中 国 环 氧 树 脂 应 用 技 术 学 会 网
CHINA EPOXY RESINS APPLIED TECHNOLOGY INSTITUTE
设为首页
收藏本站
|
中 国 环 氧 树 脂 应 用 技 术 学 会 网 |
设为首页 |
| |
| 首页 | 学会概况 | 行业信息 | 材料论述 | 应用技术 | 团体会员 | 市场沟通 | 服务与交流 | 专家评论 |
材料论述
在现代材料科学与技术发展的历程中，航空材料一直起着先导和基础作用。机体材料和发动机材料作为航空材料中最重要的结构材料与化工新材料有着密切的关系。出于航空飞行及其安全性考虑，航空结构材料的特点是轻质、高强、高可靠性。飞行器作为一个整体，还用到少量非结构性材料，如减振、降噪、密封材料等，这对化学工业的发展提出了更高要求。因为航空工业需用的化工新材料品种相当多，大量使用化工新材料可以减轻飞机本身的重量，因而可以增加续航和提高航速。目前，中国航空工业发展研究中心的有关专家就国内航空材料的研究与进展情况发表了谈话。
据中心的陈亚莉研究员介绍，航空材料能反映出结构材料的前沿，代表一个国家结构材料的最高水平。机体材料和发动机材料是航空材料中最重要的结构材料。机体材料主要包括铝合金、钛合金和树脂基复合材料等，发展重点集中在低成本、高性能的树脂基复合材料技术。其中最具代表性的新型材料包括铝合金——玻璃纤维混杂复合材料、碳纤维复合材料、芳仑纤维复合材料、以及韧性环氧树脂、双马来酰亚胺树脂复合材料等，它们覆盖了航空飞行器机体的绝大部分。
航空工业所需的先进树脂基复合材料的主要性能要求是，较高的耐温度使用性、尽可能高的抗损伤容限和尽可能低的湿热环境效应。就民用飞机上用量最大的碳纤维环氧树脂基复合材料而言，近年来的趋势是发展液态成型纺织复合材料技术，即“用得起”的制造技术。更高温度的双马来酰亚胺，特别是可以液态成型的聚酰亚胺树脂基复合材料的前景更加看好。
由于制造成本在复合材料构件总成本中所占比例最大，因此低成本成型制造技术是目前发展重点。主要包括纺织复合材料和树脂传递模塑液态成型技术等。通过编织、经编、针织、机织、缝纫等制造预成型体，以及液态成型如液态浸渗和树脂转移模塑，使整体制造的成本降低，层间增强，并达到减重的目的。
为了使新型复合材料具有更高的性能——价格比，欧洲空中客车公司提出要更多地应用碳纤维复合材料以减重至30%，从而降低整个飞行成本40%，但是碳纤维复合材料技术在减重的同时，制造成本比金属焊接结构成本高。采用目前空中客车公司已储备的技术，可以达到减重15%、降低成本15%的目标；而采用新型金属焊接结构制作机身，减重10%则能降低成本20%，可见在发展低成本、高性能复合材料方面还大有潜力。
目前各国都非常重视加强新型复合材料应用的技术平台建设，美国正在执行“汽车复合材料技术向航空转移计划”和“复合材料用得起计划”。
在发动机材料方面，目前最先进的军用航空发动机所用的主要材料有钛合金、高温合金以及各类高温和超高温复合材料等。
在21世纪前十年的叶片材料中，单晶叶片材料仍占主导地位。叶片材料经历了铸造合金、定向凝固合金和单晶合金发展历程，国外现役发动机叶片材料主要采用第二代和第三代单晶合金。
除提高叶片材料的耐温等级外，将金属间化合物与韧性金属组成的微叠层复合材料作为叶片的“热障涂层”受到重视。该技术利用耐高温金属间化合物提供高温度和蠕变抗力，利用高温金属作韧化元素，从而很好地克服了金属间化合物的脆性。目前微叠层纳米热障涂层可望将叶片的耐温能力提高260度。除用于叶片外，微叠层复合材料在无疲劳合金涂层、抗砂蚀树脂基复合材料风扇叶片涂层等方面也将得到应用。
我国发动机叶片材料发展态势良好，仅铸造涡轮叶片材料就超过20种，并开展了单晶镍基高温合金、金属间化合物、陶瓷和C/C复合材料的研制。
航空材料的未来发展趋势是，种类增多，成本降低，性能提高。具体体现为：传统材料大有可为，新型材料亟待应用，新兴材料层出不穷；材料的通用化、标准化势在必行，可靠性、可维修性、低成本和环保要求日趋严格。
目前，我国化学工业正在开展高起点的航空材料的研制工作。这些化工新材料的研制成功必将使航空材料达到一个新水平，并为我国高性能新型飞机研制成功打下基础。然而我国航空材料在科研和应用方面也存在一些问题，有关专家将其总结为“五多五少”：仿制材料多而创新材料少；低水平材料多而高水平材料少；立项研制的材料多而改进改型的材料少；获奖励的材料多而真正用上的材料少；单一用途的材料多而一材多用的材料少。此外，部门之间的协调机制也不够健全，低水平重复、各自为政和无序竞争严重困扰着我国航空材料科研和生产的健康发展。
