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在當代材料科學與技術的發展史中,航空航天用材料一直飾演戰略重點的角色,材料的發展不但促進四軸飛行器自身的高速發展,也推動了路面代步工具的發展,而汽車發動機材料的高速發展則推動著驅動力產業的破舊立新。可以這么說,航空航天材料體現了結構材料發展趨勢的前沿,代表了一個國家結構材料的最高水平。

復合材料是通過二種或兩種以上材料按照要求組成的一種具備成份中任意單一材料所不具備的特性的新材料。優秀復合材料(Advanced Composite Materials)就是指適合于主承力結構或次承力結構。強度剛度特性等同于或超過鋁合金的復合材料。
航空航天工業生產對復合材料的高速發展帶來了最初推動力,優秀復合材料在航空公司、航空航天中的位置早已獲得認可。尤其是對于軍用機,優秀復合材料使用量的多少在一定程度上取決于該設備的創新性。
優秀復合材料依照基材可以分為:樹脂基復合材料(Resin Matrix Composites,通稱RMC):金屬基復合材料(Metal Matrix Composites,通稱MMC):陶瓷基復合材料(Ceramic Matrix Composites,通稱CMC)。而依照復合材料中增強體的形態,優秀復合材料可以分為:顆粒物提高復合材料(Particulate Reinforced Materials);纖維增強復合材料(Fiber Reinforced Materials);紡織結構復合材料(Textile Structural Composites,通稱TSC)等。
在其中,紡織結構復合材料將紡織技術性和現代復合材料成型技術相結合,有效擺脫傳統式單邊和層合復合材料的面內物理性能不勻、損傷容限劣等缺陷。
紡織復合材料(Textile Composites)的概念從運用上來講應該是由針織紗、針織品、編制、縫制等紡織技術性生產制造提高材料預成型體,再經過樹脂傳遞模塑(RTM)等復合材料液態成型制造工藝的一類復合材料,而纖維增強復合材料是傳統復合材料,一般沒有在紡織復合材料討論的范圍之內。但以上定義迄今未有確切的界定與區劃,人們普遍認為但凡復合材料的成分里面含有化學纖維、棉紗或紡織物,皆稱為紡織復合材料。如今關鍵所使用的復合材料一般是紡織復合材料。
航空航天工業生產對材料的需求
航空航天四軸飛行器的工作性質十分復雜。就飛機場來講,軍用機規定提高其操控性、近距離混合格斗和全天作戰能力;民航客機則要求安全系數、穩定性、舒適度和經濟效益等,所以對航空公司材料的重要基本要求高比強、緩解疲勞、耐熱、抗腐蝕、壽命長、成本低。但對航天飛機包含火箭彈、回收利用式通訊衛星、宇宙飛船、航天飛船和太空站而言,他們與飛機場的工作環境明顯不一樣,如高真空、熱冷交替變化、較高能輻射源、原子氧溶蝕等。優秀復合材料本身所具備的強度、比剛度大、抗疲勞性好,可制定性好等優點,正適用航空航天對材料的需求。
紡織復合材料在航空公司里的運用
優秀復合材料質輕、緩解疲勞、抗腐蝕等特點已經在航空公司結構中發揮了重要作用。大家已意識到復合材料是讓飛機場結構特性提高的最管用和容易完成的路徑,可是居高不下的成本費使航空公司工業領域無法接受。“成本低,性能卓越”是當前復合材料技術的關鍵發展前景,“經濟適用”材料深受高度重視。
在已經有關鍵材料管理體系前提下開發設計最先進的成本低生產技術是當今復合材料界的共識,如縫編.RTM 技術性、RFI技術性、離子束固化技術等。
