第一篇：熱塑性樹脂復合材料應用

摘要：熱塑性復合材料因具有韌性、耐蝕性和抗疲勞性高，成形工藝簡單、周期短，材料利用率高，預浸料存放環境與時間無限制等優異性能而得到快速發展，并逐漸進入航空制造領域。尤其是近年來，在歐盟以及空客、福克航宇等航空制造企業的強力推動下，熱塑性復合材料在民機上頻頻嶄露頭角，在一些部件上成為熱固性復合材料的有力競爭對手。熱塑性復合材料如果想繼續擴大在民機上的應用，必須進入機體主承力構件，然而，熱塑性應用于主承力構件還三個挑戰，即原材料成本高，鋪放工藝緩慢，以及預浸料粘性問題。關鍵詞：熱塑性復合材料 碳纖維 機體 內飾 主承力結構

熱塑性復合材料是以玻璃纖維、碳纖維、芳烴纖維及其它材料增強各種熱塑性樹脂所形成的復合材料，因具有韌性、耐蝕性和抗疲勞性高，成形工藝簡單、周期短，材料利用率高，預浸料存放環境與時間無限制等優異性能而得到快速發展，并逐漸進入航空制造領域。尤其是近年來，在歐盟以及空客、福克航宇等航空制造企業的強力推動下，熱塑性復合材料在民機上頻頻嶄露頭角，在一些部件上成為熱固性復合材料的有力競爭對手。熱塑性復合材料的民機應用潛質 以聚苯硫醚（PPS）,聚醚酰亞胺（PEI）,聚醚醚酮（PEEK）和聚醚酮酮（PEKK）為基體的先進增強熱塑性復合材料（TPC），具備高剛度、低加工成本和重新加工能力，擁有良好的阻燃、低煙和無毒（FST）性能，固化周期可以以分鐘記，且其成形過程是天生的非熱壓罐工藝。這些固有屬性使其成為輕質、低成本航空結構的理想材料。為西科斯基公司直升機提供大型熱塑性復合材料地板的纖維鍛造公司提供了如下一組數據：熱塑性復合材料比鋼輕60%，硬度是其6倍；比鋁輕30%；比熱固性復合材料強韌2倍；比注射模塑塑料硬5倍；在生產中比板材少60%碎屑。

上述性能特點和數據對比表明，熱塑性復合材料是一種天生的航空結構材料，并且在民機應用上擁有巨大的潛質，甚至可能在未來為航空復合材料制造帶來一場熱塑性革命。熱塑性復合材料在民機上的典型應用

目前，熱塑性復合材料（TPC）在民機上的應用主要體現在機體結構件和內飾件上，這其中，碳纖維增強PPS的TPC占大多數。

2.1 機體結構件

機體結構件中，TPC主要應用在地板、前緣、控制面和尾翼零件上，這些零件都是外形比較簡單的次承力構件。空客A380客機、空客A350客機、灣流G650公務機和阿古斯塔·韋斯特蘭AW169直升機都是熱塑性機體結構件的應用大戶。

空客A380客機上最重要的熱塑性復合材料結構件是玻璃纖維/PPS材料的機翼固定前緣。每個機翼有8個固定前緣構件，其中熱塑性材料占到了整個用料的三分之二。在固定前緣蒙皮的纖維鋪放中，制造商福克航空結構公司選擇了先進的超聲點焊作為鋪放設備的加熱系統。

圖1 空客A380熱塑性機翼前緣

空客A350客機機體的熱塑性復合材料主要分布在可移動翼梁和肋上以及機身連接處1。應用量最大的是一系列機身連接零件，每架A350需要大約8000個，這些零件位于機身11段到15段，連接機身復合材料壁板與內部的復合材料框架結構。這些零件外形各異，部分是簡單的L形，其它更為復雜，它們的尺寸在任何一個維度上都不超過203mm。這些機身連接零件使用碳纖維/PPS材料，通過先進的集成化單元完成制造，每個單元都擁有執行材料運輸的機器人夾持系統、執行材料預熱的紅外加熱器以及執行材料固化的液壓式熱沖壓機。

圖2 空客A350熱塑性機身零件

灣流G650公務機在熱塑性復合材料應用方面是一個里程碑，它的壓力隔框肋板則使用了碳纖維/PEI材料，而方向舵和升降舵都使用了碳纖維/PPS材料，后者標志著民機主控制面采用熱塑性復合材料的時代已經到來。方向舵和升降舵的碳纖維/PPS多肋結構比常規的碳纖維/環氧三明治結構輕10%、便宜20%，利用先進的感應焊技術替代膠接和鉚接是一個重要的成本削減因素，也是一項技術創新。參與G650方向舵和升降舵研制的灣流公司、福克航空結構公司、TenCate先進復材公司、KVE復材公司、Ticona工程聚合物公司因此獲得了2010年的JEC大獎。(2014年10月27-29日，福克航空將委托TENCATE先進復材公司在SAMPE中國2014年會上展出熱塑性復合材料方向舵。歡迎點擊“閱讀原文”預約參觀。)

圖3 灣流G650熱塑性方向舵

阿古斯塔·韋斯特蘭AW169直升機的平尾采用了碳纖維/PPS材料2，比常規熱固性復合材料的設計輕了15%，成為占機體重量近50%的復合材料中的一大亮點。平尾外形長3m，弦長0.62m，厚0.15m，前緣12個肋，后緣14個肋，前后緣蒙皮分別厚0.6mm和0.9mm。3m長的盒型梁由2個Ω形的構件組成，Ω形構件及其上下稍彎曲的蒙皮在共固化中連接。福克航空結構公司開發的模具帶有可移除的內部心軸，可以讓梁在一個步驟中成形，只需數分鐘。

圖4 阿韋AW169熱塑性平尾

此外，空客A400M運輸機的駕駛艙地板和復合材料機身防冰板分別使用了碳纖維/PPS和玻璃纖維/PPS材料。其中，駕駛艙地板尺寸3.05m*3.06m，是目前最大的碳纖維熱塑性航空結構之一。

圖5 空客A400M駕駛艙地板

可以看到，上述機體結構件幾乎都是采用的PPS熱塑性樹脂。PPS是可用于航空的熱塑性材料中成本最低的材料解決方案，可以很容易地與增強體制成預浸帶，有著優秀的強度、硬度和方向穩定性，具備工藝和環保優勢，可以使用快速制造工藝。此外，PPS對燃料、油料、溶劑和防冰劑有良好的抵抗力，具備極低的吸濕性，這使其在內飾件上也有著廣泛的應用。

2.2 內飾件

內飾件方面，TPC的應用更加廣泛，座椅、行李架導軌、個人空氣系統導管等。切削動力公司、TenCate公司、Ticona工程聚合物公司和A&P技術公司聯合開發的碳纖維/PPS熱塑性復合材料座椅，獲得了2011年JEC大獎。波音787的行李架頂部導軌使用了C形和L形的TPC，個人空氣系統導管使用了玻璃纖維/PEI材料；龐巴迪“全球快車”公務機的窗框使用了玻璃纖維/PPS材料。

此外，SABIC創新塑料公司和Tri-Mack塑料制造公司分別開發了可用于飛機內飾件的碳纖維/PEI材料和碳纖維/PEEK材料，應用范圍包括小桌板支桿、托架，以及扶手、踏板好咖啡壺底架等廚房用品。其中，碳纖維/PEEK材料比金屬減重70%，疲勞強度達4~5倍；比熱固性復合材料制造周期快數倍以上，材料回收能力更強；加之其耐化學和耐腐蝕性，以及振動和噪聲抑制的改進，是金屬和熱固性復合材料內飾件的良好替代材料。熱塑性復合材料民機主承力構件的研究進展

熱塑性復合材料（TPC）在民機應用上的巨大潛質，使得民機制造商一直非常關注該材料在民機主承力構件上的應用，并開展了眾多研究，研究的重點是主承力構件的先進制造工藝。這其中，歐洲尤其是荷蘭的貢獻不可小視，歐盟框架研究計劃中的“熱塑性經濟可承受性航空主結構（”TAPAS）項目已經進入第6個年頭，依托荷蘭TPC技術，項目產生了大量成果；波音也與荷蘭TenCate先進復材公司、斯托克·福克公司以及Twente大學建立了熱塑性復合材料研究中心（TPRC）；此外，加拿大的魁北克航空研究與創新聯盟（CRIAQ）也在關注直升機TPC構件。