纳米粘土的加入可以令复合材料的刚度和耐热性明显增加，同时冲击韧性的下降并不明显，巳广泛应用于PP(聚丙烯)、PA(尼龙)等高分子聚合物材料中。自1990年日本丰田公司推出第一个PA6／n-MMT(纳米蒙脱土)产品UBEPAl015以来，纳米改性塑料的研究迅速形成了热潮。CA近三年来收录的相关文献平均每年超过了二百篇，成了当今材料科学研究的热点。
经过纳米粘土增韧的PP已用于汽车前后保险杠，使原保险杠厚度由4mm减至3mm，质量减轻约1／3。应用纳米尼龙复合物作为包装塑料中的阻隔材料在国外已成热点。应用n—MMT为钝化阻隔层、吸氧剂为活化剂，可使PA6的02透过率下降100倍，作为三层结构啤酒瓶的芯层可使啤酒货架寿命由不足120天延长到180天；将n-MMT用于三层PET瓶的芯层，厚度仅为PET瓶的10％，但透氧性可下降100倍，且中间不需要粘结层、加工方便，同时阻隔瓶仍可保持玻璃的透明度。UBE公司也利用尼龙纳米粘土复合材料开发燃油系统用阻隔材料，5％n-MMT／PA6或PA66共混物可使材料的汽油渗透率下降4倍，已用该技术开发成功阻隔燃油管道。
除此之外，用n-MMT等无机纳米材料添加到高分子聚合物中，还能为高分子聚合物增加一些特殊的功能，如：抗菌性、阻隔性、耐候性、阻燃性等。如用2％、5％的n-MMT添加到PA6后，复合材料的热释放速率值分别下降了32％和63％，且燃烧时不产生烟雾，国外称这种纳米复合方法是阻燃技术的革命。
美国加州Hybrid
Plastics公司不久前宣称，开发出了一种全新思路的纳米增强剂“POSS”。这是一种采用多面体低聚半氧硅烷(或称POSS)技术合成的一种具有纳米结构的化学改性的Si02微粒。其特点是它能溶于溶剂和树脂中，因而能确保实现分子分散，同时保持低粘度，从而加大了填充量，并且不影响加工流动性。但当温度降至POSS的熔点以下时，它便立即固化并形成纳米结构起到增强作用。POSS的另一个特点是它的单体或齐聚物都与树脂发生接枝共聚，使接枝物玻璃化温度提高到树脂本身的分解温度以上，而接枝产物的分解温度又比树脂提高了40℃～100℃，这使它在高温下仍保持了良好的加工流动性。该公司宣称POSS是近50年来开发出的第一种全新思路的化学产品，它具有纳米粘土的优点，却没有纳米粘土的缺点，它的出现使正在开始发挥巨大潜能的纳米粘土产品黯然失色。
碳纳米管是石墨中一层或若干层碳原子卷曲而成的笼状纤维，内部是空的，直径只有几到十几纳米，这种独有的结构形式和奇特的物理化学特性以及潜在的应用前景，引起了各国科学家的极大兴趣，被公认为是一种性能优异的新型功能材料和结构材料，已成为当前物理学、化学、材料学等领域的国际研究热点之一。
碳纳米管具有极低的密度(为钢密度的1／6)、极高的机械强度(为钢的100倍)、极高的导电率(为铜的一万倍)、极高的活性和较高的储氢能力、吸附能力(包括对微波的吸附)。碳纳米管的奇异特性，使其具有巨大的潜在应用市场。它轻而柔，是制造防弹背心、远距离输电电缆的理想材料；它是目前已知的太空至地球惟一自由悬挂而不被自身质量拉断的绳索，将可能成为人类进入地球外层空间的通道材料；碳纳米的顶端尖锐，极易发射电子，用于制作电子枪，推动了壁挂式电视的发展。目前我国清华南风纳米粉体技术产业化工程中心开发的15kg／hr碳纳米管批量生产技术已创下国际新高，按每年8000小时计，产能将达120吨／年。表明我国碳纳米管产业化技术已走在世界前列。
高分子聚合物无机纳米复合材料的迅速掘起为提升传统材料科学产业注入了新的活力。层状硅酸盐纳米材料和其他无机纳米与高分子聚合物材料复合时共同存在的表面界面问题涉及的技术发展很快。这也是国内高分子聚合物纳米材料尚未完全解决好的技术关键，应该引起大家的关注。
本网版权归“中国环氧树脂应用技术学会”所有
| 通信地址: | 中国环氧树脂应用技术学会秘书处： 天津市合成材料工业研究所 天津市河西区洞庭路29号 |
邮政编码： | 300220 |
| 联系电话： | 022-28347759 秘书长：于 浩 （手机：13752303755） |
传真号码： | 022-28347759 |
| 电子邮件： | epoxycn-yuhaoem@ eyou.com | 网 址： | http://www.epoxycn.com |