目前航天工業所使用的紡織復合材料通常是樹脂基復合材料,包含熱固性塑料樹脂基復合材料和熱塑性樹脂基復合材料。熱固性塑料樹脂中常用是環氧樹脂樹脂和雙馬來酰亞胺樹脂,常見提高材料為碳纖維材料、芳綸和玻璃鋼等。環氧樹脂樹脂綜合型可以好,粘附力比較大,可以從120℃下長期用,改性材料后環氧樹脂樹脂可以從更高一些溫度下應用;雙馬來酰亞胺的耐高溫抗濕能突顯,黏度低,工藝性能好。
紡織復合材料在飛機上的應用位置大概包含:機艙門、翼梁、減速板、汽車尾翼結構、機油箱、副油箱、艙里墻板、木地板、直升機旋翼漿葉、飛機螺旋槳、高壓氣體器皿、通信天線、鼻錐、機輪門、整流板、發動機蓋(特別是在噴氣式發動機艙)、外涵道、坐位與安全通道板等。
紡織復合材料在航空航天里的運用
正是由于室內空間技術發展,紡織技術的發展潛力被復合材料界所運用。為了能取得最好物理性能,一個新的紡織結構,如針織紗、編制和針織品紡織物慢慢被選用。紡織結構復合材料可大大提高固層強度和損傷容限,同時提供繁雜結構總體成形的概率,在復合材料界尤其是航空航天復合材料工業生產中已占據很重要的位置。
航空航天規定質輕、高剮多度結構,防止曲屈產生,這些要求與航空公司結構是一致的,但航空航天環境與航空公司自然環境具備非常大區別,最典型的如原子氧、較高能輻射源、熱冷交替變化,這種促使航空航天材料與航空公司材料存在一些區別。樹脂、金屬材料和陶瓷基復合材料在航空工業都有著廣泛應用,增強纖維有碳纖維材料、芳綸纖維、硼纖維、氮化硅等。
針對樹脂基復合材料而言,特殊太空環境如原子氧和放射線會讓樹脂基復合材料產生毀壞,這些危害在低軌運行中尤其比較嚴重,因此必須采用對應的防原子氧溶蝕的舉措,如應用維護鍍層(金屬涂料、全氟聚合物等)。
世界各國都是有報導,對現有樹脂開展改性材料或者使用一個新的樹脂來提升樹脂基復合材料抵御原子氧和放射線腐蝕能力。金屬基復合材料具備一般金屬材料難以實現高的強度、高比模量,還具備樹脂基復合材料不能達到的耐熱、不吸潮、不放空氣、不易燃等特點,特別是具備相對高度耐熱性和氣溫交替變化可靠性,是極最理想的航天飛機結構材料。
總的來看,航空航天用金屬基復合材料大部分已為紡織結構復合材料,如針對相對穩定的拋物面天線、外太空鏡光學元件平臺等,材料的尺寸穩定性尤為重要,常選用金屬基復合材料,其常所使用的基材有鋁、鈦、金屬間化合物,通常采用紡織結構預制構件型體復合型成型制造工藝,歸屬于紡織結構復合材料范圍。而陶瓷基復合材料具備耐熱、抗氧化性、耐溶劑浸蝕、線膨脹系數小等特點,潛在的運用主要在于持續高溫結構材料,但是其致命的缺點 — 延性、嚴重影響他在結構里的運用。
宇宙飛船是發展載人航天技術的主導專用工具,而返回艙是載人航天飛船的關鍵一部分,載客飛船返回艙再進地球大氣層初始速度為7.7km/s上下,歷經苛刻的氣動式加溫,表層將產生持續高溫,因而較好的熱防護是一項非常重要的技術性。酚醛樹脂樹脂具有較好的結構力學和耐濕熱特性,特別是耐瞬間持續高溫燒損特性出色,廣泛用于航空工業中便于燒損的復合材料基材,碳纖維材料/酚醛樹脂復合材料是重要的耐燒損材料。當代火箭彈也大量使用復合材料,如應用優秀纖維纏繞生產制造復合材料外殼、火箭彈噴嘴和再進維護外殼,常應用碳纖維材料/酚醛樹脂材料開展熱防護,并已使用碳/碳復合材料,這類碳 復合材料一般是由碳布選用煅燒或有機化學汽相堆積法來制造。
航空公司材料的高速發展在航空航天工業生產中占有極其重要的部位,“一代材料,一代四軸飛行器”是航空航天產業發展的生動真實寫照,都是航空航天材料推動相關領域發展趨勢的真實敘述。伴隨著紡織機械設備與工藝的發展趨勢,紡織復合材料做為一類新興的優秀材料,在航空航天工業生產中的運用終將愈來愈普遍。