相形成稳定的乳胶体，这是因为磷脂在水、油两相之间形成一个界面层而降低油与水之间的表面张力，成为很好的乳化剂和分散剂。磷脂在空气中或阳光中不稳定，易氧化酸败而变黑，但在油脂中却比较稳定。磷脂的耐热性能较好，但温度超过150℃会逐渐分解。磷脂在酸碱条件下易水解，其产物为脂肪酸、甘油、磷酸、氨基醇及肌醇等。

2大豆磷脂的种类

根据大豆磷脂加工工艺的不同，可将其分为以下几个类型：

2.1天然粗制磷脂

由大豆精炼油的副产品（油脚）真空脱水而制得，亦称为浓缩大豆磷脂。产品的丙酮不溶物（磷脂和糖脂）含量为60%～64%,大豆油含量为36%～40%.2.2改性大豆磷脂

由浓缩大豆磷脂经化学改性而制成，具有较好的亲水性和水包油（O/W）乳化功能。改性方法主要有3种：物理法、化学法和酶法。其丙酮不溶物含量与天然粗磷脂含量相同，但其乳化性和亲水性能较浓缩大豆磷脂有显着提高，因此在饲料添加性能、液体饲料制备和能量的消化吸收方面有更大的优势，在饲料中应用广泛。

2.3粉末大豆磷脂

浓缩大豆磷脂经丙酮脱除油脂后的高纯度磷脂产品，也称脱油磷脂粉。色泽为米黄色或浅棕黄色，呈粉粒状，丙酮不溶物含量为95%～98%.2.4精制大豆磷脂

经丙酮沉淀制得的粉末大豆磷脂可经乙醇油提进行纯化，乙醇处理后分为醇溶部分和醇不溶部分。醇溶部分磷脂酷胆碱含量高，增强了其亲水性，是O/W型乳化剂；醇不溶部分分为磷脂酸乙醇胺和磷脂酷肌醇，是W/O型乳化剂。

2.5磷脂油

植物油和脂肪酸稀释的磷脂产品，粘度低，易于泵送或喷涂。磷脂含量一般为30%～52%.2.6粉状大豆磷脂

液态磷脂加载体而形成的固体粉状产品。磷脂含量为10%～50%.2.7漂白大豆磷脂

粗磷脂经过过氧化氢漂白后进一步脱水所得的产品，含水量小于1%.3大豆磷脂的生理营养作用

大豆磷脂产品的主要成分有油脂、磷脂、胆碱、不饱和脂肪酸和维生素E等。磷脂是生物膜的重要组成部分，是动物脑、神经组织、骨髓和内脏中不可缺少的组成部分，对幼龄动物的生长发育非常重要。大部分磷脂以脂蛋白复合体的形式存在于细胞壁基质、细胞膜、髓鞘、线粒体和微粒体中，其作用是使非极性物质具有很高的通透性。磷脂还参与脂类的代谢，促进饲料中脂类的消化。吸收、转运和合成，防止脂肪肝的产生。磷脂不仅参与脂肪酸的代谢，而且改善维生素 A的吸收。磷脂还参与钠离子与钾离子的活动，激活一些神经组织。磷脂与不饱和脂肪酸中的必需脂肪酸作为组织细胞不可缺少的成分，还可增强组织器官功能，提高动物机体免疫系统活力，增强抗应激能力和抗病力。胆碱可节约动物体内部分蛋氨酸。油脂中的亚油酸、亚麻酸是动物体不能合成的，是细胞结构和机体代谢不可缺少的，必须从饲料中摄取。维生素E具有抗氧化作用，保护饲料中的其他维生素和不饱和脂肪酸。

4大豆磷脂在动物生产中的应用

4.1预防脂肪肝

鱼类营养性脂肪肝严重影响鱼的生长、肉质和抗病力；鸡的脂肪肝可导致产蛋率下降、死亡率升

高。脂肪肝综合症的生理原因主要是缺少磷脂，因为磷脂对脂肪代谢是非常重要的。磷脂分子具有乳化特性，所含的不饱和脂肪酸能酯化胆固醇，在血液中调节脂肪、胆固醇的运输和沉积。动物在肝中合成磷脂，并可通过形成脂蛋白不断把这些脂肪转运到肝外。脂蛋白是磷脂、胆固醇、甘油三酯和阿扑蛋白的复合物，如无足够的磷脂，脂蛋白便不能形成，肝内则会充盈脂肪。由于肝壁薄组织被脂肪浸润，其他重要的化学过程和合成就不能顺利进行，这样机体的其他有关功能将受到影响。因此，在饲料中补充一定量的磷脂，使脂蛋白的合成顺利进行，肝内的脂肪便可输运出，预防脂肪肝的发生。曹俊明等（1997）对草鱼的研究表明，当饲料中添加一定量的大豆磷脂时，草鱼肝脏脂肪脂质含量大幅度降低。