3.1 歐盟框架計劃的進展 3.1.1歐盟框架計劃的進展

歐盟框架研究計劃中的“熱塑性經濟可承受性航空主結構（”TAPAS）項目于2009年啟動，目的是為空客公司開發TPC平翼扭矩盒和尾翼結構，進一步增加TPC在當前和未來飛機上的應用比例，如A320neo客機。項目將分為兩個階段，在2017年完成3，目標是兩個構件的材料、制造工藝、設計概念和模具設備達到技術成熟度分別達到4級和6級。技術難點包括：開發和驗證適合的材料，“對接接頭”連接，制造技術，如纖維焊接、壓力成形和纖維鋪放。

TAPAS項目的成員包括空客、荷蘭福克航空結構公司、TenCate先進復材公司、Technobis 纖維技術公司、荷蘭熱塑性復材公司（DTC）、KVE復材集團、機載復材公司、KE工廠公司、CODET公司、荷蘭國家航空實驗室（NLR）、Delft技術大學和Twente大學等。項目的第一階段已于2013年完成，采用碳纖維/PEKK材料開發主承力結構，項目制造的TPC平尾扭矩盒和機身驗證件分別達到了技術成熟度3級和5級。TPC尾翼扭矩盒基于G650的垂尾中央部分重新設計，展長12m，其中，蒙皮厚度從2mm~8mm之間變化，采用單向預浸帶制造。福克航空結構公司采用一種利用焊接的“對接接頭”方式在蒙皮上集成了T型加強筋，據稱這在制造工藝、成本和重量上都是革命性的。由于TPC固有的韌性能更好地阻止裂紋擴展，能夠將蒙皮設計得更薄，因此與熱固性復合材料構件相比，該扭矩盒減重10%。TPC機身驗證件長4m，雙曲面外形，其中加強筋長3m，厚度從2.48~5.50m之間變化。DTC公司開發了該機身加強筋，及其制造工藝：數控切割TPC材料，機器人鋪放，真空預固化，自動運輸，壓力成形，整個過程僅需15min。

圖6 熱塑性扭矩盒驗證件

項目的第二階段于2014年初開始，將繼續提升TPC扭矩盒和機身的技術成熟度，使其獲得市場的關注4。對于扭矩盒的研究，接下來將開發可獲應用認證的材料和工藝；開發一個能夠存放燃油的“濕”盒；使用將梁與蒙皮焊接起來的一種結構。對于機身的研究，主要挑戰在于控制蒙皮厚度，特別是對于A320neo或者737max這樣的單通道客機，韌性的TPC薄蒙皮結構固然更合適，但其厚度極限需要驗證，尤其是考慮到如冰雹撞擊或維修工具沖擊下的局部載荷作用。

歐盟框架研究計劃中還有一個“經濟的先進前緣結構”（COALESCE）項目，開發多肋薄蒙皮設計的前緣，蒙皮在鋪放過程中利用激光電焊加熱，肋是片狀預成形件，與蒙皮在共固化過程中以“對接接頭”方式連接。A380固定前緣的焊接接頭剝離強度是10N/mm，而帶圓角的“對接接頭”要強10倍，而且以該方式生產的前緣結構比A380的成本低30%。

圖7 帶圓角的“對接接頭”

3.2其它的研究進展

福克航空結構公司在TAPAS項目之外還開發了幾個驗證件：TPC帶筋翼面壁板、TPC正弦梁、TPC帶筋機身壁板。采用“對接接頭”連接T型加強筋的TPC翼面壁板比碳纖維/環氧材料減少了15~30%的成本。正弦梁采用碳纖維/PEKK材料，其設計制造也得益于“對接接頭”的開發，使該結構比簡單I型梁具備更高硬度和抗彎性，而熱固性復合材料難以快速、經濟地制造這樣的結構。機身壁板由碳纖維/PEEK材料制造5，在陰模中鋪放，先鋪垂直筋條，再自動鋪放蒙皮，隨后蒙皮和筋共固化，最后使用感應焊技術把水平框架和壁板連接起來。

圖8 熱塑性機身壁板驗證件

加拿大魁北克航空研究與創新聯盟（CRIAQ）包括龐巴迪、貝爾直升機和普惠加拿大等企業、大學和政府組織，它們完成了兩個TPC結構的開發項目：輕型直升機劃橇式起落架TPC薄壁、圓錐形管件；1.2m長的直升機TPC尾梁，尾梁必須承受重要的彎矩，以及發動機高溫排氣。由于旋翼機結構開發受復雜外形、低產量和高風險的限制，直升機制造商很少能將TPC結構的生產商業化，CARIQ的目的正是尋找工藝參數和最新的材料與設備來解決這個問題。

在熱塑性預浸料鋪放技術方面，德國和美國在2013年都有最新研究成果。德國弗勞恩霍夫研究所開發出一個熱塑性預浸料自動鋪帶系統，能夠在原位使用激光進行熱塑性樹脂基體的固化，該系統具有良好的溫度控制，鋪放速度可達約1m/s。美國自動動力公司開發出一個激光加熱系統，可以取代熱塑性預浸料一般使用的熱氣加熱系統，將纖維鋪放速度提升3~5倍至0.5m/s，能耗減少60%，并具有更嚴格的過程溫度控制和更好的加熱效率。熱塑性復合材料在民機上應用的挑戰和前景

熱塑性復合材料（TPC）如果想繼續擴大在民機上的應用，必須像低溫固化熱固性復合材料一樣進入機體主承力構件。然而，TPC應用于主承力構件，還有一定的障礙。

首先，最大的難點在于原材料成本。航空級熱塑性預浸料的成本要高于熱固性預浸料，如果只是簡單地繼續使用熱固性復合材料的自動鋪放和熱壓罐固化工藝，那么TPC零件在成本上沒有競爭力。高性能TPC所需溫度在200?C~430?C，典型固化壓力可達1380kPa（200psi），當前TPC后固化所使用的設備，成本大概是加工熱固性復合材料的2倍，如果僅僅是小批量生產的話，資金負擔較大。對于TPC主承力結構研究的對象PEEK和PEKK，PEKK要求的工藝溫度低，固化速度更快，但機械性能沒有PEEK高，而PEEK則更貴。

其次，鋪放工藝的緩慢仍是挑戰。由于要維持所需的高溫，本身就比較硬的熱塑性預浸料在自動鋪放時也使用硬壓緊輥，在經過尖角和邊緣等復雜外形處時的轉向問題就很突出，影響了鋪放速度。典型的熱塑性預浸料鋪放速度小于10lb/h，比起大型民機用的碳/環氧材料15~40lb/h的鋪放速度來說太低。如果要在小批量的大型民機主承力構件應用，PEEK和PEKK基預浸料的鋪放速度分別需要再快3~5倍和10~20倍。

再次，預浸料粘性的問題。一個是自動鋪放過程中第一層與模具的粘合，尤其是波狀表面；另一個是TPC材料難以與非熱塑性材料粘結，比如環氧。此外，還需要提升維修技術的成熟度。

針對這些挑戰，原材料供應商、設備供應商、航空制造商都在抓緊研究。原材料問題，相信10年之內，Cytec和TenCate公司都會有結合PEEK和PEKK優點的新材料問世，便宜、加工周期快，而且機械性能良好。鋪放工藝問題，最好的方法是鋪放時的原位固化，避免二次加工，或者改進加熱方式提升鋪放速度，而這一點現在已經有了不小的進展。粘性的問題，空客提出了一個解決方案，通過多孔模對鋪層施加負壓力來防止與模具粘合，然而其它方面還需要繼續探尋更加成熟的解決方案，比如更先進的復合材料焊接技術、更可靠的熔融粘合維修技術等。

盡管存在上述挑戰，但熱塑性復合材料巨大的應用潛力還是會驅使航空制造商將更多的部件設計為熱塑性結構，相關的研究也還將持續不斷地產出新成果，這都將進一步提升熱塑性復合材料在民機上的應用比例。也許，熱塑性復合材料就像低溫固化熱固性復合材料一樣，將曲折但堅定的發展，并在未來由量變轉為質變，攻克大型民機的主承力結構，實現廣泛而深層次的應用。

參考文獻：

[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：熱塑性復合材料在飛機上的應用

熱塑性復合材料在飛機上的應用

張磊 楊衛平張麗

Ｔhe applications of Thermoplastic matrix Composite on aircraft

（中航工業一飛院，西安）

摘要：闡述了熱固性復合材料的缺點，分析了熱塑性復合材料的優勢，并介紹了其在國內、外軍用飛機和民用飛機上的應用情況，指出了國內外的差距，最后對國內纖維增強熱塑性復合材料的發展提出了建議。

