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三、航天領(lǐng)域（衛(wèi)星、宇航器，航天動(dòng)力系統(tǒng)）

3.1 衛(wèi)星、宇航器

高模量碳纖維質(zhì)輕，剛性，尺寸穩(wěn)定性和導(dǎo)熱性好，很早就應(yīng)用于人造衛(wèi)星結(jié)構(gòu)體、太陽能電池板和天線中。現(xiàn)今的人造衛(wèi)星上的展開式太陽能電池板多采用碳纖維復(fù)合材料制作，而太空站和天地往返運(yùn)輸系統(tǒng)上的一些關(guān)鍵部件也往往采用碳纖維復(fù)合材料作為主要材料。

碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料用于制作航天飛機(jī)艙門、機(jī)械臂和壓力容器等。美國發(fā)現(xiàn)號(hào)航天飛機(jī)的熱瓦，十分關(guān)鍵，可以保證其安全地重復(fù)飛行。一共有8 種：低溫重復(fù)使用表面絕熱材料LRSI；高溫重復(fù)使用表面絕熱材料HRSI；柔性重復(fù)使用表面絕熱材料FRSI；高級柔性重復(fù)使用表面絕熱材料AFRI；高溫耐熔纖維復(fù)合材料FRIC-HRSI；增強(qiáng)碳/碳材料RCC；金屬；二氧化硅織物。其中增強(qiáng)碳/碳材料RCC最為關(guān)鍵，它可以使航天飛機(jī)承受大氣層所經(jīng)受的最高溫度1700℃。

圖37 航天飛機(jī)熱瓦材料

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，碳纖維的產(chǎn)量不斷增大，質(zhì)量逐漸提高，而生產(chǎn)成本穩(wěn)步下降。各種性能優(yōu)異的碳纖維復(fù)合材料將會(huì)越來越多地出現(xiàn)在航空航天中，為世界航空航天技術(shù)的發(fā)展作出更大的貢獻(xiàn)。

圖38 復(fù)合材料在運(yùn)載火箭上的應(yīng)用總體分布

1）衛(wèi)星

衛(wèi)星在軌道運(yùn)行時(shí)所處的環(huán)境與大氣層環(huán)境截然不同，這些環(huán)境有超高真空，可導(dǎo)致材料放氣，污染衛(wèi)星上的光學(xué)儀器表面，使材料性能退化；輻射會(huì)使所用材料劣化或表面層破壞；隕石或太空碎片撞擊會(huì)使表面材料破壞，這些問題都是選材時(shí)應(yīng)予考慮的。

復(fù)合材料在衛(wèi)星結(jié)構(gòu)上已廣泛應(yīng)用達(dá)萬件之多，除了它的輕質(zhì)高強(qiáng)特性外，更能確保尺寸穩(wěn)定性和剛性。作為第一設(shè)計(jì)條件，由于衛(wèi)星的喇叭天線暴露于太陽直射下，溫度達(dá)160℃，而進(jìn)入地球陰影內(nèi)時(shí)則為-160℃，反復(fù)冷熱交變循環(huán)，這就必須減少熱變形，才能保證天線鏡面的精度。通過碳纖維環(huán)氧樹脂的線膨脹和合理的鋪層設(shè)計(jì)，可將復(fù)合材料的線膨脹系數(shù)縮小到接近零，以確保構(gòu)件的尺寸穩(wěn)定性。

衛(wèi)星中的太陽能電池板廣泛地使用了絕緣的芳綸纖復(fù)合材料面板制作的各種蜂窩構(gòu)件。還有通訊衛(wèi)星推力管和支撐管也都普遍的應(yīng)用了復(fù)合材料，實(shí)現(xiàn)了輕量化的效果。就如我國首顆月球探測衛(wèi)星嫦娥一號(hào)，支撐衛(wèi)星發(fā)動(dòng)機(jī)的桁架結(jié)構(gòu)，要求材料輕，質(zhì)量可靠，穩(wěn)定性好，并且其結(jié)構(gòu)復(fù)雜。科研人員研制出三圍編織碳纖維復(fù)合材料制造這種桁架結(jié)構(gòu)，首先利用特殊的三維立體編織工藝將碳纖維織造出仿形的復(fù)合材料制作的增強(qiáng)體，再采用特殊工藝注入樹脂，然后固化成型制成最終使用的結(jié)構(gòu)，使得嫦娥一號(hào)重量減輕，減少了發(fā)射成本，增大了有效載荷。

