第一篇：熱塑性樹脂復(fù)合材料應(yīng)用

摘要：熱塑性復(fù)合材料因具有韌性、耐蝕性和抗疲勞性高，成形工藝簡(jiǎn)單、周期短，材料利用率高，預(yù)浸料存放環(huán)境與時(shí)間無(wú)限制等優(yōu)異性能而得到快速發(fā)展，并逐漸進(jìn)入航空制造領(lǐng)域。尤其是近年來，在歐盟以及空客、?？撕接畹群娇罩圃炱髽I(yè)的強(qiáng)力推動(dòng)下，熱塑性復(fù)合材料在民機(jī)上頻頻嶄露頭角，在一些部件上成為熱固性復(fù)合材料的有力競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。熱塑性復(fù)合材料如果想繼續(xù)擴(kuò)大在民機(jī)上的應(yīng)用，必須進(jìn)入機(jī)體主承力構(gòu)件，然而，熱塑性應(yīng)用于主承力構(gòu)件還三個(gè)挑戰(zhàn)，即原材料成本高，鋪放工藝緩慢，以及預(yù)浸料粘性問題。關(guān)鍵詞：熱塑性復(fù)合材料 碳纖維 機(jī)體 內(nèi)飾 主承力結(jié)構(gòu)

熱塑性復(fù)合材料是以玻璃纖維、碳纖維、芳烴纖維及其它材料增強(qiáng)各種熱塑性樹脂所形成的復(fù)合材料，因具有韌性、耐蝕性和抗疲勞性高，成形工藝簡(jiǎn)單、周期短，材料利用率高，預(yù)浸料存放環(huán)境與時(shí)間無(wú)限制等優(yōu)異性能而得到快速發(fā)展，并逐漸進(jìn)入航空制造領(lǐng)域。尤其是近年來，在歐盟以及空客、?？撕接畹群娇罩圃炱髽I(yè)的強(qiáng)力推動(dòng)下，熱塑性復(fù)合材料在民機(jī)上頻頻嶄露頭角，在一些部件上成為熱固性復(fù)合材料的有力競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。熱塑性復(fù)合材料的民機(jī)應(yīng)用潛質(zhì) 以聚苯硫醚（PPS）,聚醚酰亞胺（PEI）,聚醚醚酮（PEEK）和聚醚酮酮（PEKK）為基體的先進(jìn)增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料（TPC），具備高剛度、低加工成本和重新加工能力，擁有良好的阻燃、低煙和無(wú)毒（FST）性能，固化周期可以以分鐘記，且其成形過程是天生的非熱壓罐工藝。這些固有屬性使其成為輕質(zhì)、低成本航空結(jié)構(gòu)的理想材料。為西科斯基公司直升機(jī)提供大型熱塑性復(fù)合材料地板的纖維鍛造公司提供了如下一組數(shù)據(jù)：熱塑性復(fù)合材料比鋼輕60%，硬度是其6倍；比鋁輕30%；比熱固性復(fù)合材料強(qiáng)韌2倍；比注射模塑塑料硬5倍；在生產(chǎn)中比板材少60%碎屑。

上述性能特點(diǎn)和數(shù)據(jù)對(duì)比表明，熱塑性復(fù)合材料是一種天生的航空結(jié)構(gòu)材料，并且在民機(jī)應(yīng)用上擁有巨大的潛質(zhì)，甚至可能在未來為航空復(fù)合材料制造帶來一場(chǎng)熱塑性革命。熱塑性復(fù)合材料在民機(jī)上的典型應(yīng)用

目前，熱塑性復(fù)合材料（TPC）在民機(jī)上的應(yīng)用主要體現(xiàn)在機(jī)體結(jié)構(gòu)件和內(nèi)飾件上，這其中，碳纖維增強(qiáng)PPS的TPC占大多數(shù)。

2.1 機(jī)體結(jié)構(gòu)件

機(jī)體結(jié)構(gòu)件中，TPC主要應(yīng)用在地板、前緣、控制面和尾翼零件上，這些零件都是外形比較簡(jiǎn)單的次承力構(gòu)件?？湛虯380客機(jī)、空客A350客機(jī)、灣流G650公務(wù)機(jī)和阿古斯塔·韋斯特蘭AW169直升機(jī)都是熱塑性機(jī)體結(jié)構(gòu)件的應(yīng)用大戶。