4.2改善动物的体脂构成

在饲料中添加适量的大豆磷脂可提高屠宰率、降低腹脂和改善肉质。由于大豆磷脂产品含有一定量的不饱和脂肪酸，如二十碳五烯酸（EPA）和二十二碳六烯酸（DHA）,动物采食含大豆磷脂的饲料，其体脂中这些不饱和脂肪酸的含量会相应提高，从而达到改善体脂的目的。邵邻相等（1996）在高脂日粮中添加大豆磷脂饲喂大鼠，结果大鼠血清中胆固醇、甘油三酯及极低密度脂蛋白含量明显降低，这说明大豆磷脂有降低血脂的作用。曹俊明等（1997）的试验表明，用含5%磷脂的饲料饲喂草鱼，52d后肝、胰脏的脂肪酸组成发生了变化，EPA和DHA含量显着升高，说明大豆磷脂可改善草鱼体脂构成。王若军等（1997）的试验表明，大豆磷脂可完全替代肉鸡日粮中的豆油，可提高屠宰率，降低腹脂和改善肉质。

4.3提高生长效率和饲料转化率

4.3.1猪

国内外的研究表明，在仔猪断奶后14d内由于胆汁分泌不足，仔猪对脂肪的乳化能力较弱。在仔猪饲料中添加磷脂可提高日粮粗蛋白质和能量的消化率，减少因消化不良导致的腹泻，促进代谢，改善增重和饲料转化率。Gunther（1994）研究表明，在断奶仔猪日粮中添加0.2%脱油大豆磷脂，仔猪的日增重比对照组提高9.5%,料重比降低7.5%;添加0.6%日增重提高17.1%,料重比降低12%.甘溢凌（2000）进行的大豆磷脂对断奶仔猪的试验表明，添加大豆磷脂组仔猪日增重提高6.8%,节约饲料约5.4%.在生长猪日粮中添加大豆磷脂也有同样的效果。李立（1999）的试验表明，生长猪日粮中添加5%大豆磷脂，日增重可提高7%.4.3.2牛

有研究证实，添加磷脂可显着改善小牛对人造奶中非乳脂的消化率。在小牛饲料中添加大豆磷脂40～50g/d,5个月中试验组平均日增重为870～880g,比对照组提高53%～64%.同时在饲料中添加磷脂和脂肪，可解决给小牛喂酪蛋白、乳糖、矿物质和维生素的合成日粮时出现的代谢紊乱和生长迟缓问题。

4.3.3家禽

有研究报道，在肉仔鸡料中添加磷脂可改善仔鸡的生长状况，并可增加肝中维生素A的贮存，促进骨的生长。耿庆辉（1996）的试验表明，在肉鸡日粮中添加2%改性磷脂，可提高增重7%～10%,饲料报酬提高5%～8%;给产蛋鸡饲喂含1.5%大豆磷脂的饲料，产蛋率提高9.9呢，饲料报酬提高9.2%.常开成（1998）用浓缩大豆磷 脂全部替代蛋鸡日粮中3%的油脂，添加磷脂组蛋鸡多产蛋7.l%,蛋白质消耗减少7.2%.4.3.4水产动物

鱼类在孵化后的快速生长中，需要丰富的磷脂来构成细胞的成分，当磷脂的生物合成不能充分满足仔鱼的需求时，需要在饲料中添加磷脂。另外，饲料中的磷脂还能促进甲壳动物对胆固醇的利用，提高甲壳动物的生长和成活率。虾在不同生长时期对磷脂的需要量不同，幼虾因不能合成足够的磷脂供生长和代谢的需要，因而幼虾对磷脂的需要量高。Abramo等（1981）的研究证明，龙虾需要卵磷脂以确保它在脱壳期间的生存。日本科学家指出，日粮中含0.5%～l%的磷脂对幼虾的生长和成活是必需的。薛永瑞等（1989）的试验表明，在鲤鱼饲料中添加2%的改性大豆磷脂，比对照组增产30.7%,饲料系数降低0.21,饲料成本降低了9.63%.Poston（1990）在饲料中添加4%或8%的大豆磷脂，明显降低了大西洋鲑的饵料系数。Kanagana等（1985）报道，在虾料中添加1%大豆磷脂可提高虾的生长速度和成活率。

