較之金屬材料，碳纖維復(fù)合材料具有可設(shè)計性，更高的比強(qiáng)度、比剛度等諸多優(yōu)勢。復(fù)合材料在民用飛機(jī)上的使用已經(jīng)成為衡量飛機(jī)先進(jìn)性的標(biāo)準(zhǔn)之一，以及凸顯市場競爭力的重要砝碼。例如，空客A350XWB客機(jī)結(jié)構(gòu)中，復(fù)合材料使用比例就達(dá)到53%，是目前現(xiàn)役大型民用飛機(jī)中比例最高的。

空客A350XWB客機(jī)

    碳纖維復(fù)合材料的優(yōu)勢相對于金屬材料已經(jīng)顯而易見，但復(fù)合材料本身也有它的劣勢，例如，導(dǎo)電性能較差，抗沖擊損傷性能較差等。另外，復(fù)合材料受到損傷后，在維護(hù)過程中不易被發(fā)現(xiàn)。從設(shè)計角度來說，飛機(jī)要把外殼體設(shè)計成為電磁屏蔽的（EMI）。金屬本身具備導(dǎo)電性能，在飛機(jī)上常使用的碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料主要由碳纖維和樹脂構(gòu)成。碳纖維本身是導(dǎo)電的，但熱固性樹脂本身的絕緣性造成了復(fù)合材料的導(dǎo)電性能減弱。

    針對復(fù)合材料自身結(jié)構(gòu)所存在的缺陷和弊端，業(yè)內(nèi)在不斷摸索和研究解決方案。目前，空客使用類似于搭鐵的方法（Electric bonding）保證電磁屏蔽。所謂“搭鐵”原理，就是通過噴砂、粘接等工藝，將復(fù)合材料表面鋪設(shè)銅網(wǎng)或鋁箔等金融物質(zhì)，使零部件表面的電導(dǎo)率大幅提升。在防雷擊方面，目前空客使用的技術(shù)是被業(yè)內(nèi)廣泛使用的金屬表面層技術(shù)。當(dāng)遇到雷擊等損傷時，金屬表面層把能量吸收，作為犧牲層被氣化。通過這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用，可以提升復(fù)合材料的導(dǎo)電性，但是弊端也顯而易見，即金屬的使用將會給飛機(jī)增重。

    中航工業(yè)復(fù)材科技委主任益小蘇提出的名為“層間功能化”（FIT）的解決方案同時提升了復(fù)合材料層間的韌性和導(dǎo)電性。

    FIT技術(shù)源于一種用于提升層間沖擊容限的增韌技術(shù)，稱為離位增韌（ES），此項(xiàng)技術(shù)同樣由益小蘇發(fā)明。簡單來說，F(xiàn)IT技術(shù)就是向樹脂區(qū)引入增韌效果的熱塑網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行預(yù)處理，并在其所有的纖維上附載納米尺度的導(dǎo)電線狀材料，再將處理過的熱塑性網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)入復(fù)合材料的層間區(qū)域。最終，采用FIT技術(shù)制造的復(fù)合材料板同時具有優(yōu)良的抗沖擊性能和出眾的面內(nèi)及厚度方向電導(dǎo)率。上述性能提升使得FIT復(fù)合材料可以成功抵御電擊。

    益小蘇和空客公司的工程師進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，連續(xù)性的熱塑性網(wǎng)絡(luò)不僅是一種有效的柔性增韌劑，恰好也是在富樹脂區(qū)域構(gòu)建導(dǎo)電通路的理想媒介。通過FIT技術(shù)，可對熱塑性網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行預(yù)處理，并在其所有的纖維上附載納米尺度的導(dǎo)電線狀材料，再將處理過的熱塑性網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)入復(fù)合材料的層間區(qū)域。至此，在FIT復(fù)合材料層合板內(nèi)部，導(dǎo)電的熱塑性網(wǎng)絡(luò)和本體導(dǎo)電的碳纖維絲束在板的厚度方向逐層堆疊，組合成全厚度的導(dǎo)電框架。最終，采用FIT技術(shù)制造的復(fù)合材料板同時具有優(yōu)良的抗沖擊性能和出眾的面內(nèi)及厚度方向電導(dǎo)率。FIT復(fù)合材料板的性能遠(yuǎn)超空客前期提出的技術(shù)指標(biāo)，其中復(fù)合材料各個向方向的電導(dǎo)率至少提高了一個數(shù)量級。上述性能提升使得FIT復(fù)合材料可以成功抵御電擊。

    在前期科研階段，在空客的幫助下，益小蘇對FIT技術(shù)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室工程評測。接下來將進(jìn)一步深化合作，力爭將研究成果早日實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。