復(fù)合材料與金屬、高聚物、陶瓷并稱為四大材料。今天，一個(gè)國家或地區(qū)的復(fù)合材料工業(yè)水平，已成為衡量其科技與經(jīng)濟(jì)實(shí)力的標(biāo)志之一。先進(jìn)復(fù)合材料是國家安全和國民經(jīng)濟(jì)具有競爭優(yōu)勢的源泉。到2020年，只有復(fù)合材料才有潛力獲得20-25%的性能提升。環(huán)氧樹脂是優(yōu)良的反應(yīng)固化型性樹脂。在纖維增強(qiáng)復(fù)合材料領(lǐng)域中，環(huán)氧樹脂大顯身手。它與高性能纖維:PAN基碳纖維、芳綸纖維、聚乙烯纖維、玄武巖纖維、S或E玻璃纖維復(fù)合，便成為不可替代的重要的基體材料和結(jié)構(gòu)材料，廣泛運(yùn)用在電子電力、航天航空、運(yùn)動(dòng)器材、建筑補(bǔ)強(qiáng)、壓力管雄、化工防腐等六個(gè)領(lǐng)域。本文重點(diǎn)論述航空航天先進(jìn)樹脂基體復(fù)合材料的國內(nèi)外現(xiàn)狀及中國的技術(shù)軟肋問題。

　　

　　1樹脂基復(fù)合材料的發(fā)展史

　　

　　樹脂基復(fù)合材料（Resin Matrix Composite）也稱纖維增強(qiáng)塑料（Fiber Reinforced Plastics），是技術(shù)比較成熟且應(yīng)用最為廣泛的一類復(fù)合材料。這種材料是用短切的或連續(xù)纖維及其織物增強(qiáng)熱固性或熱塑性樹脂基體，經(jīng)復(fù)合而成。以玻璃纖維作為增強(qiáng)相的樹脂基復(fù)合材料在世界范圍內(nèi)已形成了產(chǎn)業(yè)，在我國不科學(xué)地俗稱為玻璃鋼。

　　

　　樹脂基復(fù)合材料于1932年在美國出現(xiàn)，1940年以手糊成型制成了玻璃纖維增強(qiáng)聚酯的軍用飛機(jī)的雷達(dá)機(jī)翼的飛機(jī)，并于1944年3月在萊特-帕特空軍基地試飛成功。1946年纖維纏繞成型技術(shù)在美國出現(xiàn)，為纖維纏繞壓力容器的制造提供了技術(shù)貯備。1949年研究成功玻璃纖維預(yù)混料并制出了表面光潔，尺寸、形狀準(zhǔn)確的復(fù)合材料模壓件。1950年真空袋和壓力袋成型工藝研究成功，并制成直升飛機(jī)的螺旋槳。60年代在美國利用纖維纏繞技術(shù)，制造出北極星、土星等大型固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的殼體，為航天技術(shù)開辟了輕質(zhì)高強(qiáng)結(jié)構(gòu)的最佳途徑。在此期間，玻璃纖維-聚酯樹脂噴射成型技術(shù)得到了應(yīng)用，使手糊工藝的質(zhì)量和生產(chǎn)效率大為提高。1961年片狀模塑料（Sheet Molding Compound, 簡稱SMC）在法國問世，利用這種技術(shù)可制出大幅面表面光潔，尺寸、形狀穩(wěn)定的制品，如汽車、船的殼體以及衛(wèi)生潔具等大型制件，從而更擴(kuò)大了樹脂基復(fù)合材料的應(yīng)用領(lǐng)域。1963年前后在美、法、日等國先后開發(fā)了高產(chǎn)量、大幅寬、連續(xù)生產(chǎn)的玻璃纖維復(fù)合材料板材生產(chǎn)線，使復(fù)合材料制品形成了規(guī)模化生產(chǎn)。拉擠成型工藝的研究始于50年代，60年代中期實(shí)現(xiàn)了連續(xù)化生產(chǎn)，在70年代拉擠技術(shù)又有了重大的突破。在70年代樹脂反應(yīng)注射成型（Reaction Injection Molding, 簡稱RIM）和增強(qiáng)樹脂反應(yīng)注射成型（Reinforced Reaction Injection Molding, 簡稱RRIM）兩種技術(shù)研究成功，現(xiàn)已大量用于衛(wèi)生潔具和汽車的零件生產(chǎn)。1972年美國PPG公司研究成功熱塑性片狀模型料成型技術(shù)，1975年投入生產(chǎn)。80年代又發(fā)展了離心澆鑄成型法，英國曾使用這種工藝生產(chǎn)10m長的復(fù)合材料電線桿、大口徑受外壓的管道等。從上述可知，新生產(chǎn)工藝的不斷出現(xiàn)推動(dòng)著聚合物復(fù)合材料工業(yè)的發(fā)展。

　　

　　進(jìn)入20世紀(jì)70年代，對(duì)復(fù)合材料的研究發(fā)跡了僅僅采用玻璃纖維增強(qiáng)樹脂的局面，人們一方面不斷開辟玻纖-樹脂復(fù)合材料的新用途，同時(shí)也開發(fā)了一批如碳纖維、碳化硅纖維、氧化鋁纖維、硼纖維、芳綸纖維、高密度聚乙烯纖維等高性能增強(qiáng)材料，并使用高性能樹脂、金屬與陶瓷為基體，制成先進(jìn)復(fù)合材料（Advanced Composite Materials, 簡稱ACM）。這種先進(jìn)復(fù)合材料具有比玻璃纖維復(fù)合材料更好的性能，是用于飛機(jī)、火箭、衛(wèi)星、飛船等航空航天飛行器的理想材料。

　　

　　自從先進(jìn)復(fù)合材料投入應(yīng)用以來，有三件值得一提的成果。第一件是美國全部用碳纖維復(fù)合材料制成一架八座商用飛機(jī)--里爾芳2100號(hào)，并試飛成功。第二件是采用大量先進(jìn)復(fù)合材料制成的哥倫比亞號(hào)航天飛機(jī)，這架航天飛機(jī)用碳纖維/環(huán)氧樹脂制作長18.2m、寬4.6m的主貨艙門，用凱芙拉纖維/環(huán)氧樹脂制造各種壓力容器。在這架代表近代最尖端技術(shù)成果的航天收音機(jī)上使用了樹脂、金屬和陶瓷基復(fù)合材料。第三件是使用了先進(jìn)復(fù)合材料作為主承力結(jié)構(gòu)，制造了這架可載80人的波音-767大型客運(yùn)飛機(jī)，不僅減輕了重量，還提高了飛機(jī)的各種飛行性能。復(fù)合材料在這幾個(gè)飛行器上的成功應(yīng)用，表明了復(fù)合材料的良好性能和技術(shù)的成熟，這對(duì)于復(fù)合材料在重要工程結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用是一個(gè)極大的推動(dòng)。

　　

　　2先進(jìn)復(fù)合材料工業(yè)上通常使用環(huán)氧樹脂的品種、性能和特性

　　

　　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 。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，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。

　　

　　3復(fù)合材料使用的增強(qiáng)纖維

　　

　　復(fù)合材料所用各種纖維材料性能比較見表1。對(duì)一些材料的性能進(jìn)行了比較。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[1]。因此碳纖維的進(jìn)一步開發(fā)潛力是十分巨大的。日本東麗公司的近期目標(biāo)是使碳纖維抗拉強(qiáng)度達(dá)到8.5 GPa、模量730 GPa。毋庸置言，碳纖維仍將是今后固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體和噴管的主要材料。

　　

　　開發(fā)碳纖維復(fù)合材料的其他應(yīng)用大有作為，如飛機(jī)及高速列車剎車系統(tǒng)、民用飛機(jī)及汽車復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件、高性能碳纖維軸承、風(fēng)力發(fā)電機(jī)大型葉片、體育運(yùn)動(dòng)器材(如滑雪板、球拍、漁桿)等。隨著碳纖維生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大和生產(chǎn)成本的逐步下降，在增強(qiáng)混凝土、新型取暖裝置、新型電極材料乃至日常生活用品中的應(yīng)用也必將迅速擴(kuò)大[2～4]。我國為配合北京奧運(yùn)會(huì),擬大力開發(fā)新型CFRP建材及與環(huán)保，日用消費(fèi)品相關(guān)的高科技CFRP新市場[5]。

　　

　　碳纖維是一種高強(qiáng)度、高模量材料，理論上大多數(shù)有機(jī)纖維都可被制成碳纖維，實(shí)際用作碳纖維原料的有機(jī)纖維主要有三種：粘膠纖維、瀝青纖維、聚丙烯腈纖維。當(dāng)前固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)件用的碳纖維大多由聚丙烯腈纖維制成[6]。

　　

