先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料由于具有比強(qiáng)度和比剛度高、可設(shè)計(jì)性強(qiáng)、抗疲勞斷裂性能好、耐腐蝕、結(jié)構(gòu)尺寸穩(wěn)定性好以及便于大面積整體成型的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn),還有特殊的電磁性能和吸波隱身的作用,已經(jīng)在航空航天等高科技領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。
(1)向高性能化、高減重效率方向發(fā)展。西方最新研制機(jī)種使用的碳纖維由T300、AS4轉(zhuǎn)向T800、IM7,如F-22、EF200、B777等均用T800,與T300相比,其性能可提高30%-40%。樹脂則選用改性雙馬BMI和改性環(huán)氧,如F-22主承力結(jié)構(gòu)用5250-4BMI樹脂,耐溫達(dá)200。C,CAI值為220MPa(實(shí)際使用值為167MPa)。比外還采用增韌環(huán)氧977-3,CAI值為348MPa。B777采用3900-2高韌性環(huán)氧樹脂,CAI值為324-345MPa。第四代韌性雙馬樹脂5260,耐溫230。C,CAI值340MPa,較適合于民航機(jī)采用。
高性能纖維和高韌性樹脂的應(yīng)用可提高先進(jìn)復(fù)合材料的各種綜合性能和放寬設(shè)計(jì)許用值,從而可將減重效率由目前的20%-25%提高到30%或更高。
(2)重視制造技術(shù)研究、生產(chǎn)條件改造和綜合配套技術(shù)協(xié)調(diào)發(fā)展。除繼續(xù)采用成熟的熱壓罐成型技術(shù)外,還應(yīng)對(duì)編織/RTM、縫編/RTM、纏繞、拉擠、注塑等多種成型技術(shù)進(jìn)行研究。大力研究先進(jìn)的ATP技術(shù),發(fā)展自動(dòng)切割下料、自動(dòng)鋪帶、自動(dòng)鉆鉚等技術(shù)。先進(jìn)的ATP設(shè)備可鋪疊76.2-156.4mm的專用碳纖維/BMI預(yù)浸帶(帶厚約0.2mm),F(xiàn)-22就成功地采用這項(xiàng)技術(shù)完成了機(jī)翼上下蒙皮的疊層工作,Lockheed Martin和Boeing公司都在積極開發(fā)JSF戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)S形進(jìn)氣道的ATP技術(shù),此外,V-22、C-17和美國(guó)陸軍的先進(jìn)戰(zhàn)車均計(jì)劃采用先進(jìn)的ATP技術(shù)。
(3)重點(diǎn)開發(fā)低成本的技術(shù)。制造成本過(guò)高是制約復(fù)合材料擴(kuò)大應(yīng)用,特別是民用領(lǐng)域應(yīng)用的主要障礙,降低成本乃是當(dāng)務(wù)之急。降低成本應(yīng)從設(shè)計(jì)、材料、制造、使用、維護(hù)等多方面綜合考慮,應(yīng)推廣大絲束纖維(48-320K)、RTM工藝、固化自動(dòng)監(jiān)控、整體成型、特種格柵結(jié)構(gòu)和真空滲透等技術(shù)的應(yīng)用。
美國(guó)準(zhǔn)備通過(guò)低成本技術(shù)研究,設(shè)想在10-15年的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)先進(jìn)戰(zhàn)斗機(jī)主要復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件制造成本降低一個(gè)數(shù)量級(jí)的目標(biāo)。其主要技術(shù)思路為:進(jìn)一步提高復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件的整體性,更多地采用共固化和膠接技術(shù)以及復(fù)合材料的DFM(Design for Manufacture)和DFA(Design for Affordability)技術(shù),真正實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料的優(yōu)化應(yīng)用,從而大大提高復(fù)合材料的應(yīng)用效益,實(shí)現(xiàn)制造成本降低一個(gè)數(shù)量級(jí)的目標(biāo)。
目前國(guó)內(nèi)先進(jìn)復(fù)合材料的研究和應(yīng)用通常都具有時(shí)間緊、經(jīng)費(fèi)少、任務(wù)重的特點(diǎn),往往缺乏從設(shè)計(jì)、制造到使用、維護(hù)的全過(guò)程成本的精細(xì)模擬分析和評(píng)估,存在重大技術(shù)決策和最終成果預(yù)測(cè)不科學(xué)和定量預(yù)測(cè)結(jié)果少等問(wèn)題,消除這些矛盾對(duì)確保復(fù)合材料科研工作高起點(diǎn)和順利進(jìn)行以及研究成果的推廣應(yīng)用具有重要作用。
(4)強(qiáng)調(diào)復(fù)合材料一體化綜合技術(shù)的發(fā)展。復(fù)合材料技術(shù)本身正向著技術(shù)綜合化、功能多樣化和智能結(jié)構(gòu)化方向發(fā)展,它的研究和應(yīng)用往往涉及設(shè)計(jì)、材料、制造、測(cè)試、使用和維護(hù)等諸多專業(yè)技術(shù)領(lǐng)域。其發(fā)展應(yīng)用上任何成功的突破都是各專業(yè)人員協(xié)同工作的結(jié)果,需要各專業(yè)人員協(xié)同工作,為一個(gè)共同的目標(biāo)而努力,這樣才能集中有限的人力、財(cái)力和物力,在較短的時(shí)間內(nèi)完成繁重的研制任務(wù)。
(5)重視熱塑性復(fù)合材料的研究和應(yīng)用。以連續(xù)纖維或長(zhǎng)纖維增強(qiáng)的熱塑性復(fù)合材料(常以PP、PA、PC及高性能塑料PEEK、PES、PPS等為基體材料),既具有熱固性復(fù)合材料那樣良好的綜合力學(xué)性能,又在材料韌性、耐腐蝕性、耐磨性及耐溫性方面有明顯的優(yōu)勢(shì),而在工藝上還具有良好的二次或多次成型和易于回收的特性,其良好的發(fā)展和應(yīng)用前景是顯而易見的,因此,要繼續(xù)重視發(fā)展熱塑性復(fù)合材料,使熱塑性復(fù)合材料的研究和應(yīng)用得到進(jìn)一步發(fā)展。