5影响大豆磷脂应用的因素

随着畜牧业和饲料工业的飞速发展，饲料在市场上的竞争日趋激烈。大豆磷脂产品作为一种替代植物油，降低饲料成本的能量原料，被越来越多的厂家、养殖业户所重视和使用。但是，由于这种产品在国内处于刚刚开发阶段，技术尚不十分成熟，产品质量良莠不一，国内饲料行业又没有制定相应的质量标准，再加上有的使用单位对其性能与质量不清楚，所以该产品也给一些饲料加工企业及养殖户带来了很大的损失。近年来，东北地区的很多饲料加工企业应用磷脂后的质量事故；如饲料发霉、变质、肉鸡发生脑组织软化、白肌病、免疫力下降、腹泻、采食量下降，甚至拒食等。很多事故是由磷脂导致的或与磷脂有直接关系。

其次，由于粉末磷脂加工成本及使用成本较高，饲料工业中使用的基本上是粗制大豆磷脂，常温下为半固态，粘度非常大，用于饲料添加不能混合均匀，即便是高温流动状态下加入也难于混合。为解决磷脂在饲料中的混合问题，复合磷脂粉（粉状大豆磷脂）在近些年得到了很好的发展。

6复合磷脂粉的生产

复合磷脂粉的生产工艺很简单，就是将玉米膨化后与磷脂油混合即可。

目前，东北地区有众多厂家生产复合磷脂粉，我公司的膨化机用户也有很多从事该产品的生产。需要注意的是，复合磷脂粉中的膨化玉米比普通膨化饲料玉米膨化度高，要求较高的吸附性能，以生产出含脂肪及磷脂较高的产品。我们的用户一般采用45～50%的膨化玉米粉吸附50～55%的磷脂油，终产品为浅黄色至棕黄色粉状，具有大豆磷脂及膨化玉米固有香味，含磷脂、豆油、蛋白质、碳水化合物、胆碱（0.8%-1.1%）、必需脂肪酸（16-20%）VE等，主成分：粗脂肪≥50%、粗蛋白4-7%、磷脂≥30%、水分≤6%、酸 价≤20%、粒度（目）20-30、能量（大卡/千克）≥6000.7复合大豆磷脂粉的应用

复合大豆磷脂粉可提高饲料的能量和营养价值；提高饲料转化率，降低饲料系数；改善饲料的适口性，具有诱食作用；提高制粒的物理质量和产量，减少饲料在挤压成形时的粉料损失和能量消耗；防止粉尘飞扬和饲料自动分级；减少水产饲料中水溶性营养素的溶失；改善水产饲料在水中的漂离和沉降；减少饲料浪费和水质污染；促进脂质消化吸收，预防脂肪肝；促进幼龄动物生长发育，提高成活率；提高动物生长速度和生产性能；提高动物繁殖能力，增强动物机体抗病能力；便于饲料加工，可替代部分油脂和合成氯化胆碱。

7.1 肉禽用

改善适口性，缓解应激，缩短出栏时间。

提高免疫系统，增强抗病力，有效预防脂肪肝、腹水综合症及猝死症。提高屠宰率，降低腹脂，改善肉质风味，有效增加肝重。全增重率提高5%,成活率提高1.5%,料肉比降低2%,代谢能≥5.69MCal/kg直接添加 ,前期1.5～3%,中期2.5～4%,后期3.5～5%.7.2 蛋禽用