　　碳纖維的開發(fā)始于二十世紀(jì)六十年代,起初用于耐燒蝕喉襯、擴(kuò)張段材料，后來逐漸在其它結(jié)構(gòu)件上應(yīng)用。自八十年代以來，碳纖維發(fā)展較大：① 性能不斷提高；七、八十年代主要以3000MPa的碳纖維為主。九十年代初普遍使用的IM7、IM8纖維強(qiáng)度達(dá)到5300MPa。九十年代末T1000纖維強(qiáng)度達(dá)到7000MPa，并已開始工程應(yīng)用。② 品種不斷增多。以日本東麗公司為例，1983年生產(chǎn)的碳纖維品種只有4種，到1995年碳纖維品種達(dá)21種之多。不同種類、不同性能的碳纖維可滿足不同需要，為碳纖維復(fù)合材料的廣泛應(yīng)用提供了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)[5]。

　　

　　4國防、軍工及航空航天用樹脂基復(fù)合材料

　　

　　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。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。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。高性能復(fù)合材料成型工藝多采用單向預(yù)浸料干法鋪層，熱壓罐固化成型。高性能環(huán)氧復(fù)合材料已廣泛應(yīng)用在各種飛機(jī)上。以美國為例，20世紀(jì)60年代就開始應(yīng)用硼/環(huán)氧復(fù)合材料作飛機(jī)蒙皮、操作面等。由于硼纖維造價(jià)太貴，70年代轉(zhuǎn)向碳/環(huán)氧復(fù)合材料，并得到快速發(fā)展。大致可分為三個(gè)階段。第一階段應(yīng)用于受力不大的構(gòu)件，如各類操縱面、舵面、擾流片、副翼、口蓋、阻力板、起落架艙門、發(fā)動(dòng)機(jī)罩等次結(jié)構(gòu)上。第二階段應(yīng)用于承力大的結(jié)構(gòu)件上，如安定面、全動(dòng)平尾和主受力結(jié)構(gòu)機(jī)翼等。第三階段應(yīng)用于復(fù)雜受力結(jié)構(gòu)，如機(jī)身、中央翼盒等。一般可減重20%～30%。目前軍機(jī)上復(fù)合材料用量已達(dá)結(jié)構(gòu)重量的25%左右，占到機(jī)體表面積的80%。高性能環(huán)氧復(fù)合材料在國外軍機(jī)和民機(jī)上的應(yīng)用實(shí)例較多。

　　

　　我國于1978年首次將碳-玻/環(huán)氧復(fù)合材料用于強(qiáng)-5型飛機(jī)的進(jìn)氣道側(cè)壁。據(jù)有關(guān)會(huì)專家介紹，20世紀(jì)80年代在多種軍機(jī)上成功地將C/EP用作垂直安定面、舵面、全動(dòng)平尾和機(jī)翼受力盒段壁板等主結(jié)構(gòu)件。

　　

　　宇航工業(yè)中除燒蝕復(fù)合材料外，高性能復(fù)合材料應(yīng)用也很廣泛。如三叉戟導(dǎo)彈儀器艙錐體采用C/EP后減重25%～30%，省工50%左右。還用作儀器支架及三叉戟導(dǎo)彈上的陀螺支架、彈射筒支承環(huán)，彈射滾柱支架、慣性裝置內(nèi)支架和電池支架等55個(gè)輔助結(jié)構(gòu)件。由于減重，使射程增加342km。德爾塔火箭的保護(hù)罩和級(jí)間段亦由C/EP制造。美國衛(wèi)星和飛行器上的天線、天線支架、太陽能電池框架和微波濾波器等均采用C/EP定型生產(chǎn)。國際通訊衛(wèi)星V上采用C/EP制作天線支撐結(jié)構(gòu)和大型空間結(jié)構(gòu)。宇航器“空中旅行者”的高增益天線次反射器和蜂窩夾層結(jié)構(gòu)的內(nèi)外蒙皮采用了K-49/EP。航天飛機(jī)用Nomex蜂窩C/EP復(fù)合材料制成大艙門，C/EP尾艙結(jié)構(gòu)壁板等。

　　

　　4.1 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

　　

　　航天高新技術(shù)對(duì)航天先進(jìn)復(fù)合材料的要求越來越高，促使先進(jìn)復(fù)合材料向幾個(gè)方向發(fā)展：① 高性能化，包括原材料高性能化和制品高性能化。如用于航空航天產(chǎn)品的碳纖維由前幾年普遍使用的T300已發(fā)展到T700、T800甚至T1000。而一般環(huán)氧樹脂也逐步被韌性更好的、耐溫更高的增韌環(huán)氧樹脂、雙馬樹脂和聚酰亞胺樹脂等取代；對(duì)復(fù)合材料制品也提出了輕質(zhì)、耐磨損、耐腐蝕、耐低溫、耐高溫、抗氧化等要求。② 低成本化，低成本生產(chǎn)技術(shù)包括原材料、復(fù)合工藝和質(zhì)量控制等各個(gè)方面。③ 多功能化，航天先進(jìn)復(fù)合材料正由單純結(jié)構(gòu)型逐步實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)與功能一體化，即向多功能化的方向發(fā)展。

　　

　　碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(CFRP)是目前最先進(jìn)的復(fù)合材料之一。它以其輕質(zhì)高強(qiáng)、耐高溫、抗腐蝕、熱力學(xué)性能優(yōu)良等特點(diǎn)，廣泛用作結(jié)構(gòu)材料及耐高溫抗燒蝕材料,是其它纖維增強(qiáng)復(fù)合材料所無法比擬的。

　　

　　4.2用于固體發(fā)動(dòng)機(jī)殼體的樹脂基體

　　

　　環(huán)氧樹脂由于力學(xué)、熱學(xué)性能優(yōu)異，電氣性能優(yōu)良，耐化學(xué)介質(zhì)性、耐候性好及工藝性優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)，數(shù)十年來一直是固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)復(fù)合材料樹脂基體的主體，預(yù)計(jì)今后相當(dāng)長時(shí)間內(nèi)仍將如此。環(huán)氧樹脂的缺點(diǎn)是耐沖擊損傷能力差，耐熱性較低(<170℃)，在濕熱環(huán)境下力學(xué)性能下降明顯。這些年來環(huán)氧樹脂的發(fā)展經(jīng)歷了剛性環(huán)氧→柔性環(huán)氧→剛性環(huán)氧的過程。但居主導(dǎo)地位的一直是剛性雙酚A二縮水甘油醚型環(huán)氧樹脂。如美國“三叉戟-1”、“三叉戟-2”導(dǎo)彈以及“飛馬座”火箭采用的HBRF-55A配方就以E-PON826為主。多年來各國都在通過加入柔性單元改進(jìn)環(huán)氧樹脂的韌性，通過加入新型剛性鏈單元結(jié)構(gòu)或使用芴型芳香胺固化劑來提高耐熱性，并分別取得了預(yù)期的效果[7，8]。

　　

　　4.3用于固體發(fā)動(dòng)機(jī)噴管的耐熱樹脂基體

　　

　　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。如能應(yīng)用于固體發(fā)動(dòng)機(jī)殼體，對(duì)其綜合性能的提高十分有利。目前的主要問題是BMI的固化溫度(約300℃)和固化壓強(qiáng)(約1.5MPa)均比較高，使纏繞型組合芯模和殼體內(nèi)絕熱層難以承受[6，9，10]。

　　

　　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)。如Ciba-geigy生產(chǎn)的ArocyL-10和RTX366的熔融物粘度極小，只有0.1Pa·s，特別適用于纖維速浸法制預(yù)浸料，在SRM研制中有著廣闊的應(yīng)用前景。“YLA公司”使用XU71787-07試制成碳纖維增強(qiáng)預(yù)浸料，經(jīng)質(zhì)量評(píng)估認(rèn)為可制作衛(wèi)星天線[11~13]。

　　

　　液晶聚合物是熱塑性樹脂中較為獨(dú)特和優(yōu)異的一類，目前主要有芳族均聚酯和共聚酯。它們是一種自增強(qiáng)材料，高分子主鏈?zhǔn)怯蓜傂曰虬雱傂枣湺魏腿嵝枣湺瓮ㄟ^分子裁剪設(shè)計(jì)而成，在熔融狀態(tài)呈液晶態(tài)，在冷卻過程中這種有序性保留，使材料獲得優(yōu)異的力學(xué)性能。典型牌號(hào)有美國的Vectra樹脂,Ekond樹脂等。液晶聚合物既可以單獨(dú)成型(如美國在1990年研制了所有結(jié)構(gòu)部件均由液晶聚合物制作的固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī))，也可以作為復(fù)合材料的樹脂基體。通過注塑、模壓、擠壓成型、或制成帶狀、薄膜狀材料纏繞成型發(fā)動(dòng)機(jī)殼體[14，15]。

　　

　　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(duì)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。由于碳/酚醛復(fù)合材料具有生產(chǎn)周期短、制造成本低、性能適中等特點(diǎn)，是目前固體發(fā)動(dòng)機(jī)噴管燒蝕防熱材料中廣泛使用的材料之一，主要用在如噴管擴(kuò)張段一類受熱流強(qiáng)度較低的部件上；又因其價(jià)格低廉，甚至在美國航天飛機(jī)助推器的噴管喉襯上也使用碳/酚醛材料。國外典型的碳/酚醛材料有FM5055、MX4957A等牌號(hào)，所用酚醛樹脂多以Ba(OH)2、NH4OH等為催化劑合成。酚醛樹酯雖耐燒蝕性優(yōu)良，但重現(xiàn)性不好，燒蝕可預(yù)示性差[1，16]。