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.關鍵詞： 熱塑性、熱固性、聚醚醚酮、聚苯硫醚、抗沖擊性

Keywords: Thermoplastic、Thermosetting、PEEK、PPS、impact resistance

復合材料按樹脂類型可分為熱固性復合材料和熱塑性復合材料。目前國內外飛機上，大量使用的復合材料為熱固性復合材料，包括機翼、機身等主要承力構件。但是熱固性復合材料通常采用熱壓罐生產工藝，成型時間長，而且在材料運輸、存儲、工藝準備、實施等方面要求都比較嚴格，因此生產成本比較高。另外熱固性復合材料對沖擊比較敏感，設計和使用時要重點考慮沖擊對結構性能的影響。而熱塑性復合材料在這些方面都有一定優勢，所以近年來其逐步受到重視[1]。熱塑性復合材料的優點

與熱固性復合材料相比，熱塑性復合材料主要有以下優點：

（1）韌性、損傷容限性能、抗沖擊，抗裂紋擴展等性能較好。由于熱塑性樹脂分子鏈的運動能力比熱固性樹脂強得多，因此熱塑性樹脂的韌性普遍要高很多，有利于改善復合材料的抗沖擊損傷能力。以碳纖維/聚醚醚酮(PEEK)樹脂復合材料為例，其壓縮后沖擊強度（CAI）值高達342 MPa，與第一代環氧復合材料170 MPa，增韌環氧復合材料250 MPa的平均水平相比，優勢明顯；

（2）成型周期短，生產效率高，節約成本。熱固性復合材料主要的成型方法是預浸料/熱壓罐工藝，熱壓罐固化消耗大量的能源和時間，增加制造成本，而熱塑性復合材料的成型過程僅僅發生加熱變軟和冷卻變硬的物理變化，只需升溫、加壓成型、冷卻即可完成制備過程，可采用熱壓成型工藝，故成型周期短、生產效率高、成本低。另外，熱塑性復合材料在材料運輸、存儲、工藝準備、實施等比熱固性復合材料要求低，因此生產成本更低。兩種材料生產制造對比見下表1；

[2～5]

表1 熱固性和熱塑性復合材料對比

屬性

熱固性復合材料

熱塑性復合材料

材料普通運輸

1、室溫存儲，一般庫房即可；

2、材料力學性能壽命無要求；

3、工藝實施無特殊要求；

1、材料無需回暖處理；

2、預浸料或板材無需保護；

3、材料準備在一般環境；

1、預浸料CNC，板材水切割；

2、材料可以回收利用；

1、板材熱壓成型；

2、無輔助材料，制造節拍5分鐘

1、脫模及完成零件制造；

2、表面質量完好，無需打磨；

3材料運輸 材料低溫運輸，并需要溫度監控

1、低溫存儲，-18℃以下存儲；

材料存儲

2、材料力學性能壽命，一般12個月；

3、工藝性能壽命，一般240小時；

1、材料回暖處理；

工藝準備

2、預浸料需要襯紙保護；

3、材料準備需在凈化間內完成；

1、預浸料剪裁自動下料機；

材料切割

2、邊角余料不可利用

1、手工或自動鋪疊；

工藝實施

2、真空加熱固化，制造節拍8小時；

1、裁真空袋、工裝清理；

后續處理

2、表面有需打磨處理

（3）實現結構減重。熱固性復合材料的密度為1.7～2.0g/cm，而熱塑性復合材料的密3度為1.1～1.6g/cm，密度較熱固性復合材料小，因此，采用熱塑性復合材料具有一定的減重優勢；

（4）具有重塑性，可以循環利用，提高零件的修理性，降低報廢率，廢料也可回收。熱塑性復合材料在成形過程中是一個簡單的相變過程(即熔融和凝膠)，可二次加工；

（5）良好的耐熱性能。以環氧樹脂為代表的熱固性復合材料長期使用溫度最高可達130℃，而某些熱塑性復合材料的長期使用溫度可達250℃以上，并且耐水性極優，可在濕熱環境下長期使用。例如：PEEK樹脂的耐熱性達220℃，用30%碳纖增強后，使用溫度可提高到310℃，可用于某些特殊環境。

因此，熱塑性復合材料在飛機結構中的應用，可以縮短零件的制造周期，提高其結構的抗沖擊性能，減輕結構的重量，減少飛機的生產和使用成本。國內外飛機應用情況

自20世紀60年代以來，高性能連續纖維增強熱塑性復合材料就受到歐美日等發達國家的重視。但長期以來，制約熱塑性復合材料在民機上應用的主要原因有以下兩個：（1）預浸料制造困難，材料成本高；（2）制件制造成型需要高溫高壓，對設備和輔料要求高。從20世紀80 年代開始，以美國為主導的西方國家進行了一系列旨在提高熱塑性復材預浸料的制造水平、降低制件制造成本的研究計劃，并最終取得大量的研究成果，為高性能熱塑性復合材料在民機上的應用推廣奠定了基礎。英國帝國化學公司、德國巴斯夫公司、美國杜邦公司等開發了多類熱塑性樹脂，經波音、空客、洛克希德、福克等制備成飛機蒙皮、整流罩、升降舵等制件并且進行了飛行試驗, 證明了熱塑性復合材料不僅強度、剛度滿足要求, 而且具

[6]有更好的韌性和損傷容限性能。目前常用的先進熱塑性樹脂主要有: 聚醚醚酮(PEEK)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚酰亞胺(PEI)等。

2.1 國外飛機應用情況

熱塑性復合材料（TPC）在飛機應用上的巨大潛質，其在國外飛機上的應用如下：（1）機翼前緣

A340-500/600機翼前緣的J字型結構件，它代替原來由5段鋁件組成的D型構件，由

[7～13]

長度2.5m和3.2m兩段組成，是福克特殊飛機公司制造的，采用荷蘭TenCate Composite公司的Cetex玻璃纖維/聚苯硫醚（PPS）薄膜“半預浸料”經過預先壓實成板（每塊板由5層預浸料組成），然后模壓成肋及加強件。層合板的尺寸為1.2m×3.6m。玻璃纖維與PPS之間用一種專利化合物粘結。玻璃纖維/PPS材料放入熱壓罐內，在300℃以上高溫固結。自A340-600用于驗證航線飛行的首次試飛以來，尚未發現新的機翼前緣出現任何故障。這是熱塑性復合材料在民機上首次大規模應用。

A380的機翼前緣也采用熱塑性復合材料，如下圖1所示，采用了多肋設計理念和用TenCate 公司的玻璃纖維/聚苯硫醚（PPS）制成，相應的選材及加工方式與A340-600類似。

圖1 A380機翼固定前緣 Fig.1 Leading edge of A380

(2)舵面結構

新型灣流G650 公務機（JEC2010 創新獎得主）的方向舵和升降舵就是感應焊接的多肋扭力盒結構（見下圖2）。感應焊接是由KVE 復合材料集團的荷蘭專家開發，并由福克航空結構件公司實現工業化的一項技術。這種碳/PPS(TenCate 先進復合材料公司)的多肋設計比此前的碳/環氧樹脂夾層結構重量降低10%、成本降低20%。

圖2 灣流G650方向舵 Fig.2 rudder of G650(3)艙內地板

空客A400M運輸機的駕駛艙地板使用了碳纖維/PPS，如下圖3所示。其尺寸3.05m?3.06m，是目前最大的碳纖維熱塑性航空結構之一。

圖3 空客A400M駕駛艙地板

Fig.3 floor of A400M(4)機身連接零件

空客A350客機機體上應用量最大的是機身連接零件。這些零件位于機身11段到15段，連接機身復合材料壁板與內部的復合材料框架結構。這些零件使用碳纖維/PPS材料，外形各異，通過先進的集成化單元完成制造，每個單元都擁有執行材料運輸的機器人夾持系統、執行材料預熱的紅外加熱器以及執行材料固化的液壓式熱沖壓機。空客A350熱塑性連接角片部位見圖4所示。