圖39 復(fù)合材料在衛(wèi)星支架上的應(yīng)用

2）宇航器

發(fā)射宇宙飛船時(shí)，火箭通過大氣層飛向太空，返回艙再入時(shí)，由于表面與大氣層摩擦溫度很高，因此要在指令艙外側(cè)使用酚醛樹脂處理的石墨纖維/聚酰亞胺復(fù)合板作為燒蝕絕熱材料（可保證飛行器內(nèi)儀器和操作人員正常工作），內(nèi)部使用酚醛/環(huán)氧黏合的復(fù)合材料蜂窩結(jié)構(gòu)夾層，阿波羅飛船在月球著陸用的發(fā)動(dòng)機(jī)氧燃燒時(shí)的火焰溫度高達(dá)1000℃，它的燃燒室就用高硅氧增強(qiáng)酚醛樹脂制成的，而噴管是由玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂制成的。

從1996年11月20日的“神州一號(hào)”升空開始到“神州七號(hào)”上天，中國在十年多的時(shí)間里七次飛天。在飛船、返回艙中大量使用的碳纖維復(fù)合材料，如碳纖維復(fù)合材料推進(jìn)艙主承力結(jié)構(gòu)、返回艙結(jié)構(gòu)支板、軌道艙支板、氣瓶支架、波導(dǎo)元件、伸展天線等，由于這些高性能復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件的采用，為神舟飛船減重30%，大大增加了有效載荷，并保持在空間激烈交變的溫度環(huán)境下結(jié)構(gòu)尺寸的穩(wěn)定性，提高了推進(jìn)系統(tǒng)的精度。

航天飛機(jī)是宇宙空間站和地球之間來回飛行的聯(lián)絡(luò)工具，一般要求在10年內(nèi)來回飛行100次，考慮要經(jīng)過大氣層約20min，在其上升、入軌和再入的飛行過程中要經(jīng)受嚴(yán)重的熱、振動(dòng)、嗓聲、沖擊等復(fù)雜環(huán)境的影響，其中最苛刻的條件是從軌道上以高超音速返回大氣層做再入飛行時(shí)遇到的強(qiáng)烈的氣動(dòng)加熱，由于受空氣摩擦溫度高達(dá)2000℃，因此需要采用防熱系統(tǒng)對機(jī)體結(jié)構(gòu)加以保護(hù)，防止它因高溫而燒毀，對材料提出了更加嚴(yán)格的要求。以美國航天飛機(jī)為例，表面70%都覆蓋了抗氧化的C/C薄殼熱結(jié)構(gòu)（防熱瓦），主框元件采用硼纖維增強(qiáng)鋁合金材料，載荷艙門系用碳纖復(fù)合材料層壓板與Nomex紙芯材構(gòu)成的大型蜂窩構(gòu)件，長度1813m ，弧長416m的夾層結(jié)構(gòu)，據(jù)說是目前最大的碳纖復(fù)合材料構(gòu)件。航天飛機(jī)上的用復(fù)合材料制成長度為15 m，直徑為38 cm，自重為411 kg 的機(jī)械臂構(gòu)件，在太空中可搬運(yùn)29t的重物。在航天飛機(jī)的機(jī)翼前緣、副翼、襟翼、方向舵等部位都采用了石墨/聚酰亞胺復(fù)合材料，可比使用鋁合金材料減輕26 %。

3.2 航天動(dòng)力系統(tǒng)