　　

　　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%。為了使酚醛樹酯獲得更高性能，我國廣大科技工作者在酚醛樹脂改性方面做了大量的研究工作，相繼開發(fā)了硼酚醛、鉬酚醛、高成碳酚醛等新型酚醛樹脂。

　　

　　聚芳基乙炔(PAA)是一種最有可能取代酚醛樹脂作為燒蝕防熱材料基體的樹脂。它是一種僅含碳元素和氫元素的高度交聯(lián)的芳族亞苯基聚合物，由二乙炔基苯和苯乙炔聚合而成。理論成炭率高達(dá)90%；聚合時(shí)無低分子副產(chǎn)物逸出；樹脂吸水率極低，僅為0.1%~0.2%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于酚醛樹脂的5%~10%。

　　

　　PAA最主要的優(yōu)點(diǎn)是玻璃化溫度極高，燒蝕重現(xiàn)性好，高溫力學(xué)性能保持率高。美國宇航公司用T300和PAA制作的復(fù)合材料試件。室溫下層間拉伸強(qiáng)度為5.3MPa，400℃時(shí)降為1.4MPa；標(biāo)準(zhǔn)碳/酚醛(FM5055)制作的室溫層間拉伸強(qiáng)度僅為4.2MPa；260e時(shí)已下降到0.3MPa[1]。我國華東理工大學(xué)已能制備出應(yīng)用于航天領(lǐng)域的耐燒蝕PAA樹脂，樹脂成碳率達(dá)85%。航天四院43所進(jìn)行了聚芳基乙炔樹脂成碳率、復(fù)合工藝性能、力學(xué)性能等方面的探索性研究，試驗(yàn)表明，碳/聚芳基乙炔復(fù)合材料成碳率、耐燒蝕性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于迄今已應(yīng)用的碳/酚醛復(fù)合材料。目前存在的主要問題是PAA的多苯環(huán)結(jié)構(gòu)所引起基體性脆以及PAA與碳布浸潤性差帶來的復(fù)合材料層間力學(xué)性能不佳。

　　

　　碳纖維復(fù)合材料因其較高的比強(qiáng)度、比模量在國外先進(jìn)戰(zhàn)略、戰(zhàn)術(shù)固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)方面應(yīng)用較多，新型陸基機(jī)動(dòng)固體洲際導(dǎo)彈一、二、三級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)殼體、新一代中程地地戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈發(fā)動(dòng)機(jī)殼體。如美國“侏儒”小型地對(duì)地洲際彈道導(dǎo)彈三級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室殼體由IM-7碳纖維/HBRF-55A環(huán)氧樹脂纏繞制作,殼體容器特性系數(shù)PV/W≥39KM；三叉戟(D5)第一、二級(jí)固體發(fā)動(dòng)機(jī)殼體采用碳/環(huán)氧制作,其性能較凱芙拉/環(huán)氧提高30%[17～20];“愛國者”導(dǎo)彈及其改進(jìn)型,其發(fā)動(dòng)機(jī)殼體開始采用D6AC鋼,到/PAC-30導(dǎo)彈發(fā)動(dòng)機(jī)上已經(jīng)采用了T800纖維/環(huán)氧復(fù)合材料;此外,由美國陸軍負(fù)責(zé)開發(fā)的一種新型超高速導(dǎo)彈系統(tǒng)中的小型動(dòng)能導(dǎo)彈(CKEM),其殼體采用了T1000碳纖維/環(huán)氧復(fù)合材料,使發(fā)動(dòng)機(jī)的質(zhì)量比達(dá)到0.82。美國的戰(zhàn)略導(dǎo)彈“侏儒”三級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)殼體，“三叉戟”一、二、三級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)殼體的復(fù)合材料裙，民兵系列發(fā)動(dòng)機(jī)的噴管擴(kuò)張段，部分固體發(fā)動(dòng)機(jī)及高速戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈如美國的THAAD、ERINT等。從二十世紀(jì)六十年代末開始，航天領(lǐng)域中以S玻纖和Kevlar-49纖維復(fù)合的金屬內(nèi)襯輕質(zhì)壓力容器逐漸取代傳統(tǒng)的全金屬壓力容器。美國在1975年開始了輕質(zhì)復(fù)合材料氣瓶及儲(chǔ)箱研制，采用S-玻纖/環(huán)氧、Kevlar/環(huán)BADCy/E-51/線性酚醛樹脂氧纏繞復(fù)合材料。隨著碳纖維性能提高及成本大幅度下降，碳纖維與低成本鋁內(nèi)襯制造技術(shù)相結(jié)合，使得費(fèi)用低、質(zhì)量輕、性能高、可靠性好的高壓容器的生產(chǎn)成為現(xiàn)實(shí)。表2是美國SCI(Structural Composites Industries)生產(chǎn)的兩種金屬內(nèi)襯碳纖維纏繞壓力容器材料及性能比較情況。由表2看出,目前空間用復(fù)合材料基體主要采用環(huán)氧樹脂。

　　

　　此外,國外以復(fù)合材料取代金屬制造空間飛行器(衛(wèi)星、空間站、航天飛機(jī)等)構(gòu)件目前已取得一定程度的應(yīng)用。表3是國外復(fù)合材料在空間飛行器上的一些應(yīng)用情況[18~20]。

　　

　　由于碳纖維的密度、耐熱性、剛性等方面的優(yōu)勢，增強(qiáng)纖維以碳纖維為主。碳纖維復(fù)合材料在空間技術(shù)上的應(yīng)用，國內(nèi)也有成功范例，如我國的第一顆實(shí)用通信衛(wèi)星應(yīng)用了碳纖維/環(huán)氧復(fù)合材料拋物面天線系統(tǒng)；第一顆太陽同步軌道“風(fēng)云一號(hào)”氣象衛(wèi)星采用了多折迭式碳纖維復(fù)合材料剛性太陽電池陣結(jié)構(gòu)等。

　　

　　隨著航空航天工業(yè)的迅速發(fā)展，對(duì)材料的要求也日益苛刻，一個(gè)國家新材料的研制與應(yīng)用水平，在很大程度上體現(xiàn)了一個(gè)國家的國防和科研水平，因此許多國家都把新材料的研制與應(yīng)用放在科研工作的重要地位。

　　

　　4.4火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體用韌性環(huán)氧樹脂基體

　　

　　為了適應(yīng)航空航天領(lǐng)域日益苛刻的要求，通用環(huán)氧樹脂已不能滿足要求，世界各國都在致力于開發(fā)各種高性能環(huán)氧樹脂，以便于開發(fā)同高性能增強(qiáng)材料（如芳綸、碳纖維等）相匹配的樹脂體系。

　　

　　但總結(jié)起來，大都是在保證環(huán)氧樹脂優(yōu)異的工藝性的前提下，實(shí)現(xiàn)環(huán)氧樹脂的多官能化，以改善其固化物的耐熱性和粘接性。

　　

　　比較常用的有4，4‘-二氨基二苯甲烷四縮水甘油胺（TGDDM），鑒于性能價(jià)格比，它可能是最實(shí)用的高性能環(huán)氧樹脂。它具有優(yōu)良的耐熱性，長時(shí)高溫性能和機(jī)械強(qiáng)度保持率，固化收縮低，化學(xué)和輻射穩(wěn)定性好，還可用于高性能結(jié)構(gòu)膠粘劑，結(jié)構(gòu)層壓板和耐高能輻射材料，國內(nèi)外有許多學(xué)者從事TGDDM環(huán)氧體系的研究與開發(fā)工作，并取得了較大成績。

　　

　　特別值得指出的是，我國科技工作者經(jīng)多年研究，開發(fā)了商品名為TDE-85的三官能團(tuán)環(huán)氧樹脂，其化學(xué)名為4，5-環(huán)氧己烷-1，2-二甲酸二縮水甘油酯，其分子中含有兩個(gè)反應(yīng)活性高的縮水甘油酯基和一個(gè)反應(yīng)活性與前者差別很大的脂環(huán)環(huán)氧基。該樹脂是一種工藝性、耐熱性均很優(yōu)異的高性能環(huán)氧樹脂，西北工業(yè)大學(xué)、哈爾濱玻璃鋼研究所等單位用TDE-85環(huán)氧樹脂為基體材料制作的復(fù)合材料，應(yīng)用在某些有特殊需要的產(chǎn)品上已獲得令人滿意的結(jié)果。

　　

　　以碳纖維為增強(qiáng)劑的先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料是航空航天工業(yè)中最重要材料之一。飛行器減重仍然是今后面臨的關(guān)鍵問題。此外，對(duì)包括飛行器在內(nèi)的許多國防裝備的隱身也是需要解決的另一關(guān)鍵問題。因此，對(duì)先進(jìn)復(fù)合材料，不僅要求其具有高的比強(qiáng)度、比模量和韌性，而且要求具有隱身性能，即兼有結(jié)構(gòu)及功能性能。發(fā)展先進(jìn)復(fù)合材料關(guān)鍵之一是開發(fā)綜合性能優(yōu)異的樹脂基體。目前研究樹脂基體主要目標(biāo)是：