空客A380客機(jī)上最重要的熱塑性復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件是玻璃纖維/PPS材料的機(jī)翼固定前緣。每個(gè)機(jī)翼有8個(gè)固定前緣構(gòu)件，其中熱塑性材料占到了整個(gè)用料的三分之二。在固定前緣蒙皮的纖維鋪放中，制造商?？撕娇战Y(jié)構(gòu)公司選擇了先進(jìn)的超聲點(diǎn)焊作為鋪放設(shè)備的加熱系統(tǒng)。

圖1 空客A380熱塑性機(jī)翼前緣

空客A350客機(jī)機(jī)體的熱塑性復(fù)合材料主要分布在可移動(dòng)翼梁和肋上以及機(jī)身連接處1。應(yīng)用量最大的是一系列機(jī)身連接零件，每架A350需要大約8000個(gè)，這些零件位于機(jī)身11段到15段，連接機(jī)身復(fù)合材料壁板與內(nèi)部的復(fù)合材料框架結(jié)構(gòu)。這些零件外形各異，部分是簡(jiǎn)單的L形，其它更為復(fù)雜，它們的尺寸在任何一個(gè)維度上都不超過203mm。這些機(jī)身連接零件使用碳纖維/PPS材料，通過先進(jìn)的集成化單元完成制造，每個(gè)單元都擁有執(zhí)行材料運(yùn)輸?shù)臋C(jī)器人夾持系統(tǒng)、執(zhí)行材料預(yù)熱的紅外加熱器以及執(zhí)行材料固化的液壓式熱沖壓機(jī)。

圖2 空客A350熱塑性機(jī)身零件

灣流G650公務(wù)機(jī)在熱塑性復(fù)合材料應(yīng)用方面是一個(gè)里程碑，它的壓力隔框肋板則使用了碳纖維/PEI材料，而方向舵和升降舵都使用了碳纖維/PPS材料，后者標(biāo)志著民機(jī)主控制面采用熱塑性復(fù)合材料的時(shí)代已經(jīng)到來。方向舵和升降舵的碳纖維/PPS多肋結(jié)構(gòu)比常規(guī)的碳纖維/環(huán)氧三明治結(jié)構(gòu)輕10%、便宜20%，利用先進(jìn)的感應(yīng)焊技術(shù)替代膠接和鉚接是一個(gè)重要的成本削減因素，也是一項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新。參與G650方向舵和升降舵研制的灣流公司、?？撕娇战Y(jié)構(gòu)公司、TenCate先進(jìn)復(fù)材公司、KVE復(fù)材公司、Ticona工程聚合物公司因此獲得了2010年的JEC大獎(jiǎng)。(2014年10月27-29日，?？撕娇諏⑽蠺ENCATE先進(jìn)復(fù)材公司在SAMPE中國(guó)2014年會(huì)上展出熱塑性復(fù)合材料方向舵。歡迎點(diǎn)擊“閱讀原文”預(yù)約參觀。)

圖3 灣流G650熱塑性方向舵

阿古斯塔·韋斯特蘭AW169直升機(jī)的平尾采用了碳纖維/PPS材料2，比常規(guī)熱固性復(fù)合材料的設(shè)計(jì)輕了15%，成為占機(jī)體重量近50%的復(fù)合材料中的一大亮點(diǎn)。平尾外形長(zhǎng)3m，弦長(zhǎng)0.62m，厚0.15m，前緣12個(gè)肋，后緣14個(gè)肋，前后緣蒙皮分別厚0.6mm和0.9mm。3m長(zhǎng)的盒型梁由2個(gè)Ω形的構(gòu)件組成，Ω形構(gòu)件及其上下稍彎曲的蒙皮在共固化中連接。?？撕娇战Y(jié)構(gòu)公司開發(fā)的模具帶有可移除的內(nèi)部心軸，可以讓梁在一個(gè)步驟中成形，只需數(shù)分鐘。

圖4 阿韋AW169熱塑性平尾

此外，空客A400M運(yùn)輸機(jī)的駕駛艙地板和復(fù)合材料機(jī)身防冰板分別使用了碳纖維/PPS和玻璃纖維/PPS材料。其中，駕駛艙地板尺寸3.05m*3.06m，是目前最大的碳纖維熱塑性航空結(jié)構(gòu)之一。