圖4 空客A350熱塑性連接角片部位

Fig.4 clips of A350(5)主承力件應用

2009年歐盟啟動 “熱塑性經濟可承受性航空主結構”（TAPAS）項目，目的是為空客公司開發TPC平尾扭矩盒和機身結構，進一步增加TPC在當前和未來飛機上的應用比例，如A320neo客機。項目將分為兩個階段，在2017年完成，目標是兩個構件的材料、制造工藝、設計概念和模具設備達到技術成熟度分別達到4級和6級。項目的第一階段是采用碳纖維/PEKK材料開發主承力結構，項目制造的TPC平尾扭矩盒和機身驗證件分別達到了技術成熟度3級和5級，已于2013年完成。TPC平尾扭矩盒基于G650的平尾中央部分重新設計，展長12m，其中，蒙皮厚度從2～8mm之間變化，采用單向預浸帶制造。由于TPC固有的韌性能更好地阻止裂紋擴展，能夠將蒙皮設計得更薄，因此與熱固性復合材料構件相比，該扭矩盒減重10%，如下圖5左所示。

圖5 熱塑性主承力驗證件 Fig.5 the TPC verification TPC機身驗證件長4m，雙曲面外形，其中加強筋長3m，厚度從2.48～5.50mm之間變化。DTC公司開發了該機身加強筋，及其制造工藝：數控切割TPC材料，機器人鋪放，真空預固化，自動運輸，壓力成形，整個過程僅需15min。機身壁板驗證件如圖5右所示。

項目的第二階段于2014年初開始，將繼續提升TPC扭矩盒和機身的技術成熟度。對于扭矩盒的研究，接下來將開發可獲應用認證的材料和工藝，開發一個能夠存放燃油的“濕”盒，使用將梁與蒙皮焊接起來的一種結構。對于機身的研究，主要在于控制蒙皮厚度，特別是對于A320neo或者737max這樣的單通道客機，韌性的TPC薄蒙皮結構固然更合適，但其厚度極限需要驗證，尤其是考慮到如冰雹撞擊或維修工具沖擊下的局部載荷作用。

2.2 國內飛機應用情況

國內飛機使用復合材料主要是以環氧和雙馬樹脂為基體的熱固性復合材料。對于熱固性

[15]復合材料抗沖擊能力差的問題，主要是通過改性/增韌或降低設計許用值的方法處理，直接改用熱塑性復合材料的應用較少。

在實際裝機應用方面，“八五”期間采用靜電粉末法PEEK預浸料制造了某型機平板艙門，并已在飛機上裝機考核，至今工作正常。見下圖7左。

圖6 艙門實物

[16]

[16]

Fig.6 the entity of the door

另外某型無人機后機身艙門結構采用了熱塑性復合材料。選用的樹脂基是聚酰亞胺NGDJ-900樹脂膜，纖維為T300碳纖維無緯布和織物。筋條部分則采用短纖維增強樹脂。結構件設計時，蒙皮采用樹脂膜與增強纖維間隔疊層，加強筋條設計采用短纖維，壁板設計為一個帶縱橫方向加強筋條的整體，通過高溫高壓模壓融滲成形技術，一次成形，不用進熱壓罐，不用幾次膠結，減少制造工序，易于操作，也不需要真空袋等輔料，制造成本低。并且，整體成型可簡化結構，使從前需要多個零件通過螺栓等緊固件連接在一起的部件簡化為一個整體的零件，減少了原來各零件之間需要的連接件，降低裝配成本。零件實物見圖7右所示。與國外的差距

熱塑性復合材料的工程應用大致經歷了三個階段：第一階段，熱塑性復合材料應用于飛機內飾、艙門、口蓋、整流罩等非承力部件；第二階段，用于飛機固定面前后緣、襟翼、副翼、方向舵等操縱面等受載較小部位；第三階段，用于飛機機翼、尾翼、機身等主盒段結構。

目前，國外熱塑性復合材料應用已經到達第三階段。歐盟已啟動了“熱塑性經濟可承受性航空主結構”（TAPAS）第二階段項目，目標是進一步提高主結構材料、制造工藝、設計概念和模具設備的技術成熟度。國內民機方面，尚無熱塑性復合材料結構研制、裝機應用，僅在軍機方面有少量應用，還局限于少量非承力部件上，處于熱塑性復合材料工程應用的第一階段，因此差距比較大。

（1）結構設計與強度分析方面的差距

熱塑性復合材料特有的材料特性和特有的工藝性也決定其結構設計方法及強度分析方法與熱固性復合材料有很大的不同，因國內工程應用少，所以對其材料特性、結構形式、受載特點等未充分研究，沒有形成相關的結構設計準則和強度分析方法。

（2）制造與工藝方面的差距 熱塑性復合材料加工工藝可分為：熱塑性基體浸漬工藝和制件成型工藝。由于熱塑性樹脂熔融溫度高、化學性質穩定，預浸、成型等每一個階段對設備和工藝都有特殊的要求，其復合材料預浸料制備和成型加工的難度均比熱固性復合材料大。目前我國在熱塑性復合材料工藝方面的研究較少，差距較大。

（3）原材料生產供應的差距

國家曾投資興建5000t/年產能的生產線，并開發PPS樹脂膜、PPS長絲等產品。北京航空材料研究院曾采用該樹脂進行過復合材料成型工藝的初步研究。但是近年來該生產線的無法穩定提供樹脂基體。吉林大學曾長期開展國產PEEK樹脂的研制工作，并于“八五”、“九五”、“十五”期間與北京航空材料研究院合作開展過CF/PEEK復合材料的研究。但吉大曾將其PEEK樹脂的生產技術轉讓，其生產狀態及知識產權歸屬有待明確。結束語

熱固性復合材料在國內、外飛機上應用最為廣泛，但斷裂韌性及抗沖擊能力差、難以回收利用、成型加工周期長等問題也長期存在，而熱塑性復合材料的出現成為克服以上缺點的一種研究方向。而且熱塑性復合材料可回收利用，減少對環境的污染。雖然近期熱塑性復合材料不可能大量代替熱固性復合材料，但其優異的性能已逐步引起重視，應用也日益廣泛, 應用范圍也將從次承力構件轉向主承力構件。

目前熱塑性復合材料在國內飛機上的應用還十分有限，設計、工藝、原材料等技術儲備嚴重不足，因此國內熱塑性復合材料的應用需要加強相關的技術研究:(1)PPS、PEEK等常用高性能熱塑性樹脂與纖維的匹配研究；(2)加強其成型工藝研究；(3)提出適合其特性的結構設計與強度分析方法；(4)推廣應用。

參考文獻

[1] 張曉明等.纖維增強熱塑性復合材料及其應用.北京:化學工業出版社.2007.[2] 尹翔宇，朱 波，劉洪正，等碳纖維增強熱塑性復合材料的研究現狀.高科技纖維與應用.2011,36（6）：42～44.[3] 肖德凱, 張曉云, 孫安垣.熱塑性復合材料研究進展.山東化工.2007,36（2）：15～21.[4] 于志成.熱塑性復合材料力學性能特點評述.材料工程.1997.6.[5] 楊福生, 趙延斌, 吳靖.國外熱塑性復合材料現狀及發展趨勢.吉林化工學院學報.2001,18（3）：74～77.[6] 婁葵陽，張鳳翻.航空工業用熱塑性復合材料研究進展.材料工程.1996,6：15～16.[7] 張鳳翻.熱塑性樹脂和其復合材料的應用.復材在線.2006.11.[8] 炭纖維增強熱塑性樹脂復合材料.中國鋼企網.2010.2.[9] 李蓮青.熱塑性復合材料和熱固性復合材料的比較以及在航空工業中的應用.昌河科技.1992.3.[10] Arnt Offringa.新型熱塑性復合材料設計理念及其自動化制造.福克航空結構件公司.2011.1.[11] 王興剛，于洋，李樹茂，等.先進熱塑性復合材料在航天航空上的應用.纖維復合材料，2011,2：44～47.[12] 陳亞莉.高性能熱塑性復合材料在飛機上的應用.航空維修與工程.2003,3：28～30.[13] 張婷.高性能熱塑性復合材料在大型客機結構件上的應用.航空制造技術.2013.9（15）：32-35.[14]Winand Kok, Raoul Starmans.Cetex Thermoplastic Composites.TenCate公司.2015.6：22-37.[15]益小蘇, 唐邦銘, 王美炫，等.熱固/ 熱塑復相增韌體系及其先進復合材料的研究.高分子材料科學與工程.2002.18（2）：37～41.[16]肖娟，彭興國，高彬.低成本耐高溫整體成形熱塑性復合材料構件的應用研究.2011中國無人機系統峰會論文集：772-778.作者簡介：