　　

　　a. 高韌性的樹脂基體，如復(fù)合材料的沖擊后壓縮強(qiáng)度(CAl)>300 MPa的樹脂基體。

　　

　　b. 具有高透波率的樹脂基體，其tan&約0.3X 10-2。

　　

　　c. 吸收雷達(dá)波的樹脂基體。

　　

　　d. 耐熱300℃以上的樹脂基體。

　　

　　e. 適用于RTM等新型工藝的樹脂基體。

　　

　　其中，a、b、d和e已研制成功，但我國尚有一定差距。c仍為空白。研究和開發(fā)樹脂基體的途徑是以原有樹脂改性為主，合成新品種并重。

　　

　　環(huán)氧樹脂由于性能優(yōu)異,數(shù)十年來一直是火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體用復(fù)合材料樹脂基體的主體,預(yù)計(jì)今后相當(dāng)長時(shí)間內(nèi)仍將如此.這些年來曾經(jīng)歷過剛性環(huán)氧-柔性環(huán)氧-剛性環(huán)氧的再認(rèn)識(shí)過程,但居主導(dǎo)地位的一直是剛性雙酚A二縮水甘油醚的環(huán)氧混合物。環(huán)氧樹脂的固有缺點(diǎn)是耐沖擊損傷能力差,耐熱性能也較低(小于170℃),火箭發(fā)動(dòng)機(jī)在高速下飛行,外表面必須良好絕熱,以防御氣動(dòng)加熱影響,這樣則加大了發(fā)動(dòng)機(jī)的惰性質(zhì)量。多年來各國都在努力改進(jìn)環(huán)氧樹脂性能,例如提高韌性或耐熱性，以不斷提高發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。許多研究工作表明環(huán)氧樹脂改進(jìn)仍有很大潛力。

　　

　　4.4.1橡膠類彈性體增韌環(huán)氧樹脂

　　

　　這一類最常用的是液體橡膠。橡膠改性劑（彈性體）通常帶有活性端基（如羧基、羥基、氨基等）與環(huán)氧基反應(yīng)形成嵌段。在樹脂固化過程中，這些橡膠類彈性體嵌段一般能從基體中析出，在物理上形成兩相結(jié)構(gòu)，其斷裂韌性GIC比未增韌的樹脂有很大幅度的提高。研究表明，正確控制反應(yīng)性橡膠與環(huán)氧樹脂體系中的相分離過程是增韌能否成功的關(guān)鍵。

　　

　　4.4.2熱塑性工程塑料增韌環(huán)氧樹脂

　　

　　80年代又興起用耐熱性強(qiáng)韌性熱塑性樹脂來增韌環(huán)氧樹脂。這些熱塑性樹脂本身具有良好的韌性，而且模量和耐熱性較高，作為增韌劑加入到環(huán)氧樹脂中同樣能形成顆粒分散相，它們的加入使環(huán)氧樹脂的韌性得到提高，而且不影響環(huán)氧固化物的模量和耐熱性。但熱塑性樹脂的加入，往往導(dǎo)致體系的粘度增大，且增韌的效果在一定范圍內(nèi)隨添加量增大而增大，這給這類樹脂的工程應(yīng)用帶來了諸多難題，尤其是諸如火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體的纏繞成型工藝，但熱塑性樹脂還是一種很有前途的環(huán)氧增韌劑。

　　

　　近年來發(fā)展了用耐熱性高、力學(xué)性能良好的熱塑性工程塑料來增韌熱固性樹脂，如聚醚砜、聚碳酸酯、聚醚醚酮和聚酰亞胺。從而在不降低體系的玻璃化溫度、強(qiáng)度和硬度等優(yōu)點(diǎn)的情況下改善高交聯(lián)體系的韌性。八十年代初首次報(bào)道用Ultem1000a聚醚酰亞胺(PEI)改性環(huán)氧樹脂的研究。李善君等合成了一系列與環(huán)氧樹脂具有良好相容性的結(jié)構(gòu)新穎的可溶性聚醚酰亞胺PEI。在Epon-828和TGDDM環(huán)氧樹脂體系中取得了非常優(yōu)異的增韌效果。材料斷裂能提高5倍,模量和玻璃化溫度維持不變[21，22]。以少量組分的聚醚酰亞胺PEI構(gòu)成網(wǎng)狀連續(xù)相而形成了“雙連續(xù)”和“相反轉(zhuǎn)”的相結(jié)構(gòu)。因此控制體系的相結(jié)構(gòu)成為制備高性能復(fù)合材料基體樹脂和粘合劑的重要手段。在此基礎(chǔ)上，深入開展了新穎聚醚酰亞胺對(duì)熱固性樹脂的增韌改性研究[23~27]。通過對(duì)聚合反應(yīng)誘導(dǎo)相分離規(guī)律的研究和應(yīng)用，研究固化反應(yīng)和相分離速度的各種影響因素，了解相分離所遵循的動(dòng)力學(xué)模型，控制分相條件，成功獲得了高強(qiáng)度耐熱性能優(yōu)良的、能適用于航空航天工業(yè)的高性能基體樹脂。

　　

　　4.4.3熱致性液晶聚合物增韌環(huán)氧樹脂

　　

　　液晶聚合物（LCP）中都含有大量的剛性介晶單元和一定量的柔性間隔段，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了它的優(yōu)異性能。它在加工過程中受到剪切力作用具有形成纖維狀結(jié)構(gòu)的特性，因而能產(chǎn)生高度自增強(qiáng)作用。TLCP增韌環(huán)氧樹脂的機(jī)理主要為裂紋釘錨作用機(jī)制。少量TLCP原纖存在可以阻止裂紋發(fā)展，提高了基體的韌性，而材料的耐熱性及剛度則基本不損失。隨著研究的進(jìn)展，熱致性液晶聚合物增韌環(huán)氧樹脂作為一種新的技術(shù)，必將在工程應(yīng)用中發(fā)揮重要的作用。

　　

　　4.4.4改變交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的化學(xué)結(jié)構(gòu)增韌環(huán)氧樹脂

　　

　　增韌的根本潛力在于提高基體的屈服形變能力。有關(guān)這方面的研究主要集中在，在保證基體達(dá)到一定的熱變形溫度下，盡可能多地在其分子結(jié)構(gòu)中引入柔性段。具體地說，可以通過加第二組分或改變固化劑兩種方法來實(shí)現(xiàn)。鑒于我們采用環(huán)氧樹脂作纖維纏繞殼體用樹脂主要是因?yàn)槠淞己玫恼辰有院蛢?yōu)異的工藝性，故選用合適的增韌劑以改變體系的結(jié)構(gòu)作為一種廉價(jià)、易行的方法，在工程中將有很廣闊的應(yīng)用前景。

　　

　　4.5火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體用耐熱增韌改性環(huán)氧樹脂基體

　　

　　4.5.1氰酸酯改性環(huán)氧樹脂

　　

　　氰酸酯改性環(huán)氧樹脂是一種新型的高性能復(fù)合材料基體，同環(huán)氧樹脂相比，具有優(yōu)良的介電性能、耐濕熱性能，同氰酸酯樹脂相比，其性能／價(jià)格比更好，并在某些性能上超過氰酸酯樹脂（如吸濕性和韌性），同時(shí)具有良好的加工性能。氰酸酯改性環(huán)氧樹脂主要用作復(fù)合材料共聚預(yù)浸料和高性能復(fù)合基體材料。現(xiàn)在大多數(shù)商品化的氰酸酯樹脂是氰酸酯／環(huán)氧樹脂。以改性環(huán)氧樹脂為樹脂基體制備的復(fù)合材料具有良好的鋪覆性和貯存穩(wěn)定性，其復(fù)合材料板材具有優(yōu)異的力學(xué)性能、耐熱性和耐濕性［28］。氰酸酯改性環(huán)氧樹脂能形成有工程實(shí)用價(jià)值的新型材料樹脂基體，這類樹脂基體主要用于飛機(jī)艙內(nèi)材料／飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)用管材、透平機(jī)用樹脂基復(fù)合材料、摩擦材料和復(fù)合材料等，因此在電子元器件、電絕緣涂料、航空材料、纖維填充材料等方面有廣闊的應(yīng)用前景［29］。在國外，氰酸酯改性環(huán)氧樹脂廣泛應(yīng)用于航天航空、電子電氣、機(jī)電、機(jī)械等眾多領(lǐng)域。我國在應(yīng)用方面的研究報(bào)道并不多［30~37，38～44］ ，且多集中在電路板研制領(lǐng)域。據(jù)報(bào)道［29］以氰酸酯改性的環(huán)氧樹脂覆銅板，可有效提高覆銅板的電性能，其性能超過了ＦＲ－４標(biāo)準(zhǔn)環(huán)氧樹脂覆銅，能夠滿足現(xiàn)代工業(yè)要求。

　　

　　4.5.2雙馬來亞胺樹脂改性環(huán)氧樹脂復(fù)合材料

　　