提高蛋壳质量，减少破蛋、白班蛋及肉班蛋，改善蛋黄质量，增大蛋卵个头。提高受精率、孵化率。增强免疫系统活力，缓解应激。

产蛋率提高越5%,枚蛋增重2.5克左右。产蛋高峰期延长半月之久。直接添加，蛋禽2～5%.7.3乳猪、仔猪、育肥猪用

有效降低粉料的粉尘量。

改善适口性，促进生长，提高成活率，缩短出栏时间，缓解应激。增强抗病力和仔猪的御寒能力。成猪皮薄细腻，皮毛光亮，瘦肉率提高。提高增重：仔猪5%,生成猪3%,降低料肉比，仔猪：2%,生长猪：1%左右。消化能5.19MCal/kg.7.4水产用（鲤、鲫、鳗、虹鳟、鲑鱼、罗非鱼及虾、蟹、甲鱼等）

提高饲料颗粒质量，减少水溶性维生素在水中的散失，具有诱食作用改善适口性。提高成活率，特别是甲壳类在幼苗和脱壳期的成活率。增强免疫系统活力，缓解应激；有效预防脂肪肝，肾脏和肠内出血、贫血等疾病，磁降低体侧弯及大腹腔发生率，保持自然条形。提高越冬和运输成活率。

有利色素沉积，保持天然体色，并提高机体组织磷脂含量，改善肉质风味鲤鱼增重越15%,成活率提高2%,饲料系数降低15%.消化能直接添加，3～5%.

第四篇：先进树脂基复合材料的现状及应用

先进树脂基复合材料的现状及应用

摘要：先进树脂基复合材料以其比强度比模量高、良好的耐疲劳性能、良好的 抗腐蚀性能、成型工艺的多选择性等独特优点获得广泛应用和迅速发展。本文简要介绍了先进树脂基复合材料的特性，并结合其特性从应用的角度总结了先进树脂基复合材料的应用和前景。

关键字：树脂基复合材料现状应用前言

先进树脂基复合材料是以有机高分子材料为基体、高性能连续纤维为增强材料、通过复合工艺制备而成,具有明显优于原组分性能的一类新型材料[ 1 ]。先进树脂基复合材料具有比传统结构材料优越得多的力学性能，可设计性优良，还兼有耐化学腐蚀和耐候性优良、热性能良好、振动阻尼和吸收电磁波等功能。目前，随着复合材料工业的迅速发展，树脂基复合材料正凭借其本身固有的轻质高强、成型方便、不易腐蚀、质感美观等优点，越来越受到人们的青睐。先进树脂基复合材料的现状

据有关部门的统计，全世界树脂基复合材料制品共有4万多种，全球仅纤维增强复合材料产量目前达到750多万t，从业约45万人，年产值415亿欧元，其生产能力与市场分布情况为：北美32%、亚太地区35%、欧洲30%、其他地区3%[ 2 ]。目前，全世界高性能树脂基复合材料的产量超过300万t，高性能热塑性复合材料的产量为120多万t，其应用领域主要为：汽车行业占23%、建筑业21%、航空业17%、体育运动领域11%[ 3 ]。从全球发展趋势来看，近几年欧美复合材料生产均持续增长，亚洲的日本发展缓慢，而中国特别是中国内地的市场发展迅速。我国树脂基复合材料研究，经过多年的发展，在生产技术、产品种类、生产规模等方面迈过了由小到大的台阶，产量已经仅次于美国，居世界第2位，其市场分布为：建筑 40%、管罐24%、工业器材12%、交通6%、船艇4%、其他14%[ 4-6 ]。我国高性能树脂基复合材料发展水平不高，所采用的基体主要有环氧树脂、酚醛树脂、乙烯基酯树脂等。3 先进树脂基复合材料的应用