張磊（1979-）男，碩士,高級工程師。主要研究方向：飛機復合材料強度。座機：029-86832903；手機：*** 郵箱：25179057@qq.com

第三篇：復合大豆磷脂粉生產與應用

復合大豆磷脂粉生產與應用

大豆磷脂是從生產大豆油的油腳中提取出來的產物，在大豆中的含量為1.2%～3.2%.它是由甘油、脂肪酸、膽堿或膽胺所組成的酯，能溶于油脂及非極性溶劑中。大豆磷脂的組成成分復雜，主要含有卵磷脂（約含34.2%）、腦磷脂（約含19.7%）、肌醇磷脂（約含16.0%）、磷酯酸絲氨

大豆磷脂是從生產大豆油的油腳中提取出來的產物，在大豆中的含量為1.2%～3.2%.它是由甘油、脂肪酸、膽堿或膽胺所組成的酯，能溶于油脂及非極性溶劑中。大豆磷脂的組成成分復雜，主要含有卵磷脂（約含34.2%）、腦磷脂（約含19.7%）、肌醇磷脂（約含16.0%）、磷酯酸絲氨酸（約含15.8%）、磷脂酸（約含3.6%）及其他磷脂（約含10.7%）.其中最主要的3種磷脂為：卵磷脂，是由甘油、脂肪酸、磷酸和膽堿組成；腦磷脂，與卵磷脂的結構相似，它含的氨基醇是乙醇胺而不是膽堿；肌醇磷脂，是由甘油、脂肪酸、磷酸和肌醇構成。大豆磷脂在畜禽體內脂肪代謝、肌肉生長、神經系統發育和體內抗氧化損傷等方面發揮很重要的作用。近年來，大豆磷脂作為飼料添加劑代替部分脂肪已初步應用于飼料工業。

1大豆磷脂的理化性質

純凈的大豆磷脂在高溫下是一種白色固體物質，由于精制處理和空氣接觸等原因而變成淡黃色或棕色。大豆磷脂溶于油脂、脂肪酸和苯、乙醚等有機溶劑，部分溶于乙醇，極難溶于丙酮和乙酸甲酯，不溶于水。磷脂具有親水膠體的性質，遇水時能吸水膨脹，從而使其在油脂中溶解度大大降低，從油中析出。在磷脂分子中，有磷酸根和氨基醇親水基團及碳氫鍵疏水基團，故磷脂能起表面活性劑作用，能使水、油兩個不相溶的相形成穩定的乳膠體，這是因為磷脂在水、油兩相之間形成一個界面層而降低油與水之間的表面張力，成為很好的乳化劑和分散劑。磷脂在空氣中或陽光中不穩定，易氧化酸敗而變黑，但在油脂中卻比較穩定。磷脂的耐熱性能較好，但溫度超過150℃會逐漸分解。磷脂在酸堿條件下易水解，其產物為脂肪酸、甘油、磷酸、氨基醇及肌醇等。

2大豆磷脂的種類

根據大豆磷脂加工工藝的不同，可將其分為以下幾個類型：

2.1天然粗制磷脂

由大豆精煉油的副產品（油腳）真空脫水而制得，亦稱為濃縮大豆磷脂。產品的丙酮不溶物（磷脂和糖脂）含量為60%～64%,大豆油含量為36%～40%.2.2改性大豆磷脂

由濃縮大豆磷脂經化學改性而制成，具有較好的親水性和水包油（O/W）乳化功能。改性方法主要有3種：物理法、化學法和酶法。其丙酮不溶物含量與天然粗磷脂含量相同，但其乳化性和親水性能較濃縮大豆磷脂有顯著提高，因此在飼料添加性能、液體飼料制備和能量的消化吸收方面有更大的優勢，在飼料中應用廣泛。

2.3粉末大豆磷脂

濃縮大豆磷脂經丙酮脫除油脂后的高純度磷脂產品，也稱脫油磷脂粉。色澤為米黃色或淺棕黃色，呈粉粒狀，丙酮不溶物含量為95%～98%.2.4精制大豆磷脂

經丙酮沉淀制得的粉末大豆磷脂可經乙醇油提進行純化，乙醇處理后分為醇溶部分和醇不溶部分。醇溶部分磷脂酷膽堿含量高，增強了其親水性，是O/W型乳化劑；醇不溶部分分為磷脂酸乙醇胺和磷脂酷肌醇，是W/O型乳化劑。

2.5磷脂油

植物油和脂肪酸稀釋的磷脂產品，粘度低，易于泵送或噴涂。磷脂含量一般為30%～52%.2.6粉狀大豆磷脂

液態磷脂加載體而形成的固體粉狀產品。磷脂含量為10%～50%.2.7漂白大豆磷脂

粗磷脂經過過氧化氫漂白后進一步脫水所得的產品，含水量小于1%.3大豆磷脂的生理營養作用

大豆磷脂產品的主要成分有油脂、磷脂、膽堿、不飽和脂肪酸和維生素E等。磷脂是生物膜的重要組成部分，是動物腦、神經組織、骨髓和內臟中不可缺少的組成部分，對幼齡動物的生長發育非常重要。大部分磷脂以脂蛋白復合體的形式存在于細胞壁基質、細胞膜、髓鞘、線粒體和微粒體中，其作用是使非極性物質具有很高的通透性。磷脂還參與脂類的代謝，促進飼料中脂類的消化。吸收、轉運和合成，防止脂肪肝的產生。磷脂不僅參與脂肪酸的代謝，而且改善維生素 A的吸收。磷脂還參與鈉離子與鉀離子的活動，激活一些神經組織。磷脂與不飽和脂肪酸中的必需脂肪酸作為組織細胞不可缺少的成分，還可增強組織器官功能，提高動物機體免疫系統活力，增強抗應激能力和抗病力。膽堿可節約動物體內部分蛋氨酸。油脂中的亞油酸、亞麻酸是動物體不能合成的，是細胞結構和機體代謝不可缺少的，必須從飼料中攝取。維生素E具有抗氧化作用，保護飼料中的其他維生素和不飽和脂肪酸。

4大豆磷脂在動物生產中的應用

4.1預防脂肪肝

魚類營養性脂肪肝嚴重影響魚的生長、肉質和抗病力；雞的脂肪肝可導致產蛋率下降、死亡率升

高。脂肪肝綜合癥的生理原因主要是缺少磷脂，因為磷脂對脂肪代謝是非常重要的。磷脂分子具有乳化特性，所含的不飽和脂肪酸能酯化膽固醇，在血液中調節脂肪、膽固醇的運輸和沉積。動物在肝中合成磷脂，并可通過形成脂蛋白不斷把這些脂肪轉運到肝外。脂蛋白是磷脂、膽固醇、甘油三酯和阿撲蛋白的復合物，如無足夠的磷脂，脂蛋白便不能形成，肝內則會充盈脂肪。由于肝壁薄組織被脂肪浸潤，其他重要的化學過程和合成就不能順利進行，這樣機體的其他有關功能將受到影響。因此，在飼料中補充一定量的磷脂，使脂蛋白的合成順利進行，肝內的脂肪便可輸運出，預防脂肪肝的發生。曹俊明等（1997）對草魚的研究表明，當飼料中添加一定量的大豆磷脂時，草魚肝臟脂肪脂質含量大幅度降低。

4.2改善動物的體脂構成

在飼料中添加適量的大豆磷脂可提高屠宰率、降低腹脂和改善肉質。由于大豆磷脂產品含有一定量的不飽和脂肪酸，如二十碳五烯酸（EPA）和二十二碳六烯酸（DHA）,動物采食含大豆磷脂的飼料，其體脂中這些不飽和脂肪酸的含量會相應提高，從而達到改善體脂的目的。邵鄰相等（1996）在高脂日糧中添加大豆磷脂飼喂大鼠，結果大鼠血清中膽固醇、甘油三酯及極低密度脂蛋白含量明顯降低，這說明大豆磷脂有降低血脂的作用。曹俊明等（1997）的試驗表明，用含5%磷脂的飼料飼喂草魚，52d后肝、胰臟的脂肪酸組成發生了變化，EPA和DHA含量顯著升高，說明大豆磷脂可改善草魚體脂構成。王若軍等（1997）的試驗表明，大豆磷脂可完全替代肉雞日糧中的豆油，可提高屠宰率，降低腹脂和改善肉質。

4.3提高生長效率和飼料轉化率

4.3.1豬

國內外的研究表明，在仔豬斷奶后14d內由于膽汁分泌不足，仔豬對脂肪的乳化能力較弱。在仔豬飼料中添加磷脂可提高日糧粗蛋白質和能量的消化率，減少因消化不良導致的腹瀉，促進代謝，改善增重和飼料轉化率。Gunther（1994）研究表明，在斷奶仔豬日糧中添加0.2%脫油大豆磷脂，仔豬的日增重比對照組提高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）進行的大豆磷脂對斷奶仔豬的試驗表明，添加大豆磷脂組仔豬日增重提高6.8%,節約飼料約5.4%.在生長豬日糧中添加大豆磷脂也有同樣的效果。李立（1999）的試驗表明，生長豬日糧中添加5%大豆磷脂，日增重可提高7%.4.3.2牛