　　隨著航空航天工業(yè)的發(fā)展,對(duì)復(fù)合材料的性能要求越來越高，高性能復(fù)合材料需要高性能樹脂作基體樹脂。通常高性能樹脂基體具有特殊的化學(xué)結(jié)構(gòu)和成型特性，在高溫下具有高的尺寸穩(wěn)定性、優(yōu)異的熱氧化穩(wěn)定性、低吸濕性、耐磨性、耐輻射、優(yōu)異的綜合力學(xué)性能。

　　

　　以高性能樹脂為基體的復(fù)合材料能在高溫氧化、腐蝕等惡劣環(huán)境下作為結(jié)構(gòu)材料長期使用。以環(huán)氧樹脂為基體的復(fù)合材料已不能滿足高性能要求，聚酰亞胺樹脂以其優(yōu)異的耐熱性和良好的力學(xué)性能、介電性能、耐濕熱性、抗輻射性等特點(diǎn)作為環(huán)氧樹脂的改性材料得到了廣泛地關(guān)注[45]。

　　

　　采用芳香族二胺和BMI樹脂共改性環(huán)氧樹脂在耐熱性、力學(xué)性能、介電性能保相對(duì)穩(wěn)定的同時(shí)，改善其工藝性和韌性。環(huán)氧、二胺、雙馬來酰亞胺與7628M玻璃布復(fù)合板的性能見表4。以二氨基二苯甲烷、雙馬來酰亞胺樹脂共同改性的環(huán)氧樹脂在常溫下為棕色透明液體(溶劑為二甲基甲酰胺)，在室溫下存放時(shí)間長;以此樹脂為基體制得的玻璃纖維布預(yù)浸料具有良好的儲(chǔ)存穩(wěn)定性；復(fù)合材料具有優(yōu)異的力學(xué)性能、耐熱性、耐濕熱性能和介電性能，可廣泛地應(yīng)用于高性能結(jié)構(gòu)材料領(lǐng)域。

　　

　　BMI/DDM/EP/2MZ體系可使固化反應(yīng)的溫度降低，成型工藝性好，固化產(chǎn)物增韌效果明顯，以其為基體制作的玻璃纖維復(fù)合材料具有優(yōu)良的力學(xué)性能，在150℃的高溫強(qiáng)度保留率達(dá)80%以上。

　　

　　該復(fù)合材料是一種性能較好成本較低的耐高溫復(fù)合材料可廣泛用于國民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域[46，47]。

　　

　　針對(duì)環(huán)氧樹脂(EP)耐濕熱性差和韌性不足的缺點(diǎn)，用雙馬來酰亞胺(BMI)對(duì)常用的芳香族二元胺(DA)固化劑進(jìn)行擴(kuò)鏈改性，研究了改性4,4′-二氨基二苯砜(DDS)固化劑，對(duì)7種環(huán)氧樹脂固化物的力學(xué)性能、熱性能和工藝性能的影響，優(yōu)化出一種BMI改性環(huán)氧樹脂基體，改性樹脂澆鑄體韌性好，耐熱性高：斷裂韌性GIC 195J/m2；斷裂延伸率3.37%；Tg218℃；135℃彎曲強(qiáng)度保持率72.2%；沸水飽和吸濕率3.3%；其碳纖維復(fù)合材料綜合性能良好，斷裂韌性高，耐濕熱性好，橫向拉伸強(qiáng)度75.5MPa，層間斷裂韌性GIC267J/m2；135℃濕態(tài)彎曲強(qiáng)度保持率70.5%；132℃濕態(tài)層間剪切強(qiáng)度保持率49.5%[48]。

　　

　　4.5.3用于基體樹脂基復(fù)合材料的耐熱增韌改性劑 — 烯丙基苯基化合物

　　

　　二烯丙基雙酚A (DABPA) 是烯丙基苯基化合物的一種，其最主要的用途是作環(huán)氧樹脂等反應(yīng)固化性樹脂的耐熱增韌改性劑。其結(jié)構(gòu)如右式：自從1984年美國Ciba-Geigy公司推出其優(yōu)秀品牌Xu292 ( Matrimid5292 ) [49]以來，因其性能和工藝頗佳引起國內(nèi)外高度重視，成為耐熱高韌性基體樹脂研究熱點(diǎn)。這個(gè)樹脂體系的主要料就是DABPA通過與雙馬來酞亞胺(BMI)共聚，使質(zhì)脆的BMI樹脂的斷裂韌性顯著提高，使BMI型樹脂基復(fù)合材料很快實(shí)現(xiàn)了實(shí)用化，其構(gòu)件已在F-22等先進(jìn)戰(zhàn)斗機(jī)的主承力部位得到應(yīng)用。我國的這類BMI型基體及其復(fù)合材料的研究，已達(dá)到較高水平并開始了實(shí)用化，為BMI和環(huán)氧等基體樹脂的研制和生產(chǎn)提供優(yōu)質(zhì)的國產(chǎn)配套材料。

　　

　　4.6巡航導(dǎo)彈、超聲速巡航導(dǎo)彈、高超聲速巡航導(dǎo)彈樹脂基結(jié)構(gòu)復(fù)合材料[50]

　　

　　從2007年開始，樹脂基結(jié)構(gòu)復(fù)合材料在國內(nèi)巡航導(dǎo)彈領(lǐng)域迎來了重大的發(fā)展契機(jī)，以下一代巡航導(dǎo)彈、超聲速巡航導(dǎo)彈、高超聲速巡航導(dǎo)彈為先鋒的新型導(dǎo)彈武器研究工作全面啟動(dòng)，在耐高溫、大射程、輕質(zhì)化，樹脂基結(jié)構(gòu)復(fù)合材料在巡航導(dǎo)彈結(jié)構(gòu)件上的發(fā)展突飛猛進(jìn)，越來越多的結(jié)構(gòu)部件復(fù)合材料化，復(fù)合材料應(yīng)用比例的高低已成為衡量新一代巡航導(dǎo)彈先進(jìn)水平的一個(gè)重要標(biāo)尺。

　　

　　樹脂基復(fù)合材料在航天結(jié)構(gòu)件上的應(yīng)用主要有兩大陣地：戰(zhàn)略導(dǎo)彈和巡航導(dǎo)彈。一直以來，對(duì)戰(zhàn)略導(dǎo)彈及運(yùn)載火箭領(lǐng)域的樹脂基復(fù)合材料開展的研究較多，但對(duì)以巡航導(dǎo)彈為代表的戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈卻少有涉及。然而，巡航導(dǎo)彈卻是未來航天領(lǐng)域樹脂基復(fù)合材料大范圍應(yīng)用的最廣闊舞臺(tái)之一。新一代巡航導(dǎo)彈發(fā)展的趨勢是：射程遠(yuǎn)、速度快、命中精度高、突防能力強(qiáng)等。這就要求導(dǎo)彈輕質(zhì)化、高精度、高可靠、低目標(biāo)特征、低成本等。這些需求帶動(dòng)了低成本結(jié)構(gòu)復(fù)合材料、耐高溫結(jié)構(gòu)復(fù)合材料、結(jié)構(gòu)/功能一體化復(fù)合材料的迅速發(fā)展。

　　

　　在樹脂基復(fù)合材料中，環(huán)氧樹脂（EP）是巡航導(dǎo)彈彈體結(jié)構(gòu)所用復(fù)合材料中最主要的基體材料，在所有樹脂基復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中所占的比例高達(dá)90％。但隨著飛行速度的提高，超聲速巡航導(dǎo)彈研究的日益深入，目前樹脂基復(fù)合材料的研究重點(diǎn)已由環(huán)氧樹脂向雙馬來酰胺（BMI）、聚酰亞胺（PI）樹脂、氰酸酯樹脂轉(zhuǎn)移。Bryte公司最近開發(fā)了一系列氰酸酯樹脂基體，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度達(dá)335℃，短時(shí)工作溫度達(dá)300℃，可以代替BMI和聚酰亞胺，氰酸酯樹脂已成為未來結(jié)構(gòu)/功能一體化的有力候選材料，可以作為超聲速巡航導(dǎo)彈復(fù)合材料舵面和彈體通常選用的樹脂。

　　

　　雷錫恩導(dǎo)彈系統(tǒng)公司試圖在超聲速巡航導(dǎo)彈研制中確定BMI作為選用的樹脂。PMR型聚酰亞胺復(fù)合材料在國外的超聲速巡航導(dǎo)彈的彈體結(jié)構(gòu)上已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，利用PI在400℃下良好的承載/透波能力，超聲速巡航導(dǎo)彈的耐高溫天線罩主要采用了PI作為基體材料，而在美國的“X-43高超聲速飛行器”研究過程中，PI復(fù)合材料以優(yōu)異的綜合性能成為彈體主承力結(jié)構(gòu)最有力的競爭者。而在樹脂基結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的成型技術(shù)方面，國外的巡航導(dǎo)彈已普遍采用了先進(jìn)的低成本制造技術(shù)，如樹脂轉(zhuǎn)移成型（RTM）、真空輔助樹脂轉(zhuǎn)移成形（VARTM）、樹脂膜熔漬工藝（RFI）、纖維鋪放技術(shù)和熱固化工藝、共注射樹脂轉(zhuǎn)移（CIRTM）等技術(shù)。

　　