3.2.1 結(jié)構(gòu)復(fù)合材料

以高性能碳（石墨）纖維復(fù)合材料為典型代表的先進(jìn)復(fù)合材料作為結(jié)構(gòu)、功能或結(jié)構(gòu)/功能一體化構(gòu)件材料，在導(dǎo)彈、運(yùn)載火箭和衛(wèi)星飛行器上發(fā)揮著不可替代的作用，其應(yīng)用水平和規(guī)模已關(guān)系到武器裝備的跨越式提升和型號(hào)研制的成敗。碳纖維復(fù)合材料主要應(yīng)用于導(dǎo)彈彈頭、彈體箭體和發(fā)動(dòng)機(jī)殼體的結(jié)構(gòu)部件和衛(wèi)星主體結(jié)構(gòu)承力件上，碳/碳和碳/酚醛是彈頭端頭和發(fā)動(dòng)機(jī)噴管喉襯及耐燒蝕部件等重要防熱材料，在美國侏儒、民兵、三叉戟等戰(zhàn)略導(dǎo)彈上均已成熟應(yīng)用，美國、日本、法國的固體發(fā)動(dòng)機(jī)殼體主要采用碳纖維復(fù)合材料，如美國三叉戟-2 導(dǎo)彈、戰(zhàn)斧式巡航導(dǎo)彈、大力神-4火箭、法國的阿里安-2火箭、日本的M-5火箭等發(fā)動(dòng)機(jī)殼體，其中使用量最大的是美國赫克里斯公司生產(chǎn)的抗拉強(qiáng)度為5.3GPa的IM-7碳纖維，性能最高的是東麗T-800纖維，抗拉強(qiáng)度5.65Gpa、楊氏模量300GPa。

固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)以其結(jié)構(gòu)簡單，機(jī)動(dòng)、可靠、易于維護(hù)等一系列優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于武器系統(tǒng)及航天領(lǐng)域。而先進(jìn)復(fù)合材料的應(yīng)用情況是衡量固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)總體水平的重要指標(biāo)之一。在固體發(fā)動(dòng)機(jī)研制及生產(chǎn)中，盡量使用高性能復(fù)合材料已成為世界各國的重要發(fā)展目標(biāo)，目前己拓展到液體動(dòng)力領(lǐng)域。科技發(fā)達(dá)國家在新材料研制中堅(jiān)持需求牽引和技術(shù)創(chuàng)新相結(jié)合，做到了需求牽引帶動(dòng)材料技術(shù)發(fā)展；同時(shí)，材料技術(shù)創(chuàng)新又推動(dòng)了發(fā)動(dòng)機(jī)水平提高的良性發(fā)展。目前，航天動(dòng)力領(lǐng)域先進(jìn)復(fù)合材料技術(shù)總的發(fā)展方向是高性能、多功能、高可靠及低成本。

固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的殼體作為一個(gè)薄壁壓力容器，里面裝有絕熱層和固體推進(jìn)劑。殼體材料的設(shè)計(jì)取決于它所承受的載荷、推進(jìn)劑燃燒產(chǎn)生的內(nèi)壓，以及它表面承受的慣性力和空氣動(dòng)力。發(fā)動(dòng)機(jī)的噴管與殼體聯(lián)接，把燃燒室中的高溫、高壓、高速燃?xì)鉄崮苻D(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能而產(chǎn)生所需推力。由于發(fā)動(dòng)機(jī)的噴管更多的暴露于熱環(huán)境中，噴管區(qū)的設(shè)計(jì)必須能夠承受推進(jìn)劑燃燒產(chǎn)生的高溫。40年前，噴管的溫度僅有540～1100℃，而今天的噴管溫度已高達(dá)3300～3700℃以上。與發(fā)動(dòng)機(jī)殼體的設(shè)計(jì)不同，噴管材料的設(shè)計(jì)更注重材料經(jīng)受劇烈溫度波動(dòng)的能力，而不是材料本身的基本強(qiáng)度。圖47-圖51簡要說明了先進(jìn)復(fù)合材料在國外典型戰(zhàn)略武器固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)中的應(yīng)用：

此外，復(fù)合材料以其質(zhì)輕的優(yōu)勢替代傳統(tǒng)的金屬材料獲得廣泛應(yīng)用，典型的有復(fù)合材料發(fā)射筒、網(wǎng)格結(jié)構(gòu)及各種壓力容器。

國外復(fù)合材料導(dǎo)彈發(fā)射筒在戰(zhàn)略、戰(zhàn)術(shù)型號(hào)上廣泛采用，如美國的戰(zhàn)略導(dǎo)彈MX導(dǎo)彈、俄羅斯的戰(zhàn)略導(dǎo)彈“白楊Ｍ”導(dǎo)彈均采用復(fù)合材料發(fā)射筒。由于復(fù)合材料發(fā)射筒相對于金屬材料而言，結(jié)構(gòu)重量大幅度減輕，使戰(zhàn)略導(dǎo)彈的機(jī)動(dòng)靈活成為可能。在戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈領(lǐng)域，復(fù)合材料導(dǎo)彈發(fā)射筒的應(yīng)用更加普遍。