3.1航空、3.1航空、航天工业航空树脂基复合材料以其典型的轻量特性、卓越的比强度、比模量、独特的耐烧蚀和隐蔽性、材料性能的可设计性、制备的灵活性和易加工性等,在实现武器系统轻量化、快速反应能力、高威力、大射程、精确打击等方面起着巨大作用,使它成为航空航天工业中非常理想的材料。在航空工业中，先进树脂基复合材料在应用过程中不断积累应用经验,提高技术水平, 完善配套技术, 从非承力构件整流蒙皮逐渐发展到承力构件尾翼、机翼, 从简单结构层合壁板, 逐渐发展到整体复合材料结构尾翼和机翼。先进树脂基复合材料在飞机上的应用可以实现15% ～30%减重, 可有效降低飞机的结构重量, 提高飞机的机动性能和有效载荷等。飞机结构复合材料化已经成为趋势, 先进树脂基复合材料已经成为不可缺少的关键航空结构材料。从上世纪90 年代开始, 先进战斗机大量使用先进树脂基复合材料, 如F35 复合材料用量达到35% ,主要应用包括机翼、机身、尾翼等主要承力构件。先进树脂基复合材料在民用飞机的应用从2003 年用量得到了跨越发展, 空客公司的A380宽体客机复合材料的用量增加到24% , 波音公司的B787 飞机复合材料用量达到约50% , 空客公司在研究的A350XWB复合材料用量将达到 52%。随着国内先进树脂基复合材料性能的提高, 制造技术的不断成熟, 配套无损检测和装配等技术的完善, 国内先进树脂基复合材料在直升机、歼击机和大型飞机得到相当的应用。歼击机复合材料的用量已经达到6% ～9% , 主要包括机翼、平尾、垂尾、前机身、鸭翼、襟副翼、腹鳍等;直升机复合材料用量达到25% ～ 33% ,主要包括旋翼系统和机身结构。先进树脂基复合材料机翼、平尾、垂尾、鸭翼、直升机机身、尾段等复合材料构件已经实现批量生产[ 7 ]。在航天领域，树脂基复合材料不仅是方向舵、雷达、进气道的重要材料，而且可以制造固体火箭发动机燃烧室的绝热壳体，也可用作发动机喷管的烧蚀防热材料。先进树脂基复合材料对于导弹屏蔽或衰减雷达波或红外特征,提高自身生 [8] 存和突防能力,具有着至关重要的作用。近年来研制的新型氰酸树脂复合材料具有耐湿性强、微波介电性能佳、尺寸稳定性好等优点，广泛用于制作宇航结构件、飞机的主次承力结构件和雷达天线罩。

3.2能源工业

3.2能源工业在现今国际社会上能源短缺，各种新型能源不断涌现，风能是现在很有前景的清洁、可再生能源，风力发电正快速发展，将逐步成为电力结构的主要组成部分。风力机组叶片是大型树脂基复合材料，已经成功的在风力机组上得到应用。树脂基复合材料具有耐酸、耐碱、耐有机溶剂、耐油等优异的耐腐蚀性能，因此在煤矿生产及石油的开采、运输、储备中得到非常广泛的应用。从技术、经济、性能分析，如纤维增强塑料（F R P）／塑料复合管和玻纤增强热塑性复合材料管道十分适于天然气、煤气的输送和储存，且有利于环保，其综合经济效益好、社会效益显著。3.3建筑业[ 9 ]

建筑行业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、降低造价以及提高经济效益等都十分有利，是实现建筑现代化的必要条件。实践表明，树脂基复合材料应用在现代建筑中比传统建筑材料性能更加优良，综合效益更好。下面详细介绍下树脂基复合材料在建筑业的应用。由于树脂基复合材料的可设计性和良好的力学性能,其可用于建筑物的承载结构以及建筑物加固。用作承载结构的复合材料建筑制品有柱、桁架、梁、基础、承重折板、屋面板、楼板等。树脂基复合材料围护结构制品有各种玻璃钢波纹板、夹层结构板、整体式和装配式折板结构和壳体结构。用作壳体结构的板材,它既是维护结构,又是承重结构。在门窗材料上玻璃钢门窗是很好的材料。玻璃钢门窗是采用中碱玻璃纤维及其织物作为增强材料,采用不饱和树脂作为基体材料,并添加其他矿物填料制成。玻璃钢门窗既有钢窗、铝窗的坚固性,又有塑钢窗的防水、耐腐蚀、保温、节能性能,更具有自身独特的隔音、抗老化、尺寸稳定等性能。此外，玻璃钢的寿命是50年,基本与建筑物的寿命相同,因此,采用玻璃钢门窗是今后房屋建筑门窗节能保温的发展方向。树脂基复合材料在建筑中的其他用途也很多,如工业厂房、农业温室及大型公用建筑的天窗、屋顶采光,可以采用树脂基复合材料透明板、半透明夹层结构板、整体式和组装式采光罩等。高层建筑的楼顶旋转餐厅屋盖、异形尖顶装饰屋盖、球形屋盖、屋顶花园、屋顶游泳池、广告物和楼房加高等,也多采用树脂基复合材料制造。大跨度飞机库、各种尺寸的冷库、防腐车间、活动房屋、岗亭、仿古建筑、移动剧院、透微波塔楼、屏蔽房等,也都属于树脂基复合材料建筑物。另外,树脂基复合材料还可用于制作各种家具、马路上的阴井盖、公园和运动场座椅、海滨浴场活动更衣室、公园仿古凉亭等。应用于各类卫生洁具方面的产品有浴盆、洗面盆、坐便盆,各种整体式、组装式卫生间等。