　　4.7防彈結(jié)構(gòu)復(fù)合材料[51,52]

　　

　　由于東歐政治和經(jīng)濟(jì)的變革，以及越來越頻繁的過境暴力犯罪，使得子彈和碎片防護(hù)結(jié)構(gòu)的需求急劇上升。軍事用途防御設(shè)備的開發(fā)，不能僅僅是部分應(yīng)用于民用領(lǐng)域。樹脂基復(fù)合材料在高性能設(shè)備方面具有越來越多的用途[82,83]。其中一個(gè)最重要的應(yīng)用是，它們可為彈道沖擊提供有效的保護(hù)。這種材料可以顯著吸收子彈頭的動(dòng)能，且還具有高的比強(qiáng)度和比剛度。我們的研究目標(biāo)是開發(fā)出能夠吸收高沖擊能，可用于防彈門和結(jié)構(gòu)生產(chǎn)，或能加強(qiáng)在建及已使用結(jié)構(gòu)的剛性復(fù)合材料板材。

　　

　　Bay Zoltan 科學(xué)技術(shù)研究院的Gabriella Faur-Csukat研究了碳纖維、玻璃纖維（E－和S－型）、芳綸纖維、聚乙烯纖維織物增強(qiáng)不同環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的力學(xué)性能和彈道性能。用低速（卻貝和落錘試驗(yàn)）和高速（兩個(gè)不同口徑彈道）沖擊試驗(yàn)檢驗(yàn)了手糊樣品的性能。研究發(fā)現(xiàn)，復(fù)合材料的能力吸收容量受增強(qiáng)纖維性能、織物結(jié)構(gòu)和樹脂彈性的顯著影響

　　

　　4.8  先進(jìn)戰(zhàn)斗機(jī)用復(fù)合材料樹脂基體[53]

　　

　　在Narmco公司研制的雙馬來酰亞胺樹脂系列中，以5250頗受重視。Rigidite 5250-2被美國YF-22戰(zhàn)斗機(jī)(即F22原型機(jī))所選用。525Q-4正式被F-22戰(zhàn)斗機(jī)型號(hào)接納。占F-22飛機(jī)結(jié)構(gòu)23.5%的先進(jìn)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，包括幾乎所有的外部蒙皮和某些框、梁和骨架，其基體材料是5250-4雙馬來酞亞胺樹脂，并以5050-4/A S-4體系為主，對(duì)要求高抗損傷的少數(shù)部位則采用5250-4/IM-7體系。

　　

　　Rigidite 5250-4是一種耐濕、抗沖擊、耐高溫的一種優(yōu)質(zhì)基體樹脂，其剛性和濕熱性能均優(yōu)于5245C。與其他樹脂體系一樣，許多復(fù)合材料的力學(xué)性能、沖擊韌性與成型固化條件有關(guān)。按F-22飛機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)合材料件實(shí)際成型所采用的規(guī)范所測數(shù)據(jù)均為吸濕后狀態(tài)，吸濕條件是在71℃水中浸泡2周，并于82℃下測定。

　　

　　碳纖維復(fù)合材料系5250-4/IM-7層壓板為由24層準(zhǔn)備向同性取向鋪迭而成，采用6.7kJ/m能量落錘沖擊，隨后壓縮直至破壞，試樣與試驗(yàn)按波音標(biāo)準(zhǔn)(BMS-276C)進(jìn)行,固化條件為F-22復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件實(shí)際采用的固化規(guī)范，相對(duì)應(yīng)的沖擊壓縮強(qiáng)度(CAl)值165MPa。5250-4純樹脂性能見表5。表5中樹脂的固化條件是177℃/6 h和隨后的227℃/12 h的后固化，從表中可見經(jīng)上述規(guī)范處理的樹脂其彈性模量高，剛性較好，熱變型溫度高、耐溫性好。5250-4復(fù)合材料的高溫性能非常突出。

　　

　　5250-2碳纖維復(fù)合材料在濕態(tài)環(huán)境下仍有高的壓縮強(qiáng)度，以相同纖維層數(shù)(24層)，相同纖維取向(準(zhǔn)各向同性)，相近纖維體積分?jǐn)?shù)(60%～62%)與5245C和5208(四官能團(tuán)環(huán)氧)相比較，見圖1。

　　

　　4.9航天器用外熱防護(hù)涂層材料

　　

　　固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的外防護(hù)主要包括氣動(dòng)熱蝕防護(hù)和發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)夥雷o(hù)兩部分。氣動(dòng)熱蝕防護(hù)主要以樹脂基復(fù)合材料為主,如法國宇航公司為戰(zhàn)略導(dǎo)彈研制的防熱涂料,主要成分為硅樹脂和中空二氧化硅顆粒,是一種導(dǎo)熱系數(shù)0.1~0.15w/(m k),密度0.6g/m3的可噴涂涂層[54];俄羅斯研制的C-300導(dǎo)彈使用了牌號(hào)為ВЩ 027的防熱涂層材料,大型“質(zhì)子號(hào)”運(yùn)載火箭使用了以氯磺化聚乙烯彈性體為基體,加入不同填料及輕質(zhì)中空微球[55,56]的外熱防護(hù)材料;美國的氣動(dòng)熱蝕防護(hù)材料品種較多,廣泛應(yīng)用于航天飛機(jī)和導(dǎo)彈等航天產(chǎn)品,其基體材料主要為環(huán)氧樹脂、氯磺化聚乙烯、酚醛、環(huán)氧-聚氨酯、聚硫-環(huán)氧和硅橡膠等,美國公司生產(chǎn)的供宇宙飛船及重返大氣設(shè)備表面用耐燒蝕防熱涂層,使用的基體是雙組分室溫硫化硅橡膠[57]。

　　

　　4.10 飛機(jī)結(jié)構(gòu)受力構(gòu)件用的高性能環(huán)氧樹脂復(fù)合材料

　　

　　4.10.1 T-300/4211體系

　　

　　它是北京航空材料研究所和北京航空工藝研究所1984年研制成功的。4211環(huán)氧基體由648酚醛環(huán)氧樹脂和BF3·MEA組成。交聯(lián)密度大，彈性模量較高，耐熱性好，其突出優(yōu)點(diǎn)是有良好的工藝性，預(yù)浸料可在室溫下存放。缺點(diǎn)是脆性大，對(duì)濕熱敏感。T-300/4211復(fù)合材料可在120℃以下使用。已用于幾種型號(hào)飛機(jī)的垂直安定面，飛機(jī)進(jìn)氣道外側(cè)壁板等。

　　

　　4.10.2  T-300/5208體系，它是美國Narmco公司1972年研制成功的。5208基體由4，4’-二氨基二苯甲烷四縮水甘油胺環(huán)氧樹脂(TGDDM)和4，4’-二氨基二苯砜(DDS)組成。該體系的性能好，能在177(下使用，因而美國絕大多數(shù)飛機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件都采用碳纖維和5208或5208同系樹脂體系制成。5208被稱為第一代樹脂基體。類似的體系還有美國Fiberite公司的934，美國Hercules公司的3501，(此二體系中加有BF3·MEA)，我國北京航空材料研究所的5222，Hexcel公司的F263，日本東麗公司的3601，三菱公司的A401，東邦公司的1101等。所用的TGDDM樹脂有：Ciba公司的MY-720，Reichhold公司的37-106，日本的Epiclon 430，Glyamine 120，YH-343，ELM-434及我國上海合成樹脂研究所的AG-80等。

　　

　　這些牌號(hào)的TGDDM樹脂的平均相對(duì)分子質(zhì)量和極性不完全相同，因此在性能上也有些差異。T300/5208復(fù)合材料耐熱性及力學(xué)性能好，尤其是層剪性能優(yōu)異。可在-55～177℃使用。預(yù)浸料的鋪覆性好，使用期長。其缺點(diǎn)是吸水性大，在濕熱條件下Tg、模量及壓縮強(qiáng)度下降嚴(yán)重；韌性差，復(fù)合材料90。方向的延伸率小，層間剝離強(qiáng)度低，耐沖擊性能差，尤其是沖擊后壓縮強(qiáng)度CAI(Compression after impact)低，對(duì)缺口敏感性大，不能滿足飛機(jī)主受力結(jié)構(gòu)件的要求。T-300/934復(fù)合材料是波音公司廣泛用于民機(jī)上的環(huán)氧結(jié)構(gòu)復(fù)合材料。

　　

　　為了提高基體的韌性達(dá)到主受力結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的要求，主要從以下幾方面進(jìn)行改進(jìn)。通過增加交聯(lián)點(diǎn)間的距離來增加固化物的延伸性，開發(fā)出了一些新型高韌性環(huán)氧樹脂和固化劑。但韌性的增加往往伴隨著耐熱性的降低。另一種方法是用橡膠增韌環(huán)氧樹脂。能顯著提高基體的韌性和CAI。但其耐熱性、耐濕熱性往往會(huì)下降。第三種方法是用熱塑性耐熱樹脂來增韌環(huán)氧樹脂。不僅能提高基體的韌性、復(fù)合材料層間性能和CAI，同時(shí)其耐熱性不降低，甚至還有所增加。為了提高環(huán)氧樹脂與熱塑性樹脂的界面性能，可選用末端為氨基的聚醚砜和聚醚酮以及末端為環(huán)氧基的聚醚砜等。被稱為第二代樹脂體系。如BASF/Narmco公司的Rigidite X5255-3的CAI高達(dá)345MPa；Toray-Hexcel公司的3900-2/T800H的CAI為368MPa；ICI-Fiberite公司的977-1/IMT的CAI為348MPa；我國北京航空材料研究院研制的熱塑性樹脂增韌環(huán)氧樹脂復(fù)合材料T-300/5228和T800/5228的CAl分別為190MPa和250MPa，在濕熱條件下的使用溫度為130℃。