網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的研究早在20世紀(jì)70年代就己開始，目前己有多種類型網(wǎng)格結(jié)構(gòu)在航空航天領(lǐng)域用作戰(zhàn)略導(dǎo)彈級間段，空間飛行器艙體、箭與衛(wèi)星的對接框等不同部件，如1997年美國空軍菲利普實(shí)驗(yàn)室以自動(dòng)化纏繞技術(shù)制作網(wǎng)格結(jié)構(gòu)承力部件應(yīng)用于飛機(jī)改制，加州復(fù)合材料中心將復(fù)合材料網(wǎng)格應(yīng)用于航空噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，日本研制的炭/環(huán)氧復(fù)合材料網(wǎng)格結(jié)構(gòu)作為第三級發(fā)動(dòng)機(jī)與旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的級間段結(jié)構(gòu)成功地應(yīng)用在H1火箭上

3.2.2結(jié)構(gòu)/功能一體化材料

在國外動(dòng)力系統(tǒng)噴管部件已趨向全炭/炭化，入口段與喉襯采用整體式多維炭/炭編織物，出口錐用炭/炭材料或炭布帶纏繞制成，延伸噴管技術(shù)相當(dāng)成熟。喉襯材料方面，國外高性能慣性頂級固體發(fā)動(dòng)機(jī)、星系固體發(fā)動(dòng)機(jī)、戰(zhàn)略導(dǎo)彈固體發(fā)動(dòng)機(jī)，幾乎全部采用3D、4DC/C復(fù)合材料喉襯。炭/炭擴(kuò)張段主要應(yīng)用于宇航發(fā) 動(dòng)機(jī)及戰(zhàn)略導(dǎo)彈上面級發(fā)動(dòng)機(jī)。

國內(nèi)固體發(fā)動(dòng)機(jī)殼體已成功采用玻璃纖維及芳綸纖維。在PBO纖維表面處理、PBO纖維適應(yīng)的樹脂配方研究等工作都已取得了較大的進(jìn)展

國內(nèi)在輕質(zhì)復(fù)合材料應(yīng)用上也開展了相關(guān)研究。西安航天復(fù)合材料研究所及哈爾濱玻璃鋼制品研究所進(jìn)行了某型號(hào)導(dǎo)彈發(fā)射筒的研制，己成功地進(jìn)行了多種地面試驗(yàn)和實(shí)彈發(fā)射考核。在飛航導(dǎo)彈復(fù)合材料發(fā)射筒研制方面，航天科工集團(tuán)三院研制了長5.45m，內(nèi)徑502mm的導(dǎo)彈貯運(yùn)發(fā)射筒；西安航天復(fù)合材料研究所、哈爾濱玻璃鋼制品研究所等單位進(jìn)行了網(wǎng)格結(jié)構(gòu)材料初步應(yīng)用研究，西安航天復(fù)合材料研究所同時(shí)針對網(wǎng)格結(jié)構(gòu)纏繞成型的特點(diǎn)，開發(fā)了纏繞軟件。

在結(jié)構(gòu)/功能一體化材料方面，西安航天復(fù)合材料研究所于70年代末期建立起了X650mm的氈基炭/炭喉襯研制生產(chǎn)線，80年代初又掌握了4D炭／炭喉襯工藝技術(shù)，通過工藝攻關(guān)，成功地進(jìn)行了DFH-4衛(wèi)星平臺(tái)用50L炭纖維高壓復(fù)合材料氣瓶纏繞研制工作，并己進(jìn)入正樣階段。此外，西安航天復(fù)合材料研究所還成功研制了宇航員生命保障系統(tǒng)用容器和多種環(huán)形及異形容器，在上述研究的基礎(chǔ)上，將相關(guān)產(chǎn)品已應(yīng)用到衛(wèi)星、運(yùn)載火箭和軍用飛機(jī)上，具有十分重要的意義。