3.4汽车工业[ 10 ]

先进树脂基复合材料用于汽车工业近年来发展迅速，欧美国家在汽车工业上的应用占复合材料总量的23%，高于建筑和航空工业。汽车上应用树脂基复合材料可以减轻自重、降低油耗，从而提高运载能力，用于车辆内部装饰具有舒适隔声、隔热、降低震动等优点。树脂基复合材料汽车部件制品主要有车身壳体、汽车顶蓬、引擎盖、保险扛、仪器盘、油箱、座椅、刹车片和安全气袋等，国内用树脂基复合材料制造汽车制动缸正处于研究的起步阶段。3.4.1 玻璃纤维增强塑料（GFRP）在汽车上的应用

在欧洲、美国及日本等汽车制造业发达的国家，已普遍采用玻璃钢材料制造汽车零部件。其应用范围包括内装饰件（仪表板、车门内板、座椅、发动机罩等）；外装饰件（保险杠、挡泥板、导流罩等）；功能与结构件（天然气气瓶、油箱、风扇叶片、油气踏板等）。与国外相比，我国生产的汽车用玻璃钢部件较少，产品主要包括保险杠、车顶盖、阻流板、太阳罩、电瓶托架等。随着原材料的发展与工艺上的改进，在汽车中大量应用玻璃钢/复合材料将是今后我国汽车工业发展的必然趋势。

3.4.2 碳纤维增强塑料（CFRP）在汽车上的应用

CFRP是汽车轻量化最理想的材料。用CFRP取代钢材制造车身和底盘构件，可减轻质量68%,油耗下降40%。但由于成本高现在还未批量生产，若解决成本问题将有大量CFRP用于汽车工业中，应用部件将包括发动机系统中的推杆、连杆、摇杆、水泵叶轮；传动系统中的传动轴、离合器片、加速装置及其罩等；底盘系统中的悬置件、弹簧片、框架、散热器等；车体上的车顶内外衬、地板、侧门等。

3.4.3 芳纶纤维增强复合材料在汽车上的应用

芳纶纤维增强复合材料由于比强度、比模量较高，由于价格高，目前在汽车上应用很少。主要用于汽车上的轮胎帘子线、高压软管、摩擦材料、高压气瓶等。芳纶纤维作为高性能防护材料还可用作汽车防弹装甲，例如汽车门及汽车外壳的防弹内衬。

3.5船舶工业[ 11 ] 先进树脂基复合材料除具有优越的力学性能外, 往往还兼有耐腐蚀、振动阻尼和吸收电磁波等功能, 但其价格昂贵, 只能用在舰船上关键性的部位, 如大型核潜艇的声纳导流罩、大深度鱼雷的壳体、深海潜水器壳体以及高性能艇的艇体结构、水面舰艇的重要甲板构件等处。例如美国“洛杉矶”级核潜艇的声纳导流罩长7.6m、最大直径8.1m，是目前世界上最大的先进树脂基复合材料制品；美国“佩里”号驱逐舰首次用芳纶纤维增强塑料制作了装甲；美国海军用石墨纤维增强环氧树脂材料成功地制造出自动无人深潜探海艇AUSSMOD2的耐压壳体；德国 A I R加工技术公司开发出一种碳纤维环氧复合材料螺旋桨，这种螺旋桨的桨叶由碳纤维和环氧树脂模制而成，据称桨叶具有很高的强度，可在恶劣的海况下工作；新型桨的另一项优点是桨叶材料的阻尼性能好，可使噪声等级相对于金属桨下降5d B，甚至在桨叶损坏的情况下振动等级仍在可接受的范围之内。