有研究證實，添加磷脂可顯著改善小牛對人造奶中非乳脂的消化率。在小牛飼料中添加大豆磷脂40～50g/d,5個月中試驗組平均日增重為870～880g,比對照組提高53%～64%.同時在飼料中添加磷脂和脂肪，可解決給小牛喂酪蛋白、乳糖、礦物質和維生素的合成日糧時出現的代謝紊亂和生長遲緩問題。

4.3.3家禽

有研究報道，在肉仔雞料中添加磷脂可改善仔雞的生長狀況，并可增加肝中維生素A的貯存，促進骨的生長。耿慶輝（1996）的試驗表明，在肉雞日糧中添加2%改性磷脂，可提高增重7%～10%,飼料報酬提高5%～8%;給產蛋雞飼喂含1.5%大豆磷脂的飼料，產蛋率提高9.9呢，飼料報酬提高9.2%.常開成（1998）用濃縮大豆磷 脂全部替代蛋雞日糧中3%的油脂，添加磷脂組蛋雞多產蛋7.l%,蛋白質消耗減少7.2%.4.3.4水產動物

魚類在孵化后的快速生長中，需要豐富的磷脂來構成細胞的成分，當磷脂的生物合成不能充分滿足仔魚的需求時，需要在飼料中添加磷脂。另外，飼料中的磷脂還能促進甲殼動物對膽固醇的利用，提高甲殼動物的生長和成活率。蝦在不同生長時期對磷脂的需要量不同，幼蝦因不能合成足夠的磷脂供生長和代謝的需要，因而幼蝦對磷脂的需要量高。Abramo等（1981）的研究證明，龍蝦需要卵磷脂以確保它在脫殼期間的生存。日本科學家指出，日糧中含0.5%～l%的磷脂對幼蝦的生長和成活是必需的。薛永瑞等（1989）的試驗表明，在鯉魚飼料中添加2%的改性大豆磷脂，比對照組增產30.7%,飼料系數降低0.21,飼料成本降低了9.63%.Poston（1990）在飼料中添加4%或8%的大豆磷脂，明顯降低了大西洋鮭的餌料系數。Kanagana等（1985）報道，在蝦料中添加1%大豆磷脂可提高蝦的生長速度和成活率。

5影響大豆磷脂應用的因素

隨著畜牧業和飼料工業的飛速發展，飼料在市場上的競爭日趨激烈。大豆磷脂產品作為一種替代植物油，降低飼料成本的能量原料，被越來越多的廠家、養殖業戶所重視和使用。但是，由于這種產品在國內處于剛剛開發階段，技術尚不十分成熟，產品質量良莠不一，國內飼料行業又沒有制定相應的質量標準，再加上有的使用單位對其性能與質量不清楚，所以該產品也給一些飼料加工企業及養殖戶帶來了很大的損失。近年來，東北地區的很多飼料加工企業應用磷脂后的質量事故；如飼料發霉、變質、肉雞發生腦組織軟化、白肌病、免疫力下降、腹瀉、采食量下降，甚至拒食等。很多事故是由磷脂導致的或與磷脂有直接關系。

其次，由于粉末磷脂加工成本及使用成本較高，飼料工業中使用的基本上是粗制大豆磷脂，常溫下為半固態，粘度非常大，用于飼料添加不能混合均勻，即便是高溫流動狀態下加入也難于混合。為解決磷脂在飼料中的混合問題，復合磷脂粉（粉狀大豆磷脂）在近些年得到了很好的發展。

6復合磷脂粉的生產

復合磷脂粉的生產工藝很簡單，就是將玉米膨化后與磷脂油混合即可。

目前，東北地區有眾多廠家生產復合磷脂粉，我公司的膨化機用戶也有很多從事該產品的生產。需要注意的是，復合磷脂粉中的膨化玉米比普通膨化飼料玉米膨化度高，要求較高的吸附性能，以生產出含脂肪及磷脂較高的產品。我們的用戶一般采用45～50%的膨化玉米粉吸附50～55%的磷脂油，終產品為淺黃色至棕黃色粉狀，具有大豆磷脂及膨化玉米固有香味，含磷脂、豆油、蛋白質、碳水化合物、膽堿（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 價≤20%、粒度（目）20-30、能量（大卡/千克）≥6000.7復合大豆磷脂粉的應用

復合大豆磷脂粉可提高飼料的能量和營養價值；提高飼料轉化率，降低飼料系數；改善飼料的適口性，具有誘食作用；提高制粒的物理質量和產量，減少飼料在擠壓成形時的粉料損失和能量消耗；防止粉塵飛揚和飼料自動分級；減少水產飼料中水溶性營養素的溶失；改善水產飼料在水中的漂離和沉降；減少飼料浪費和水質污染；促進脂質消化吸收，預防脂肪肝；促進幼齡動物生長發育，提高成活率；提高動物生長速度和生產性能；提高動物繁殖能力，增強動物機體抗病能力；便于飼料加工，可替代部分油脂和合成氯化膽堿。

7.1 肉禽用

改善適口性，緩解應激，縮短出欄時間。

提高免疫系統，增強抗病力，有效預防脂肪肝、腹水綜合癥及猝死癥。提高屠宰率，降低腹脂，改善肉質風味，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%,代謝能≥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

提高蛋殼質量，減少破蛋、白班蛋及肉班蛋，改善蛋黃質量，增大蛋卵個頭。提高受精率、孵化率。增強免疫系統活力，緩解應激。

產蛋率提高越5%,枚蛋增重2.5克左右。產蛋高峰期延長半月之久。直接添加，蛋禽2～5%.7.3乳豬、仔豬、育肥豬用

有效降低粉料的粉塵量。

改善適口性，促進生長，提高成活率，縮短出欄時間，緩解應激。增強抗病力和仔豬的御寒能力。成豬皮薄細膩，皮毛光亮，瘦肉率提高。提高增重：仔豬5%,生成豬3%,降低料肉比，仔豬：2%,生長豬：1%左右。消化能5.19MCal/kg.7.4水產用（鯉、鯽、鰻、虹鱒、鮭魚、羅非魚及蝦、蟹、甲魚等）

提高飼料顆粒質量，減少水溶性維生素在水中的散失，具有誘食作用改善適口性。提高成活率，特別是甲殼類在幼苗和脫殼期的成活率。增強免疫系統活力，緩解應激；有效預防脂肪肝，腎臟和腸內出血、貧血等疾病，磁降低體側彎及大腹腔發生率，保持自然條形。提高越冬和運輸成活率。

有利色素沉積，保持天然體色，并提高機體組織磷脂含量，改善肉質風味鯉魚增重越15%,成活率提高2%,飼料系數降低15%.消化能直接添加，3～5%.

第四篇：先進樹脂基復合材料的現狀及應用

先進樹脂基復合材料的現狀及應用

摘要：先進樹脂基復合材料以其比強度比模量高、良好的耐疲勞性能、良好的 抗腐蝕性能、成型工藝的多選擇性等獨特優點獲得廣泛應用和迅速發展。本文簡要介紹了先進樹脂基復合材料的特性，并結合其特性從應用的角度總結了先進樹脂基復合材料的應用和前景。

關鍵字：樹脂基復合材料現狀應用前言

先進樹脂基復合材料是以有機高分子材料為基體、高性能連續纖維為增強材料、通過復合工藝制備而成,具有明顯優于原組分性能的一類新型材料[ 1 ]。先進樹脂基復合材料具有比傳統結構材料優越得多的力學性能，可設計性優良，還兼有耐化學腐蝕和耐候性優良、熱性能良好、振動阻尼和吸收電磁波等功能。目前，隨著復合材料工業的迅速發展，樹脂基復合材料正憑借其本身固有的輕質高強、成型方便、不易腐蝕、質感美觀等優點，越來越受到人們的青睞。先進樹脂基復合材料的現狀

