第6期 陈祥宝等:先进树脂基复合材料技术发展及应用现状 可设计性、多功能兼容性和材料与构件制造的同步 本文主要介绍先进树脂基复合材料体系和制造技 性等。 术、新型复合材料技术的发展以及在航空领域的应用现 复合效应:复合材料中增强体和基体各保持其基本状,并依据航空装备发展的需求,讨论分析国内先进树 特性,通过界面相互作用实现叠加和互补,使复合材料脂基复合材料的主要发展方向 产生优于各组分材料的新的、独特的性能。 性能的可设计性:复合材料的可设计性主要表现为 2先进树脂基复合材料体系 可通过改变材料组分、结构、工艺等调控复合材料性 自从上世纪60年代先进树脂基复合材料得到应用 能,赋予复合材料性能设计以极大的自由度。以及可以以来,为了满足飞机、导弹以及航空发动机发展对先进 按照工程结构的使用要求,选择适当的组分材料和调整树脂基复合材料使用温度的需求,在环氧(EP)复合材 增强纤维的取向,使设计的结构重量轻,安全可靠和经料的基础上,发展了双马(MI复合材料和耐高温聚酰 济合理。 亚胺(PD复合材料。目前作为轻质高效结构材料应用的 多功能兼容性:当对复合材料构件有多种功能要求先进树脂基复合材料主要包括130e以下长期使用的环 时,可增减某种组分,从而在满足主要功能要求的同时氧复合材料体系、150~230e长期使用的MI复合材 又能兼顾其它功能要求。 料体系,260e以上使用的P愎复合材料体系。表1列出 材料与构件制造的同步性:与一般传统材料产品不了国内外常用的典型高性能EP、BMI和PI树脂基复合 同,复合材料产品不是经机械加工制造,而是构件成型材料的主要力学性能、使用温度和冲击后压缩强度 与材料制造同时完成。 CAI). 表1部分高性能环氢、BMI和P树脂基复合材料 Ta bb 1 Some o f te hgh pe rbm ance EP, BMI and P I com pos it Ten sile Tens ile Service Material system MP AGPa strength tmper2 CA IMPa Suppl er ature /e MPa Epoxy 977. 3/M7 CYTEC Engne nbt duct Fusehge w ng cm posite 8552/AS4 He leaper body structure 5228A/CCF3001549 BIAM Horiontal stb lilies Ver cal t il 5228T500 BIAM M issile part 916CCF3001560 BAMIR I Horizntal stblilier Vert cal a il 3261/T300 Helicap ter robr Bim alem de 5250-4/M7 2618 CYTEC Fuselage Wng Vertcal tail can po 5260/M7 380 CYTEC B IAM 5428CCF300 Gw300/700 ARMPI M ES il nstrument capsu b Poly m de R-15/M7 2458 144 NASA LEy s Engine by2passaduct case AFR.700/M72625 160 NASA Langley Engine blade LP. 15/AS4 BIAM Engne split ring KH304/3001320 BA360/T300 MPI/T300 1275 119 370 B IAM V ectorng exaust nozzle flap Notes BLAM) Beijing Institu te of A ermnautcal M ater als BAMTRI Beijng A eronautEal M anufactur ng Technology Research Institu te ARMPD Aerospace Research Institu te ofM ater a ls& processing Technology, CAS2Institute of chem stry CAS第 6期 陈祥宝等: 先进树脂基复合材料技术发展及应用现状 可设计性、多功能兼容性和材料与构件制造的同步 性等。 复合效应: 复合材料中增强体和基体各保持其基本 特性, 通过界面相互作用实现叠加和互补, 使复合材料 产生优于各组分材料的新的、独特的性能。 性能的可设计性: 复合材料的可设计性主要表现为 可通过改变材料组分、结构、工艺等调控复合材料性 能, 赋予复合材料性能设计以极大的自由度。以及可以 按照工程结构的使用要求, 选择适当的组分材料和调整 增强纤维的取向, 使设计的结构重量轻, 安全可靠和经 济合理。 多功能兼容性: 当对复合材料构件有多种功能要求 时, 可增减某种组分, 从而在满足主要功能要求的同时 又能兼顾其它功能要求。 材料与构件制造的同步性: 与一般传统材料产品不 同, 复合材料产品不是经机械加工制造, 而是构件成型 与材料制造同时完成。 