3.6其他

先进树脂基复合材料在化肥、造纸、生物工程、环境工程及金属电镀等工业中发挥了重要作用。它在机械、电子、体育、娱乐、医疗等方面也得到较好的应用和发展,如机械制造中的轴承、齿轮、叶轮等零部件,体育上的各种水上赛艇、帆板、冲浪板、雪橇、高尔夫球杆、各种球拍等体育器材。实践证明,很多体育用品改用树脂基复合材料制造,大大改善了其使用性能,有利于运动员创造更佳成绩。树脂基复合材料钓鱼竿是娱乐器材中的大宗产品,目前的玻璃钢钓鱼竿和碳纤维复合材料钓鱼竿比模量大,具有足够的强度和刚度,且重量轻、可收缩、造型美观、携带方便。用树脂基复合材料制造的扬声器、小提琴和电吉它等,其音响效果良好,很有发展前景。目前在娱乐设施中, 大多公园及各类游乐场所的设施,均已采用不同类型的树脂基复合材料取代传统的材料。在生物复合材料中,树脂基复合材料的担架、呼吸器,碳纤维/环氧结构的假肢,人造假牙和人造脑壳等早已经出现,国外也有以聚丙稀腈为原料的碳纤维材料来修补韧带[ 12-13 ]。用碳纤维复合材料制成的心脏瓣膜成功植入人体已有几十年的历史,以尼龙为增强材料的人造器官也已投入使用。实验研究表明,这些材料做成的人体器官无排异反应,与人体有很好相容性,因此有着广阔的应用前景。结束语

树脂基复合材料具有良好的成形工艺性、高的比强度、高的比模量、低的密度、抗疲劳性、减震性、耐化学腐蚀性、良好的介电性能、较低的热导率等特点，广泛应用于各个领域中，已经成为许多领域不可或缺的关键材料之一。因此，树脂基复合材料具有在未来持续发展的潜力。参考文献

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第五篇：热塑性弹性体(TPE)主要应用领域

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热塑性弹性体（TPE）主要应用领域

热塑性弹性体即TPE，是一种兼具橡胶和塑料性能的材料，在常温下显示橡胶弹性，在高温下能够塑化成型的高分子材料。

热塑性弹性体（TPE）具备传统交联硫化橡胶的高弹性、耐老化、耐油性各项优异性能，同时又具备普通塑料加工方便、加工方式广的特点。可采用注塑、挤出、吹塑等加工方式生产，水口边角粉碎后100%直接二次使用。既简化加工过程，又降低加工成本，因此热塑性弹性体TPE材料已成为取代传统橡胶的最新材料。

其环保、无毒、手感舒适、外观精美，使产品更具创意。因此也是一支更具人性化、高品位的新型合成材料，也是世界化标准性环保材料。目前热塑性弹性体（TPE）主要应用领域有电线电缆行业、厨房用品及洁具、婴儿产品、运动器材等。

1、热塑性弹性体TPE电线电缆应用

电线电缆在传统上大多使用PVC作为绝缘及包覆材料，但由于PVC材料所产生的环保问题，已逐渐遭业界所弃用，取而代之有热塑性弹性体（TPE）这种新材料。

2、厨房用品及洁具TPE应用

厨房及厕所充满油脂及湿润的环境正好发挥TPE材料的优点，包上TPE的厨具手柄更防滑、更舒适，包上防滑圈的器皿在桌上更牢固，使用菜刀及剪刀时更安全，使用湿滑的清洁刷时更能用力。令入厨及清洁家居时更舒适及安全。

3、TPE应用之婴儿产品

婴儿的出生率在已发达国家处于偏低水平，父母对孩子的照顾更是无微不至，对婴儿用品及玩具的安全及舒适性要求严苛。因此婴儿产品比传统玩具对于材料的安全性及卫生级别要求更高，TPE柔软而高韧性以及环保无毒的特性正好符合产品的严格要求。

4、TPE工具手柄应用

TPE以双物料共塑方式应用在工具手把上，为产品提供防滑及吸震功能、柔软及暖和的舒适感，提高产品的耐用性及附加值。TPE的防油及柔软止滑特性令电钻等电动工具在充满油污及灰尘的工作环境中发挥得更可靠。

5、TPE运动器材应用

TPE具备极佳的耐气候性能及抗化学性，使其应用在户外运动器材上比传统橡胶有更优良的表现。水上用品如蛙鞋、泳镜、飞碟等经过海水浸泡及阳光曝晒后仍能保持良好的柔软性及回弹性。