关键词：连续纤维；热塑性复合材料；航空航天
随着飞行器结构轻量化、 高效连接装配、 环保等设 计要求的日益突出， 具备耐冲击、 高韧性、 可二次利用的连续纤维增强热塑性复合材料成为当前热塑性树脂基复合材料领域的主要研究方向。 图1所示为连续纤维增强热塑性复合材料的在航空航天领域的应用发展历程。
图1 连续纤维增强热塑性复合材料的在航空航天领域的应用发展历程
目前用作航空航天承力部件的连续纤维增强热塑性复合材料的基体主要有PPS，PEI，PEEK三种。 其中，PPS易于结晶，具有良好的热稳定性、化学稳定性以及尺寸稳定性等性能， 连续纤维增强PPS基复合材料在支架、 尾翼、 进气管、 内饰等民用航空领域得到大量应用。荷兰Fokkr公司采用玻璃纤维增强PPS复合材料代替原来的铝合金为空客A340和 A380客机制造机翼前缘， 实现了大幅减重的目标，如图2所示。
图2 A380机翼前缘
半结晶性的PEI易加工、成本低，具有优异的阻燃特性，连续纤维增强PEI复合材料多用于结构简单的次承力构件，如货舱地板夹层结构面板、方向舵和升降舵后缘、机翼整流罩等。 湾流V公务机、 福克100型客机的货舱地板采用了CF/PEI和GFf/PEI复合材料，Fokker公司采用CF/PEI预浸料制造了G650飞机的夹层结构压力舱壁板,如图3所示。
图3 Cf/PEI热塑性复合材料压力舱壁板
PEEK成型温度较高、工艺复杂，但其性能最为优异， 连续纤维增强PEEK复合材料具有较高的耐温性、耐腐蚀性能， 在航空航天领域有着广泛的应用。 用GF/PEEK复合材料代替铝合金制造波音757飞机的整流器， 极好地满足了该结构对化学溶剂性和耐热性的要求。 英国 Weatland PLC公司将GF用于直升机的水平尾翼，满足了其飞行条件。如图4所示，为GF/PEEK做出来的直升机门铰链。
图4 直升机门铰链
在航空航天领域， 连续纤维增强热塑性复合材料凭借其优异的力学性能以及加工效率上的优势， 逐步在民用客机次承力构件以及内饰零件中占据更大的使用比例。 为拓宽其应用范围， 未来应朝以下方向努力： 对复合材料的结构设计和功能特点进行归纳总结， 以适应各类飞行器不同部件的使用要求；探索研究新型的制备工艺及装配方式， 使热塑性复合材料的成型工艺朝着低成本、高效率的方向改进；通过各种手段强化或功能化纤维增强热塑性复合材料， 以满足在不同服役环境下的需求。
[1]罗楚养,尚梦菡,朱龙宇,毕冉,郭东望,李念念.先进复合材料研究现状及其在机载武器上的应用展望[J].航空兵器,2023(30):1–20