四、主要工藝（按工藝成型方法分類）

4.1 所用主要原材料

復(fù)合材料工業(yè)上使用量最大的環(huán)氧樹脂品種是縮水甘油醚類環(huán)氧樹脂，而其中又以雙酚A型環(huán)氧樹脂為主，雙酚F型環(huán)氧樹脂（DGEBF）和雙酚S型環(huán)氧樹脂也有大量應(yīng)用。其次是縮水甘油胺類環(huán)氧樹脂和縮水甘油酯類環(huán)氧樹脂。其他還有酚醛環(huán)氧樹脂、間苯二酚型環(huán)氧樹脂、間苯二酚-甲醛型環(huán)氧樹脂、四酚基乙烷型環(huán)氧樹脂、三羥苯基甲烷型環(huán)氧樹脂、富有柔韌性脂肪族多元醇縮水甘油醚型環(huán)氧樹脂、環(huán)氧丙烯酸樹脂和耐候性的脂環(huán)族環(huán)氧樹脂等，其可單獨(dú)或者與通用E型樹脂共混，供作高性能復(fù)合材料（ACM）。

縮水甘油胺類環(huán)氧樹脂的優(yōu)點(diǎn)是多官能度、環(huán)氧當(dāng)量高，交聯(lián)密度大，耐熱性顯著提高。目前國內(nèi)外已利用縮水甘油胺環(huán)氧樹脂優(yōu)越的粘接性和耐熱性，來制造碳纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料（CFRP）用于飛機(jī)二次結(jié)構(gòu)材料。

國內(nèi)外噴管用樹脂基防熱材料的發(fā)展經(jīng)歷大致相同，從玻璃/酚醛、高硅氧/酚醛到碳/酚醛、碳/聚芳基乙炔，從單功能到多功能、低性能到高性能，樹脂體系經(jīng)歷了從酚醛樹脂、改性酚醛樹脂到高性能樹脂。目前對聚苯并咪唑、聚喹口惡啉、聚苯并唑、聚苯并噻唑、聚芳基乙炔等高性能樹脂的應(yīng)用研究已成為熱點(diǎn),是樹脂基防熱材料發(fā)展的方向。

耐高溫結(jié)構(gòu)復(fù)合材料用的新型熱固性樹脂一般指芳雜環(huán)高聚物，如聚酰亞胺、聚苯砜等，它們的耐熱性比改性環(huán)氧和多官能團(tuán)環(huán)氧更高，其中聚酰亞胺是目前耐熱性最好、已實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的重要品種。聚酰亞胺中的雙馬來酰亞胺（BMI）既具有聚酰亞胺耐高溫、耐濕熱、耐輻射的特點(diǎn)，又有類似于環(huán)氧樹脂較易加工的優(yōu)點(diǎn)。但缺點(diǎn)是熔點(diǎn)高、溶解性差、脆性大。如HexcelF650是成熟的第二代BMI樹脂。在非常潮濕的情況下，最高連續(xù)使用溫度為204.4℃，采用HexcelF650基復(fù)合材料的導(dǎo)彈經(jīng)噴氣式戰(zhàn)斗機(jī)超聲速?zèng)_刺后，能承受比預(yù)料更嚴(yán)酷的熱環(huán)境。

氰酸酯樹脂（CE）是二十世紀(jì)八十年代開發(fā)的一類新型樹脂。主要用途有高性能印刷電路板、高性能透波結(jié)構(gòu)材料（如雷達(dá)罩）、航空航天用高韌性結(jié)構(gòu)復(fù)合材料。最早應(yīng)用于宇航領(lǐng)域的商品化氰酸酯基復(fù)合材料為美國Narmco公司的R-5254C，它是碳纖維增強(qiáng)的CE與其它樹脂的混合物。隨后，一些供應(yīng)CE基復(fù)合材料預(yù)浸料的公司，在CE中加入玻璃化溫度高于170℃的非晶態(tài)熱塑性樹脂如聚碳酸酯（PC）、聚砜（PS）、聚醚砜（PES）等，使CE保持優(yōu)良耐濕熱性能和介電性能的同時(shí)，沖擊后壓縮強(qiáng)度（CAI）值達(dá)到240~320MPa，其使用溫度與改性后的PI、BMI相當(dāng)。

酚醛樹脂典型的改性途徑有共聚改性，包括引進(jìn)氰基、硼元素、芳環(huán)有機(jī)硅，以及采用二苯醚甲醛樹脂、芳烷基甲醛樹脂改性等；如氰基酚醛樹脂的熱氧化穩(wěn)定性明顯提高，分解溫度達(dá)440℃，1000℃下的產(chǎn)炭率達(dá)68%~70%。

