碳纤维复合材料在大飞机上应用的技术关键

  碳纤维复合材料具有质量轻、高比强度、高比模量、耐疲劳.耐腐蚀、耐高温和尺寸稳定性好等一系列优异性能已广泛用于飞机制造业。随着碳纤维性能的不断提高,增韧改性基体树脂的不断深入和复合技术的日趋完善,韧性CFRP在大飞机上的应用逐步拓宽。未来500~600座的大飞机将成为航空客运的主力机型。为此,应关注以下几个技术课题和解决对策。

  (1)设计允许应变达到0.6%,可用冲击后抗压缩强度(CAI)来评价。这就需用高强度、大伸.长碳纤维与韧性基体树脂来复合。例如,T800H/3900-2或IMT/8551-7的韧性预浸料,可达到上述指标。而T300CFRP的设计允许应变仅为0.3%~0.4%,满足不了设计要求。

  (2)提高抗CFRP的抗冲击强度,需采用高强度、大伸长碳纤维。例如,T700S断后延长高达2.1%,上浆剂中可含有热塑性塑料微粒,提高其韧性。

  (3)提高冲击损伤后的抗压缩强度(CAI),需采用高强度、大伸长碳纤维与韧性环氧树脂复合。控制碳纤维石墨微晶尺寸,也可提高抗压缩强度。同时,研究韧性耐热的热可塑性树脂,作为新一代韧性基体树脂。

  (4)提高抗层间剪切强度(ILSS),改善两相界面粘接强度,有效传递载荷。同时,采用三维编织物和RTM成型技术,也可有效提高ILSS和防止层间剥落现象。

  (5)提高CFRP的耐热性,以适应超音速飞行。除提高基体树脂的耐热性外,也应关注碳纤维表面.上浆剂的湿热性能。吸湿会降底CFRP性能。

  (6)采用整体成型的先进复合技术来制造大型构件,如体翼一次成型技术。这不仅提高整体复合件的性能而且可大幅度减少零件数目和紧固件数目,有利于降低生产成本。

  (7)损伤的检测和大面积无损探伤是安全飞行的保证。采用多种灵敏传感器和检测器监控飞机的各项质量指标,做到万无一失和安全飞行。