據有關部門的統計，全世界樹脂基復合材料制品共有4萬多種，全球僅纖維增強復合材料產量目前達到750多萬t，從業約45萬人，年產值415億歐元，其生產能力與市場分布情況為：北美32%、亞太地區35%、歐洲30%、其他地區3%[ 2 ]。目前，全世界高性能樹脂基復合材料的產量超過300萬t，高性能熱塑性復合材料的產量為120多萬t，其應用領域主要為：汽車行業占23%、建筑業21%、航空業17%、體育運動領域11%[ 3 ]。從全球發展趨勢來看，近幾年歐美復合材料生產均持續增長，亞洲的日本發展緩慢，而中國特別是中國內地的市場發展迅速。我國樹脂基復合材料研究，經過多年的發展，在生產技術、產品種類、生產規模等方面邁過了由小到大的臺階，產量已經僅次于美國，居世界第2位，其市場分布為：建筑 40%、管罐24%、工業器材12%、交通6%、船艇4%、其他14%[ 4-6 ]。我國高性能樹脂基復合材料發展水平不高，所采用的基體主要有環氧樹脂、酚醛樹脂、乙烯基酯樹脂等。3 先進樹脂基復合材料的應用

3.1航空、3.1航空、航天工業航空樹脂基復合材料以其典型的輕量特性、卓越的比強度、比模量、獨特的耐燒蝕和隱蔽性、材料性能的可設計性、制備的靈活性和易加工性等,在實現武器系統輕量化、快速反應能力、高威力、大射程、精確打擊等方面起著巨大作用,使它成為航空航天工業中非常理想的材料。在航空工業中，先進樹脂基復合材料在應用過程中不斷積累應用經驗,提高技術水平, 完善配套技術, 從非承力構件整流蒙皮逐漸發展到承力構件尾翼、機翼, 從簡單結構層合壁板, 逐漸發展到整體復合材料結構尾翼和機翼。先進樹脂基復合材料在飛機上的應用可以實現15% ～30%減重, 可有效降低飛機的結構重量, 提高飛機的機動性能和有效載荷等。飛機結構復合材料化已經成為趨勢, 先進樹脂基復合材料已經成為不可缺少的關鍵航空結構材料。從上世紀90 年代開始, 先進戰斗機大量使用先進樹脂基復合材料, 如F35 復合材料用量達到35% ,主要應用包括機翼、機身、尾翼等主要承力構件。先進樹脂基復合材料在民用飛機的應用從2003 年用量得到了跨越發展, 空客公司的A380寬體客機復合材料的用量增加到24% , 波音公司的B787 飛機復合材料用量達到約50% , 空客公司在研究的A350XWB復合材料用量將達到 52%。隨著國內先進樹脂基復合材料性能的提高, 制造技術的不斷成熟, 配套無損檢測和裝配等技術的完善, 國內先進樹脂基復合材料在直升機、殲擊機和大型飛機得到相當的應用。殲擊機復合材料的用量已經達到6% ～9% , 主要包括機翼、平尾、垂尾、前機身、鴨翼、襟副翼、腹鰭等;直升機復合材料用量達到25% ～ 33% ,主要包括旋翼系統和機身結構。先進樹脂基復合材料機翼、平尾、垂尾、鴨翼、直升機機身、尾段等復合材料構件已經實現批量生產[ 7 ]。在航天領域，樹脂基復合材料不僅是方向舵、雷達、進氣道的重要材料，而且可以制造固體火箭發動機燃燒室的絕熱殼體，也可用作發動機噴管的燒蝕防熱材料。先進樹脂基復合材料對于導彈屏蔽或衰減雷達波或紅外特征,提高自身生 [8] 存和突防能力,具有著至關重要的作用。近年來研制的新型氰酸樹脂復合材料具有耐濕性強、微波介電性能佳、尺寸穩定性好等優點，廣泛用于制作宇航結構件、飛機的主次承力結構件和雷達天線罩。

3.2能源工業

3.2能源工業在現今國際社會上能源短缺，各種新型能源不斷涌現，風能是現在很有前景的清潔、可再生能源，風力發電正快速發展，將逐步成為電力結構的主要組成部分。風力機組葉片是大型樹脂基復合材料，已經成功的在風力機組上得到應用。樹脂基復合材料具有耐酸、耐堿、耐有機溶劑、耐油等優異的耐腐蝕性能，因此在煤礦生產及石油的開采、運輸、儲備中得到非常廣泛的應用。從技術、經濟、性能分析，如纖維增強塑料（F R P）／塑料復合管和玻纖增強熱塑性復合材料管道十分適于天然氣、煤氣的輸送和儲存，且有利于環保，其綜合經濟效益好、社會效益顯著。3.3建筑業[ 9 ]

建筑行業發展和使用樹脂基復合材料，對減輕建筑物自重、提高建筑物的使用功能、改革建筑設計、加速施工進度、降低造價以及提高經濟效益等都十分有利，是實現建筑現代化的必要條件。實踐表明，樹脂基復合材料應用在現代建筑中比傳統建筑材料性能更加優良，綜合效益更好。下面詳細介紹下樹脂基復合材料在建筑業的應用。由于樹脂基復合材料的可設計性和良好的力學性能,其可用于建筑物的承載結構以及建筑物加固。用作承載結構的復合材料建筑制品有柱、桁架、梁、基礎、承重折板、屋面板、樓板等。樹脂基復合材料圍護結構制品有各種玻璃鋼波紋板、夾層結構板、整體式和裝配式折板結構和殼體結構。用作殼體結構的板材,它既是維護結構,又是承重結構。在門窗材料上玻璃鋼門窗是很好的材料。玻璃鋼門窗是采用中堿玻璃纖維及其織物作為增強材料,采用不飽和樹脂作為基體材料,并添加其他礦物填料制成。玻璃鋼門窗既有鋼窗、鋁窗的堅固性,又有塑鋼窗的防水、耐腐蝕、保溫、節能性能,更具有自身獨特的隔音、抗老化、尺寸穩定等性能。此外，玻璃鋼的壽命是50年,基本與建筑物的壽命相同,因此,采用玻璃鋼門窗是今后房屋建筑門窗節能保溫的發展方向。樹脂基復合材料在建筑中的其他用途也很多,如工業廠房、農業溫室及大型公用建筑的天窗、屋頂采光,可以采用樹脂基復合材料透明板、半透明夾層結構板、整體式和組裝式采光罩等。高層建筑的樓頂旋轉餐廳屋蓋、異形尖頂裝飾屋蓋、球形屋蓋、屋頂花園、屋頂游泳池、廣告物和樓房加高等,也多采用樹脂基復合材料制造。大跨度飛機庫、各種尺寸的冷庫、防腐車間、活動房屋、崗亭、仿古建筑、移動劇院、透微波塔樓、屏蔽房等,也都屬于樹脂基復合材料建筑物。另外,樹脂基復合材料還可用于制作各種家具、馬路上的陰井蓋、公園和運動場座椅、海濱浴場活動更衣室、公園仿古涼亭等。應用于各類衛生潔具方面的產品有浴盆、洗面盆、坐便盆,各種整體式、組裝式衛生間等。

3.4汽車工業[ 10 ]

先進樹脂基復合材料用于汽車工業近年來發展迅速，歐美國家在汽車工業上的應用占復合材料總量的23%，高于建筑和航空工業。汽車上應用樹脂基復合材料可以減輕自重、降低油耗，從而提高運載能力，用于車輛內部裝飾具有舒適隔聲、隔熱、降低震動等優點。樹脂基復合材料汽車部件制品主要有車身殼體、汽車頂蓬、引擎蓋、保險扛、儀器盤、油箱、座椅、剎車片和安全氣袋等，國內用樹脂基復合材料制造汽車制動缸正處于研究的起步階段。3.4.1 玻璃纖維增強塑料（GFRP）在汽車上的應用

在歐洲、美國及日本等汽車制造業發達的國家，已普遍采用玻璃鋼材料制造汽車零部件。其應用范圍包括內裝飾件（儀表板、車門內板、座椅、發動機罩等）；外裝飾件（保險杠、擋泥板、導流罩等）；功能與結構件（天然氣氣瓶、油箱、風扇葉片、油氣踏板等）。與國外相比，我國生產的汽車用玻璃鋼部件較少，產品主要包括保險杠、車頂蓋、阻流板、太陽罩、電瓶托架等。隨著原材料的發展與工藝上的改進，在汽車中大量應用玻璃鋼/復合材料將是今后我國汽車工業發展的必然趨勢。

3.4.2 碳纖維增強塑料（CFRP）在汽車上的應用

CFRP是汽車輕量化最理想的材料。用CFRP取代鋼材制造車身和底盤構件，可減輕質量68%,油耗下降40%。但由于成本高現在還未批量生產，若解決成本問題將有大量CFRP用于汽車工業中，應用部件將包括發動機系統中的推桿、連桿、搖桿、水泵葉輪；傳動系統中的傳動軸、離合器片、加速裝置及其罩等；底盤系統中的懸置件、彈簧片、框架、散熱器等；車體上的車頂內外襯、地板、側門等。