復(fù)合材料所用各種纖維材料性能比較見表1

表1 各種纖維材料性能比較

由表1可見，僅玻璃纖維就比金屬材料的比強(qiáng)度、比模量分別提高了540%、31%，碳纖維的提高則更為顯著。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，由鍵能和鍵密度計(jì)算得出的單晶石墨理論強(qiáng)度高達(dá)150GPa，因此碳纖維的進(jìn)一步開發(fā)潛力是十分巨大的。

據(jù)有關(guān)資料報(bào)導(dǎo)，航天飛行器的質(zhì)量每減少1干克，就可使運(yùn)載火箭減輕500千克，而一次衛(wèi)星發(fā)射費(fèi)用達(dá)幾千萬美元。高成本的因素，使得結(jié)構(gòu)材料質(zhì)輕，高性能顯得尤為重要。處于航天航空飛行及其安全的考慮所需，作為結(jié)構(gòu)材料應(yīng)具有輕質(zhì)高強(qiáng)、高可靠性和穩(wěn)定性，環(huán)氧碳纖維復(fù)合材料成為不可缺少的材料。高性能環(huán)氧復(fù)合材料采用的增強(qiáng)材料主要是碳纖維（CF）以及CF和芳綸纖維（K-49）或高強(qiáng)玻璃纖維（S-GF）的混雜纖維。所用基體材料環(huán)氧樹脂約占高性能復(fù)合材料樹脂用量的90%左右。

4.2 零件成形技術(shù)

復(fù)合材料零件成形技術(shù)是在滿足零件外形的情況下，不損傷纖維并確保它們合理地分布在基體中而不產(chǎn)生重大空隙的工藝方法。目前在飛機(jī)機(jī)體上采用的復(fù)合材料零件成形技術(shù)主要有以下幾種。

1）樹脂轉(zhuǎn)移模塑成形技術(shù)（RTM）

樹脂轉(zhuǎn)移模塑成形技術(shù)是一種低成本復(fù)合材料制造方法，最初主要用于飛機(jī)次承力結(jié)構(gòu)件，如艙門和檢查口蓋。1996年美國防務(wù)預(yù)研局開展了高強(qiáng)度主承力構(gòu)件的低成本RTM制造技術(shù)研究，從而使中小型復(fù)合材料RTM零件獲得了較廣泛的應(yīng)用，而大型RTM件也在F-35的垂尾上應(yīng)用成功。

2）樹脂膜浸漬技術(shù)（RFI）

RFI工藝是一種樹脂膜熔滲和纖維預(yù)制體相結(jié)合的一種低成本復(fù)合材料成形技術(shù)。該技術(shù)由于只采用傳統(tǒng)的真空袋壓成形方法，免去了RTM工藝所需的樹脂計(jì)量注射設(shè)備及雙面模具的加工，在制造出優(yōu)異的制品的同時(shí)大大降低了制品的成本，目前主要應(yīng)用于飛機(jī)雷達(dá)天線罩。該工藝雖然不采用熱壓罐固化零件，但還需要真空袋系統(tǒng)進(jìn)行固化，而且工藝溫度要求高，所以要求核心材料和工裝能夠承受高溫。

RFI適用于大平面或不太復(fù)雜的曲面。A380的機(jī)翼后緣和后壓力隔框、波音787機(jī)身的大部分隔框、GE-nx的風(fēng)扇機(jī)匣都是采用RFI技術(shù)制造。RFI的關(guān)鍵工藝技術(shù)包括：預(yù)形件成形（三維編織及縫合等技術(shù)）、樹脂流動(dòng)模擬及控制、編織及縫合設(shè)備研究。

3）纖維纏繞（Filament Winding）

該工藝主要用于空心、圓形及橢圓零件，如管路及油箱。纖維束通過一個(gè)樹脂池浸漬后纏繞到芯軸上，纏繞方向和速度由纖維進(jìn)給裝置控制。這是一項(xiàng)已經(jīng)發(fā)展較為成熟的技術(shù)，無論是在自動(dòng)化、速度、厚度變化、質(zhì)量和纖維方向上都得到了巨大改進(jìn)。它是筒形件的低成本快速制造方法。