　　

　　改進(jìn)基體耐濕熱性的途徑是盡量減少基體中的極性基團(tuán)(如羥基等)以及引入脂環(huán)和雜環(huán)結(jié)構(gòu)。

　　

　　4.10.3  T-300/LWR-1體系

　　

　　它是北京航空工藝研究所和黑龍江石化所1989年研制成功的。LWR-1基體由E-54，DDS及促進(jìn)劑組成，它可中溫(120～130℃)固化。具有良好的耐濕熱性能。可在80C以下使用。已用于前機(jī)身。

　　

　　4.10.4  T-300/914C體系

　　

　　它是目前歐洲空中客車飛機(jī)和海豚直升機(jī)等廣泛使用的高性能環(huán)氧復(fù)合材料。914C是一種改性環(huán)氧樹脂。T-300/914C預(yù)浸料由Ciba公司生產(chǎn)。T-300/914C復(fù)合材料的性能與T-300/5208復(fù)合材料相當(dāng)。可在-50～180℃使用。

　　

　　目前我國環(huán)氧樹脂在微膠囊技術(shù)，帶壓粘接堵漏技術(shù)和單組分包裝技術(shù)上已得到廣泛的應(yīng)用。一種鈦材經(jīng)磷酸鹽氟化物處理后，涂布底膠待部分固化后，用FM一73(改性環(huán)氧膠)粘接，其剪切強(qiáng)度(－40℃)也可達(dá)到35.8MPa。這種環(huán)氧膠目前國外已廣泛用于飛機(jī)、宇航飛船機(jī)體及表皮。美國第四代戰(zhàn)斗機(jī)主體材料就是采用二氨基二苯砜(DDS)固化的二胺基二苯甲烷四官能環(huán)氧樹脂(TGDDN)復(fù)合材料。另外，二異丙四縮水甘油胺環(huán)氧樹脂(HPTl071)與芴型二縮水甘油醚環(huán)氧樹脂也因具有較高熱性能，而被視為21世紀(jì)飛機(jī)結(jié)構(gòu)材料之一。美國F／A-14型戰(zhàn)斗機(jī)的主體機(jī)翼結(jié)構(gòu)系采用碳纖維-環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。我國上海MD-90雙噴氣客機(jī)推力裝置短艙壁板等部件也是采用英國Westlant Gvond公司生產(chǎn)的碳纖維—環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。實(shí)踐證明，采用熱塑性樹脂來改性環(huán)氧樹脂可改進(jìn)其韌性，提高復(fù)合材料的綜合性能。一種采用納米蒙脫土作為填料，通過插層復(fù)合的方法可制備出一種納米蒙脫土／環(huán)氧樹脂膠粘劑，其涂層綜合性能要比純環(huán)氧樹脂膠粘劑性能好的多。這些領(lǐng)域已得到國內(nèi)高度重視，并進(jìn)入了開發(fā)或應(yīng)用階段。

　　

　　4.11碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料在航空航天中的其它應(yīng)用

　　

　　復(fù)合材料正在迅速發(fā)展成為航天航空工業(yè)的基本結(jié)構(gòu)材料。高性能聚合物基復(fù)合材料在航空航天工業(yè)的用量占其全部用量的80%。由于碳纖維具有高比強(qiáng)度、比模量、低熱膨脹系數(shù)和高導(dǎo)熱性等獨(dú)特性能，因而由其增強(qiáng)的復(fù)合材料用作航空航天結(jié)構(gòu)材料，減重效果十分顯著，顯示出無可比擬的巨大應(yīng)用潛力。

　　

　　4.11.1在航天飛機(jī)上的應(yīng)用

　　

　　碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料用做航天飛機(jī)艙門、機(jī)械臂和壓力容器等。

　　

　　4.11.2在火箭與導(dǎo)彈上的應(yīng)用

　　

　　在火箭和導(dǎo)彈上使用碳復(fù)合材料減重效果十分顯著。因此,采用碳纖維復(fù)合材料將大大減輕火箭和導(dǎo)彈的惰性重量，既減輕發(fā)射重量又可節(jié)省發(fā)射費(fèi)用或攜帶更重的彈頭或增加有效射程和落點(diǎn)精度。

　　

　　4.11.3在人造衛(wèi)星上的應(yīng)用

　　

　　人造衛(wèi)星展開式太陽能電池板多采用碳復(fù)合材料制作。

　　

　　4.11.4在航空工業(yè)上的應(yīng)用

　　

　　隨著碳纖維和基體樹脂性能的不斷提高,碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料的耐濕熱性和斷裂延伸率得到顯著改善和提高。在飛機(jī)上的應(yīng)用已由次承力結(jié)構(gòu)材料發(fā)展到主承力結(jié)構(gòu)材料,拓寬了在飛機(jī)工業(yè)中的應(yīng)用。

　　

　　4.11.5隱身材料

　　

　　新型隱身材料對(duì)于飛機(jī)和導(dǎo)彈屏蔽或衰減雷達(dá)波或紅外特征，提高自身生存和突防能力，具有至關(guān)重要的作用。在雷達(dá)波隱身材料方面，除涂層外，復(fù)合材料作為結(jié)構(gòu)隱身材料正日益引起人們的關(guān)注，主要為碳纖維增強(qiáng)熱固性樹脂基復(fù)合材料（如C/EP、C/PI或C/BMI）和熱塑性樹脂基復(fù)合材料（如C/PEEK，C/PPS），目前已經(jīng)得到了某些應(yīng)用。

　　

　　5民用大飛機(jī)復(fù)合材料

　　

　　復(fù)合材料在航空制造業(yè)的應(yīng)用趨于廣泛,世界上大型飛機(jī)如波音787,空客380等機(jī)型的結(jié)構(gòu)件復(fù)合材料的用量占到了40-50%,先進(jìn)直升機(jī)結(jié)構(gòu)件復(fù)合材料用量甚至占到了80%以上，可以說復(fù)合材料就是構(gòu)成空中飛行器的“血肉”。

　　

　　日本Yokohama橡膠公司[58]開發(fā)了一種用于空中客車A380的復(fù)合材料部件的環(huán)境友好的無粘接劑預(yù)浸料。該預(yù)浸料用于飛機(jī)機(jī)翼整流罩,由碳纖維增韌環(huán)氧樹脂制成。A380的機(jī)翼構(gòu)造為蜂窩狀內(nèi)層夾在纖維增韌塑料板材中間。該預(yù)浸料省去了需要使用環(huán)境友好,無味的溶劑融解預(yù)漬料以便模塑的工藝,應(yīng)用時(shí)只須加熱即可融解模塑,同樣,只須加熱即可固定蜂窩內(nèi)層,無需粘接劑,這減少了整流罩安裝的一個(gè)步驟,提高了生產(chǎn)效率。該公司也成為首家獲得為空中客車供應(yīng)這類材料許可的日本公司。

　　

　　Nordam Group Inc[59]獲得了波音公司的許可,為其供應(yīng)787大型客機(jī)復(fù)合材料窗框。該窗框?qū)⒉捎肏excelCorp的HexMC-一種專門設(shè)計(jì)用于壓縮模塑的高填充環(huán)氧片狀模塑料,該材料具有高強(qiáng)度,低密度,結(jié)實(shí),富于剛性的特點(diǎn)。該窗框與原先的鋁質(zhì)窗框相比,重量減輕了50%,具有高耐破壞性,這是首次將復(fù)合材料窗框用于商業(yè)大型客機(jī),也是飛機(jī)機(jī)身構(gòu)造的一次創(chuàng)新。首批產(chǎn)品巳交付波音公司機(jī)身合作制造商。

　　

　　LH-10 Ellipse[60]是一種縱排雙座運(yùn)動(dòng)型飛機(jī)，該飛機(jī)全部采用碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料制成，目前已成套出售。其飛行速度可達(dá)到370km/h, 比其他同類飛機(jī)快100-150 km/h。其特色為在飛機(jī)后部裝有帶螺旋槳推進(jìn)器的中型發(fā)動(dòng)機(jī)和碳纖維主軸。

　　

　　5國內(nèi)大飛機(jī)復(fù)合材料

　　

　　5 .1國內(nèi)大飛機(jī)復(fù)合材料現(xiàn)狀

　　