3.4.3 芳綸纖維增強復合材料在汽車上的應用

芳綸纖維增強復合材料由于比強度、比模量較高，由于價格高，目前在汽車上應用很少。主要用于汽車上的輪胎簾子線、高壓軟管、摩擦材料、高壓氣瓶等。芳綸纖維作為高性能防護材料還可用作汽車防彈裝甲，例如汽車門及汽車外殼的防彈內襯。

3.5船舶工業[ 11 ] 先進樹脂基復合材料除具有優越的力學性能外, 往往還兼有耐腐蝕、振動阻尼和吸收電磁波等功能, 但其價格昂貴, 只能用在艦船上關鍵性的部位, 如大型核潛艇的聲納導流罩、大深度魚雷的殼體、深海潛水器殼體以及高性能艇的艇體結構、水面艦艇的重要甲板構件等處。例如美國“洛杉磯”級核潛艇的聲納導流罩長7.6m、最大直徑8.1m，是目前世界上最大的先進樹脂基復合材料制品；美國“佩里”號驅逐艦首次用芳綸纖維增強塑料制作了裝甲；美國海軍用石墨纖維增強環氧樹脂材料成功地制造出自動無人深潛探海艇AUSSMOD2的耐壓殼體；德國 A I R加工技術公司開發出一種碳纖維環氧復合材料螺旋槳，這種螺旋槳的槳葉由碳纖維和環氧樹脂模制而成，據稱槳葉具有很高的強度，可在惡劣的海況下工作；新型槳的另一項優點是槳葉材料的阻尼性能好，可使噪聲等級相對于金屬槳下降5d B，甚至在槳葉損壞的情況下振動等級仍在可接受的范圍之內。

3.6其他

先進樹脂基復合材料在化肥、造紙、生物工程、環境工程及金屬電鍍等工業中發揮了重要作用。它在機械、電子、體育、娛樂、醫療等方面也得到較好的應用和發展,如機械制造中的軸承、齒輪、葉輪等零部件,體育上的各種水上賽艇、帆板、沖浪板、雪橇、高爾夫球桿、各種球拍等體育器材。實踐證明,很多體育用品改用樹脂基復合材料制造,大大改善了其使用性能,有利于運動員創造更佳成績。樹脂基復合材料釣魚竿是娛樂器材中的大宗產品,目前的玻璃鋼釣魚竿和碳纖維復合材料釣魚竿比模量大,具有足夠的強度和剛度,且重量輕、可收縮、造型美觀、攜帶方便。用樹脂基復合材料制造的揚聲器、小提琴和電吉它等,其音響效果良好,很有發展前景。目前在娛樂設施中, 大多公園及各類游樂場所的設施,均已采用不同類型的樹脂基復合材料取代傳統的材料。在生物復合材料中,樹脂基復合材料的擔架、呼吸器,碳纖維/環氧結構的假肢,人造假牙和人造腦殼等早已經出現,國外也有以聚丙稀腈為原料的碳纖維材料來修補韌帶[ 12-13 ]。用碳纖維復合材料制成的心臟瓣膜成功植入人體已有幾十年的歷史,以尼龍為增強材料的人造器官也已投入使用。實驗研究表明,這些材料做成的人體器官無排異反應,與人體有很好相容性,因此有著廣闊的應用前景。結束語

樹脂基復合材料具有良好的成形工藝性、高的比強度、高的比模量、低的密度、抗疲勞性、減震性、耐化學腐蝕性、良好的介電性能、較低的熱導率等特點，廣泛應用于各個領域中，已經成為許多領域不可或缺的關鍵材料之一。因此，樹脂基復合材料具有在未來持續發展的潛力。參考文獻

[ 1 ] 益小蘇，杜善義，張立同.中國材料工程大典，第10卷：復合材料工程[M].北京:化學工業出版社，2006.[ 2 ] 計國慶.玻璃鋼復合材料應用于道路護擋的可行性研究[J ].城市道路與防洪, 2006(4): 49-51.[ 3 ] 楊瑞成,丁旭,陳奎.材料科學與材料世界[M].北京:化學工業出版社,2005.[ 4 ] 薛忠民,陳淳.復合材料的應用與回顧[J ].硅酸鹽通報,2005(5):84-88.[ 5 ] 潘文琴.玻璃鋼復合材料基體樹脂的發展現狀[J ].纖維復合材料, 2006(4): 55-58.[ 6 ] 張先知.合成樹脂和塑料手冊[M].3 版.北京:化學工業出版社,2006.[ 7 ] 劉代軍,陳亞莉.先進樹脂基復合材料在航空工業中的應用[J],材料工程，[鍵入文字] 2008(Supp l.1)：194-198.[ 8 ] 翟青霞，黃英，苗璐，陳穎.樹脂基復合吸波材料在航空、航天中的應用 [J].玻璃鋼/復合材料，2009（6）：72-76.[ 9 ]李瑞英，陳伯平，閆松.樹脂基復合材料在建筑業的應用[J].建材技術與應用，2010（2）：10-12.[ 10 ] 馬翠英，黃暉，王福生.樹脂基復合材料及其在汽車工業中的應用[J].汽車工藝與材料,2005（11）:37-39.[ 11 ] 高孝信.艦船用高技術新材料的發展[J].材料開發與應用，（14-1）1999 ： 24-30 [ 12 ] L ESL IE N PHILL IPS.復合材料的設計基礎與應用[M].理有親,譯.北京: 航空工業出版社,1992.[ 13 ] 傅明源, 孫酣經.聚氨酯彈性體及其應用[M].3版.北京:化學工業出版社,2006.[鍵入文字]

第五篇：熱塑性彈性體(TPE)主要應用領域

www.tmdps.cn

熱塑性彈性體（TPE）主要應用領域

熱塑性彈性體即TPE，是一種兼具橡膠和塑料性能的材料，在常溫下顯示橡膠彈性，在高溫下能夠塑化成型的高分子材料。

熱塑性彈性體（TPE）具備傳統交聯硫化橡膠的高彈性、耐老化、耐油性各項優異性能，同時又具備普通塑料加工方便、加工方式廣的特點。可采用注塑、擠出、吹塑等加工方式生產，水口邊角粉碎后100%直接二次使用。既簡化加工過程，又降低加工成本，因此熱塑性彈性體TPE材料已成為取代傳統橡膠的最新材料。

其環保、無毒、手感舒適、外觀精美，使產品更具創意。因此也是一支更具人性化、高品位的新型合成材料，也是世界化標準性環保材料。目前熱塑性彈性體（TPE）主要應用領域有電線電纜行業、廚房用品及潔具、嬰兒產品、運動器材等。

1、熱塑性彈性體TPE電線電纜應用

電線電纜在傳統上大多使用PVC作為絕緣及包覆材料，但由于PVC材料所產生的環保問題，已逐漸遭業界所棄用，取而代之有熱塑性彈性體（TPE）這種新材料。

2、廚房用品及潔具TPE應用

廚房及廁所充滿油脂及濕潤的環境正好發揮TPE材料的優點，包上TPE的廚具手柄更防滑、更舒適，包上防滑圈的器皿在桌上更牢固，使用菜刀及剪刀時更安全，使用濕滑的清潔刷時更能用力。令入廚及清潔家居時更舒適及安全。

3、TPE應用之嬰兒產品

嬰兒的出生率在已發達國家處于偏低水平，父母對孩子的照顧更是無微不至，對嬰兒用品及玩具的安全及舒適性要求嚴苛。因此嬰兒產品比傳統玩具對于材料的安全性及衛生級別要求更高，TPE柔軟而高韌性以及環保無毒的特性正好符合產品的嚴格要求。

4、TPE工具手柄應用

TPE以雙物料共塑方式應用在工具手把上，為產品提供防滑及吸震功能、柔軟及暖和的舒適感，提高產品的耐用性及附加值。TPE的防油及柔軟止滑特性令電鉆等電動工具在充滿油污及灰塵的工作環境中發揮得更可靠。

5、TPE運動器材應用

TPE具備極佳的耐氣候性能及抗化學性，使其應用在戶外運動器材上比傳統橡膠有更優良的表現。水上用品如蛙鞋、泳鏡、飛碟等經過海水浸泡及陽光曝曬后仍能保持良好的柔軟性及回彈性。