利用纖維纏繞工藝制造的環(huán)氧基固體發(fā)動(dòng)機(jī)罩耐腐蝕、耐高溫、耐輻射，而且密度小、剛性好、強(qiáng)度高、尺寸穩(wěn)定。再如導(dǎo)彈彈頭和衛(wèi)星整流罩、宇宙飛船的防熱材料、太陽能電池陣基板都采用了環(huán)氧基及環(huán)氧酚醛基纖維增強(qiáng)材料來制造。

4）自動(dòng)鋪帶技術(shù)（ATL）

ATL技術(shù)采用有隔離襯紙的單向預(yù)浸帶，剪裁、定位、鋪疊、輥壓均采用數(shù)控技術(shù)自動(dòng)完成，由自動(dòng)鋪帶機(jī)實(shí)現(xiàn)。按所鋪放構(gòu)件的幾何特征，自動(dòng)鋪帶機(jī)可分為平面鋪帶和曲面鋪帶，系統(tǒng)由臺(tái)架系統(tǒng)和鋪帶頭組成。

5）自動(dòng)鋪絲技術(shù)（AFP）

自動(dòng)鋪絲技術(shù)相對較新并在近年格外受到關(guān)注。它兼顧了自動(dòng)鋪疊與纖維纏繞的優(yōu)點(diǎn)。能夠制造復(fù)雜形狀結(jié)構(gòu)件，對纖維角度不限制。而且具有極大減少生產(chǎn)成本的潛力。

6）先進(jìn)拉擠技術(shù)（ADP）

筋條、長桁和地板梁等一類復(fù)合材料構(gòu)件采用手工鋪疊效率很低，但由于尺寸較小又不適于用自動(dòng)鋪放技術(shù)，而通用的拉擠技術(shù)難以保障其質(zhì)量。ADP技術(shù)采用單向和織物預(yù)浸料，間歇連續(xù)拉擠成型制造梁類構(gòu)件。它采用航空級預(yù)浸料，通過精確控制工藝，可使孔隙率小于1%、纖維含量達(dá)到65%，優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)熱壓罐制件的性能，圖21是ADP技術(shù)的工藝原理圖：

圖76 先進(jìn)拉擠技術(shù)

7）預(yù)形件制造技術(shù)

復(fù)合材料預(yù)形件制造技術(shù)主要是增強(qiáng)二維復(fù)合材料疊層結(jié)構(gòu)在厚度方向的強(qiáng)度，以提高層間和斷裂強(qiáng)度。

（1）縫合技術(shù)（stitching）

縫合織物增強(qiáng)復(fù)合材料是采用高性能纖維和工業(yè)用縫合機(jī)將多層二維纖維織物縫合在一起，經(jīng)復(fù)合固化而成的紡織復(fù)合材料。它通過引用貫穿厚度方向的纖維來提高抗分層能力，提高層間強(qiáng)度、模量、抗剪切能力、抗沖擊能力、抗疲勞能力等力學(xué)性能，從而滿足結(jié)構(gòu)件的性能需求。

（2）縱向加強(qiáng)技術(shù)（Z-pinning）

這是復(fù)合材料結(jié)構(gòu)三維加強(qiáng)的一種簡單方法，在多個(gè)方面優(yōu)于縫合技術(shù)，但不能用于制造預(yù)形件。該工藝是利用薄的銷棒以正確的角度在固化前或固化時(shí)插入二維的碳纖維環(huán)氧復(fù)合材料層板中，從而獲得三維增強(qiáng)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)。

（3）三維異形整體機(jī)織（weave）

該工藝目前已經(jīng)廣泛用于復(fù)合材料工業(yè)，作為復(fù)合材料的增強(qiáng)體，主要用于生產(chǎn)單層、寬幅織物。三維異型整體機(jī)織技術(shù)是國外20世紀(jì)80年代發(fā)展起來的高新復(fù)合材料紡織技術(shù)，它創(chuàng)造了一類新的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)形式。采用三維異型整體機(jī)織技術(shù)制造的復(fù)合材料制件具有整體性和力學(xué)的合理性兩大特點(diǎn)，是一種高級紡織復(fù)合材料。

（4）編織（braiding）

編織是一種基本的紡織工藝，能夠使兩條以上紗線在斜向或縱向互相交織形成整體結(jié)構(gòu)的預(yù)形件。這種工藝通常能夠制造出復(fù)雜形狀的預(yù)形件，但其尺寸受設(shè)備和紗線尺寸的限制。