　　當(dāng)然與軍機(jī)相比，民機(jī)還可以采用國際采購的方式來彌補(bǔ)技術(shù)上的差距，如飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)、部分機(jī)載設(shè)備、零部件和材料都可以采用這種方式。但是民機(jī)制造中仍有許多東西是用錢買不來的，如飛機(jī)的總體設(shè)計(jì)能力，尤其是集成能力得靠經(jīng)驗(yàn)上的累積。又如電傳操作，這是核心技術(shù)，空客在這個(gè)方面已比較成熟，波音777也采用了電傳操作技術(shù)，其中有些還是光傳技術(shù)，這種技術(shù)人家是不會(huì)賣給我們的，只有靠自己研發(fā)。

　　

　　據(jù)了解，現(xiàn)在國產(chǎn)化的T300飛機(jī)復(fù)合材料正在研制之中，可望不久能投入批量生產(chǎn)，以替代目前進(jìn)口的T300。在復(fù)合材料的制造工藝上，國內(nèi)的一些主要飛機(jī)廠也正在加快更新設(shè)備。如西飛，其應(yīng)用飛機(jī)復(fù)合材料的主要設(shè)備熱壓罐原來的最大直徑為3.5米，現(xiàn)在準(zhǔn)備上直徑六米的熱壓罐。國內(nèi)航空產(chǎn)品制造業(yè)中少數(shù)能夠依托自主研發(fā), 引進(jìn)、消化國際先進(jìn)技術(shù),實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品國際取證和銷售的生產(chǎn)企業(yè)。

　　

　　哈飛股份與空中客車公司共同在組建合資制造中心, 生產(chǎn)A350XWB寬體飛機(jī)項(xiàng)目的復(fù)合材料零部件, 正式切入全球飛機(jī)制造產(chǎn)業(yè)鏈中.并向空中客車公司成功交付第一架份復(fù)合材料機(jī)體結(jié)構(gòu)件, 此舉不但標(biāo)志著哈飛股份已成為空中客車公司合格供應(yīng)商之一，重要的是，在中國自主研發(fā)制造的大飛機(jī)中，哈飛股份的復(fù)合材料必將得到更大規(guī)模的運(yùn)用，公司的復(fù)合材料制造面臨飛躍，從而使公司的發(fā)展空間更加廣闊。

　　

　　航空制造業(yè)戰(zhàn)略機(jī)遇空前。飛機(jī)制造業(yè)是巨大的系統(tǒng)工程，是基礎(chǔ)科學(xué)和制造業(yè)企業(yè)通力合作的結(jié)果，哈飛股份擁有除軍機(jī)的軍械加裝和試飛以外的較完整的業(yè)務(wù)鏈.幾十年生產(chǎn)軍、民用直升機(jī)，輕型及支線固定翼飛機(jī)研制,參與國際航空的轉(zhuǎn)包產(chǎn)品生產(chǎn)都為公司參與到大飛機(jī)項(xiàng)目中做好了一定的技術(shù)儲(chǔ)備。除生產(chǎn)和銷售直9系列, HC120,EC120機(jī)身,運(yùn)12等產(chǎn)品外,另外3個(gè)長期投資單位涉及的方向則是民用支線飛機(jī)以及中型民航客機(jī)的研制生產(chǎn), 其中安博威公司主要生產(chǎn)銷售50座級(jí)渦扇ERJ145支線飛機(jī), 該機(jī)型采用當(dāng)代先進(jìn)的渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)和集成化航空電子設(shè)備, 其安全性,舒適性和各項(xiàng)性能指標(biāo)不亞于大型干線飛機(jī),目前該系列飛機(jī)全球銷售量已超過700架, 2006年所簽大單生產(chǎn)任務(wù)排到2010年。公司在原有的制造直升機(jī)和中型飛機(jī)(ERJ145支線飛機(jī))所取得的技術(shù)儲(chǔ)備和經(jīng)驗(yàn)是使公司在參與到大飛機(jī)項(xiàng)目時(shí)更具優(yōu)勢。

　　

　　5.2國產(chǎn)大飛機(jī)的軟肋還是技術(shù)問題

　　

　　技術(shù)問題一直是我國發(fā)展大型客機(jī)的最基本問題。近年來雖然有些關(guān)鍵技術(shù)獲得了突破，但是大型客機(jī)的整機(jī)研制能力與世界先進(jìn)水平相比仍是全方位的差距，尤其是波音、空客新的機(jī)型大規(guī)模采用復(fù)合材料后，大型客機(jī)的研制能力又一次與世界先進(jìn)水平拉開了距離。

　　

　　民機(jī)技術(shù)儲(chǔ)備極少。由于歷史的原因，我國民機(jī)在技術(shù)上投入非常少，民機(jī)的技術(shù)儲(chǔ)備更少。原上航集團(tuán)黨委書記潘繼武說，尤其是我國的民機(jī)在實(shí)踐上停滯了很多年后，飛機(jī)設(shè)計(jì)的參數(shù)、定值積累極少，民機(jī)設(shè)計(jì)能力相對(duì)較弱，在技術(shù)上突破需要花費(fèi)很多力量。

　　

　　西安飛機(jī)工業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司(簡稱西飛)、第一飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院、中國飛行試驗(yàn)設(shè)計(jì)研究院三家曾共同完成了一份資料，對(duì)本世紀(jì)初我國飛機(jī)的研制能力做出了一個(gè)詳細(xì)的評(píng)估。這份資料稱，我國飛機(jī)設(shè)計(jì)水平與國際水平相比差距約20年。在超音速巡航技術(shù)、噴管矢量技術(shù)、高推重比技術(shù)及無人駕駛控制技術(shù)等方面都有一定差距，綜合設(shè)計(jì)能力也低，設(shè)計(jì)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)欠缺，設(shè)計(jì)規(guī)范落后。在飛機(jī)制造技術(shù)方面，與世界飛機(jī)制造加工基地相差10至20年，如數(shù)控效率只有波音的1/8。

　　

　　5.3復(fù)合材料之惑

　　

　　更讓人焦慮的是，隨著近年來復(fù)合材料在飛機(jī)上的大量應(yīng)用，我國民機(jī)研制的能力有進(jìn)一步與世界先進(jìn)水平拉開的危險(xiǎn)。

　　

　　飛機(jī)上的復(fù)合材料主要是指碳纖維的復(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。

　　

　　而我國目前僅掌握金屬飛機(jī)的研制能力，復(fù)合材料只能少量地用在飛機(jī)輔件上，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)合材料我國現(xiàn)在還需要進(jìn)口，尤其是像T800這樣廣泛應(yīng)用的飛機(jī)復(fù)合材料我國還不會(huì)生產(chǎn)。

　　

　　艱難的追趕

　　

　　我國進(jìn)行大型客機(jī)的研制，面臨的技術(shù)困難是巨大的。在日趨激烈的航空市場上，沒有技術(shù)領(lǐng)先、具有競爭力的飛機(jī)，即使生產(chǎn)出來了，也無法占據(jù)市場。在波音和空客用復(fù)合材料飛機(jī)替代金屬飛機(jī)的大背景下，我國要研制大型客機(jī)，只有迎頭趕上，生產(chǎn)出與之抗衡的飛機(jī)才行，這需要廣大技術(shù)人員付出更多的努力。

　　

　　目前國內(nèi)的飛機(jī)專家都已認(rèn)識(shí)到了這個(gè)問題，一批專家已提前進(jìn)行飛機(jī)的預(yù)研。據(jù)中國航空工業(yè)第一集團(tuán)公司科技委副主任馮培德透露，現(xiàn)在已有上億元的經(jīng)費(fèi)投入到預(yù)研中，其中就包括材料。

　　

　　“冰凍三尺，非一日之寒”，我國民機(jī)技術(shù)全方位地落后于歐美國家，是由于多方面的因素造成的，其中主要有三個(gè)：一是由于我國民機(jī)的型號(hào)研制頻度太低，無法有效積累大量數(shù)據(jù)；二是由于民機(jī)生產(chǎn)至今還沒有相關(guān)的研究所，民機(jī)直到現(xiàn)在還沒有轉(zhuǎn)向研究開發(fā)型；三是我國科技轉(zhuǎn)化生產(chǎn)力水平較低，與歐美航空工業(yè)相比，我國航空企業(yè)還沒有成為真正的科技轉(zhuǎn)化生產(chǎn)力的主體，科技轉(zhuǎn)化生產(chǎn)力體制機(jī)制的最佳模式還沒形成。

　　

　　6 結(jié)語

　　

　　我國現(xiàn)在開始抓飛機(jī)復(fù)合材料的預(yù)研，當(dāng)然有利于縮小與世界先進(jìn)水平的差距。但是從長遠(yuǎn)來看，要從根本上解決我國民機(jī)技術(shù)上的差距，還得從解決我國民機(jī)技術(shù)長期落后的三個(gè)原因做起，即要加大民機(jī)研制的頻度、成立專門的民機(jī)研究所、建立科技轉(zhuǎn)化生產(chǎn)力體制機(jī)制的航空工業(yè)最佳模式。

　　

　　高性能樹脂基體及其改性是我門樹脂行業(yè)的責(zé)任和義務(wù)。努力做好這方面的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化才能使我們從一個(gè)生產(chǎn)消費(fèi)大國變成真正的生產(chǎn)消費(fèi)強(qiáng)國。

 

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