本文主要介绍先进树脂基复合材料体系和制造技 术、新型复合材料技术的发展以及在航空领域的应用现 状, 并依据航空装备发展的需求, 讨论分析国内先进树 脂基复合材料的主要发展方向。 2 先进树脂基复合材料体系 自从上世纪 60年代先进树脂基复合材料得到应用 以来, 为了满足飞机、导弹以及航空发动机发展对先进 树脂基复合材料使用温度的需求, 在环氧 ( EP )复合材 料的基础上, 发展了双马 ( BM I)复合材料和耐高温聚酰 亚胺 ( P I)复合材料。目前作为轻质高效结构材料应用的 先进树脂基复合材料主要包括 130 e 以下长期使用的环 氧复合材料体系、150~ 230 e 长期使用的 BM I复合材 料体系, 260 e 以上使用的 P I复合材料体系。表 1列出 了国内外常用的典型高性能 EP、BM I和 P I树脂基复合 材料的主要力学性能、使用温度和冲击后压缩强度 ( CAI)。 表 1 部分高性能环氧、BMI和 P I树脂基复合材料 Ta b le 1 Some o f the h ig h pe rfo rm an ce EP, BMI a nd P I comp os ite Material system Ten sile strensth /MPa T ensile modulus /GPa Short b ean shear strength /MPa Service temper2 ature /e CA I/MPa Supplier App lication Epoxy composite 977 - 3 /IM7 2 510 162 125 130 220 CYTEC E ngin e in let du ct, Fu selage, W ing 8552 /AS4 2 100 140 115 120 230 H excel H e licopter body stru cture 5 228A /CCF3 00 1 549 134 105 120 250 BIAM H orizontal stab lilizer, Vertical ta il 5 228 /UT 500 2 400 130 100 130 230 BIAM Missile part 9916 /CCF300 1 560 130 100 120 280 BAMTR I H orizontal stab lilizer, Vertical ta il 3261 /T300 1 520 127 82 80 190 BIAM H elicop ter rotor Bismale2im ide composite 5250 - 4 /IM7 2 618 162 139 177 248 CYTEC Fuselage, W ing, V ertica l tail 5260 /IM7 2 690 165 159 177 380 CYTEC W ing, V ertical tail 5429 /T700 2 710 140 99 150 290 BIAM Fuselage, Cargo door QY89 11 /T300 1 593 132 113 150 178 BAMTR I Outer w ing, Fuselage, V ertical tail 5428 /CCF300 1 988 145 110 170 260 BIAM H orizon tal stab lilizer GW300 /T700 1 920 125 100 260 190 AR IMPI M issile in strumen t capsu le Poly im ide composite PMR- 15 /IM7 2 458 144 104 316 180 NASA Lew is Engine by2pass2du ct case AFR- 700 / IM7 2 625 155 131 370 160 NASA Langley E ngine b lade LP- 15 /AS4 1 850 140 87 280 190 BIAM Engin e sp lit ring KH 304 /T30 0 1 320 135 108 310 185 CAS Eng ine by2p ass2du ct BA360 /T300 1 350 130 105 350 180 BAMTR I Eng ine by2p ass2du ct MPI/T30 0 1 275 119 83 370 - BIAM V ectoring exaust n ozzle flap Notes: BIAM) Beijing Institu te of A eronautica l M ateria ls, BAMTRI) Be ijing A eronautica l M anufacturing Te chnology Re search Institu te, ARIMPI) Aerospace Research Institu te ofM ateria ls& proce ssing Technology, CAS2Institute of chem istry, CAS 3