（5）針織（kintting）

針織用于復(fù)合材料的增強(qiáng)結(jié)構(gòu)，始于上世紀(jì)90年代。由于它的強(qiáng)度、沖擊抗力較機(jī)織復(fù)合材料好，且針織物的線圈結(jié)構(gòu)有很大的可伸長性，易于制造非承力的復(fù)雜形狀構(gòu)件。

（6）經(jīng)編（non-crimp fabric）

采用經(jīng)向針織技術(shù)與纖維鋪放概念相結(jié)合制造的多軸多層經(jīng)向針織織物一般稱為經(jīng)編織物。這種材料由于不彎曲，因此纖維能以最佳形式排列。采用經(jīng)編技術(shù)可以制成厚的多層織物且按照期望選擇纖維方向，由于不需要鋪放更多的層數(shù)，極大地提高了經(jīng)濟(jì)效益。

8）層板及蜂窩結(jié)構(gòu)制造技術(shù)

纖維增強(qiáng)金屬層板（FRML）是由金屬薄板和纖維樹脂預(yù)浸料交替鋪放膠合而成的混雜復(fù)合材料。改變金屬類型和厚度、纖維樹脂預(yù)浸料系統(tǒng)、鋪貼順序、纖維方向、金屬表面處理和后拉伸度等可以改變FRML的性能，以用于不同用途。現(xiàn)在的FRML主要使用鋁合金薄板。

五，趨勢

復(fù)合材料是未來發(fā)展我國航空航天工程最有前途的材料，在未來復(fù)合材料的的研制中必須在抗拉強(qiáng)度、蠕變阻力、低和高循環(huán)疲勞、耐高溫腐蝕和耐沖擊損傷等方面滿足要求。提高復(fù)合材料高耐熱性、強(qiáng)度和韌性是發(fā)展復(fù)合材料的關(guān)鍵，今后在耐高溫材料上應(yīng)重點(diǎn)研制結(jié)構(gòu)陶瓷、陶瓷復(fù)合材料和微疊層復(fù)合材料。同時(shí)要在研究低成本復(fù)合材料的制造技術(shù)上加大力度。

飛機(jī)上的復(fù)合材料主要是指碳纖維復(fù)合材料。以前國際上的大型客機(jī)采用的材料都是以先進(jìn)鋁合金為主，飛機(jī)的設(shè)計(jì)、制造都建立在這種材料基礎(chǔ)上。以波音777為例，其機(jī)體結(jié)構(gòu)中，鋁合金占到70%、鋼11%、鈦7%，復(fù)合材料僅占到11%，而且復(fù)合材料主要用于飛機(jī)輔件。但到波音787時(shí)，復(fù)合材料的使用出現(xiàn)了質(zhì)的飛躍，不僅數(shù)量激增，而且開始用于飛機(jī)的主要受力件，現(xiàn)在波音787的復(fù)合材料用量已占到結(jié)構(gòu)重量的50%。

飛機(jī)結(jié)構(gòu)件大規(guī)模使用復(fù)合材料，是現(xiàn)代飛機(jī)制造史上的一次革命性變化。它使飛機(jī)重量更輕、強(qiáng)度更高、耐疲勞耐腐蝕性更好，而且復(fù)合材料中的高強(qiáng)度碳纖維進(jìn)行大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)后，可以使飛機(jī)的制造成本更低。同時(shí)在計(jì)算機(jī)技術(shù)、激光、C掃描等先進(jìn)科技的支持下，復(fù)合材料制造飛機(jī)結(jié)構(gòu)件的質(zhì)量能夠更加可靠地保證飛機(jī)的安全性。根據(jù)波音和空客公開的研究資料表明，到2020年它們的飛機(jī)將全部采用復(fù)合材料。

而在我國，復(fù)合材料主要用在飛機(jī)非結(jié)構(gòu)件上，在主結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用還需要進(jìn)一步預(yù)研。這就好比是空客、波音已經(jīng)能用鋼筋水泥造房子，而我國僅掌握全套的用“秦磚漢瓦”造房子的辦法，現(xiàn)在才開始學(xué)著使用鋼筋水泥。更要命的是，用于飛機(jī)的復(fù)合材料原材料我國現(xiàn)在還需要進(jìn)口，尤其是像高等級碳纖維等這樣廣泛應(yīng)用的飛機(jī)復(fù)合材料原材料，我國還不能生產(chǎn)。

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