圖5 空客A400M駕駛艙地板

可以看到，上述機(jī)體結(jié)構(gòu)件幾乎都是采用的PPS熱塑性樹脂。PPS是可用于航空的熱塑性材料中成本最低的材料解決方案，可以很容易地與增強(qiáng)體制成預(yù)浸帶，有著優(yōu)秀的強(qiáng)度、硬度和方向穩(wěn)定性，具備工藝和環(huán)保優(yōu)勢(shì)，可以使用快速制造工藝。此外，PPS對(duì)燃料、油料、溶劑和防冰劑有良好的抵抗力，具備極低的吸濕性，這使其在內(nèi)飾件上也有著廣泛的應(yīng)用。

2.2 內(nèi)飾件

內(nèi)飾件方面，TPC的應(yīng)用更加廣泛，座椅、行李架導(dǎo)軌、個(gè)人空氣系統(tǒng)導(dǎo)管等。切削動(dòng)力公司、TenCate公司、Ticona工程聚合物公司和A&P技術(shù)公司聯(lián)合開發(fā)的碳纖維/PPS熱塑性復(fù)合材料座椅，獲得了2011年JEC大獎(jiǎng)。波音787的行李架頂部導(dǎo)軌使用了C形和L形的TPC，個(gè)人空氣系統(tǒng)導(dǎo)管使用了玻璃纖維/PEI材料；龐巴迪“全球快車”公務(wù)機(jī)的窗框使用了玻璃纖維/PPS材料。

此外，SABIC創(chuàng)新塑料公司和Tri-Mack塑料制造公司分別開發(fā)了可用于飛機(jī)內(nèi)飾件的碳纖維/PEI材料和碳纖維/PEEK材料，應(yīng)用范圍包括小桌板支桿、托架，以及扶手、踏板好咖啡壺底架等廚房用品。其中，碳纖維/PEEK材料比金屬減重70%，疲勞強(qiáng)度達(dá)4~5倍；比熱固性復(fù)合材料制造周期快數(shù)倍以上，材料回收能力更強(qiáng)；加之其耐化學(xué)和耐腐蝕性，以及振動(dòng)和噪聲抑制的改進(jìn)，是金屬和熱固性復(fù)合材料內(nèi)飾件的良好替代材料。熱塑性復(fù)合材料民機(jī)主承力構(gòu)件的研究進(jìn)展

熱塑性復(fù)合材料（TPC）在民機(jī)應(yīng)用上的巨大潛質(zhì)，使得民機(jī)制造商一直非常關(guān)注該材料在民機(jī)主承力構(gòu)件上的應(yīng)用，并開展了眾多研究，研究的重點(diǎn)是主承力構(gòu)件的先進(jìn)制造工藝。這其中，歐洲尤其是荷蘭的貢獻(xiàn)不可小視，歐盟框架研究計(jì)劃中的“熱塑性經(jīng)濟(jì)可承受性航空主結(jié)構(gòu)（”TAPAS）項(xiàng)目已經(jīng)進(jìn)入第6個(gè)年頭，依托荷蘭TPC技術(shù)，項(xiàng)目產(chǎn)生了大量成果；波音也與荷蘭TenCate先進(jìn)復(fù)材公司、斯托克·?？斯疽约癟wente大學(xué)建立了熱塑性復(fù)合材料研究中心（TPRC）；此外，加拿大的魁北克航空研究與創(chuàng)新聯(lián)盟（CRIAQ）也在關(guān)注直升機(jī)TPC構(gòu)件。

3.1 歐盟框架計(jì)劃的進(jìn)展 3.1.1歐盟框架計(jì)劃的進(jìn)展

歐盟框架研究計(jì)劃中的“熱塑性經(jīng)濟(jì)可承受性航空主結(jié)構(gòu)（”TAPAS）項(xiàng)目于2009年啟動(dòng)，目的是為空客公司開發(fā)TPC平翼扭矩盒和尾翼結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步增加TPC在當(dāng)前和未來飛機(jī)上的應(yīng)用比例，如A320neo客機(jī)。項(xiàng)目將分為兩個(gè)階段，在2017年完成3，目標(biāo)是兩個(gè)構(gòu)件的材料、制造工藝、設(shè)計(jì)概念和模具設(shè)備達(dá)到技術(shù)成熟度分別達(dá)到4級(jí)和6級(jí)。技術(shù)難點(diǎn)包括：開發(fā)和驗(yàn)證適合的材料，“對(duì)接接頭”連接，制造技術(shù)，如纖維焊接、壓力成形和纖維鋪放。

TAPAS項(xiàng)目的成員包括空客、荷蘭?？撕娇战Y(jié)構(gòu)公司、TenCate先進(jìn)復(fù)材公司、Technobis 纖維技術(shù)公司、荷蘭熱塑性復(fù)材公司（DTC）、KVE復(fù)材集團(tuán)、機(jī)載復(fù)材公司、KE工廠公司、CODET公司、荷蘭國(guó)家航空實(shí)驗(yàn)室（NLR）、Delft技術(shù)大學(xué)和Twente大學(xué)等。項(xiàng)目的第一階段已于2013年完成，采用碳纖維/PEKK材料開發(fā)主承力結(jié)構(gòu)，項(xiàng)目制造的TPC平尾扭矩盒和機(jī)身驗(yàn)證件分別達(dá)到了技術(shù)成熟度3級(jí)和5級(jí)。TPC尾翼扭矩盒基于G650的垂尾中央部分重新設(shè)計(jì)，展長(zhǎng)12m，其中，蒙皮厚度從2mm~8mm之間變化，采用單向預(yù)浸帶制造。?？撕娇战Y(jié)構(gòu)公司采用一種利用焊接的“對(duì)接接頭”方式在蒙皮上集成了T型加強(qiáng)筋，據(jù)稱這在制造工藝、成本和重量上都是革命性的。由于TPC固有的韌性能更好地阻止裂紋擴(kuò)展，能夠?qū)⒚善ぴO(shè)計(jì)得更薄，因此與熱固性復(fù)合材料構(gòu)件相比，該扭矩盒減重10%。TPC機(jī)身驗(yàn)證件長(zhǎng)4m，雙曲面外形，其中加強(qiáng)筋長(zhǎng)3m，厚度從2.48~5.50m之間變化。DTC公司開發(fā)了該機(jī)身加強(qiáng)筋，及其制造工藝：數(shù)控切割TPC材料，機(jī)器人鋪放，真空預(yù)固化，自動(dòng)運(yùn)輸，壓力成形，整個(gè)過程僅需15min。

圖6 熱塑性扭矩盒驗(yàn)證件

項(xiàng)目的第二階段于2014年初開始，將繼續(xù)提升TPC扭矩盒和機(jī)身的技術(shù)成熟度，使其獲得市場(chǎng)的關(guān)注4。對(duì)于扭矩盒的研究，接下來將開發(fā)可獲應(yīng)用認(rèn)證的材料和工藝；開發(fā)一個(gè)能夠存放燃油的“濕”盒；使用將梁與蒙皮焊接起來的一種結(jié)構(gòu)。對(duì)于機(jī)身的研究，主要挑戰(zhàn)在于控制蒙皮厚度，特別是對(duì)于A320neo或者737max這樣的單通道客機(jī)，韌性的TPC薄蒙皮結(jié)構(gòu)固然更合適，但其厚度極限需要驗(yàn)證，尤其是考慮到如冰雹撞擊或維修工具沖擊下的局部載荷作用。

歐盟框架研究計(jì)劃中還有一個(gè)“經(jīng)濟(jì)的先進(jìn)前緣結(jié)構(gòu)”（COALESCE）項(xiàng)目，開發(fā)多肋薄蒙皮設(shè)計(jì)的前緣，蒙皮在鋪放過程中利用激光電焊加熱，肋是片狀預(yù)成形件，與蒙皮在共固化過程中以“對(duì)接接頭”方式連接。A380固定前緣的焊接接頭剝離強(qiáng)度是10N/mm，而帶圓角的“對(duì)接接頭”要強(qiáng)10倍，而且以該方式生產(chǎn)的前緣結(jié)構(gòu)比A380的成本低30%。

圖7 帶圓角的“對(duì)接接頭”

3.2其它的研究進(jìn)展

?？撕娇战Y(jié)構(gòu)公司在TAPAS項(xiàng)目之外還開發(fā)了幾個(gè)驗(yàn)證件：TPC帶筋翼面壁板、TPC正弦梁、TPC帶筋機(jī)身壁板。采用“對(duì)接接頭”連接T型加強(qiáng)筋的TPC翼面壁板比碳纖維/環(huán)氧材料減少了15~30%的成本。正弦梁采用碳纖維/PEKK材料，其設(shè)計(jì)制造也得益于“對(duì)接接頭”的開發(fā)，使該結(jié)構(gòu)比簡(jiǎn)單I型梁具備更高硬度和抗彎性，而熱固性復(fù)合材料難以快速、經(jīng)濟(jì)地制造這樣的結(jié)構(gòu)。機(jī)身壁板由碳纖維/PEEK材料制造5，在陰模中鋪放，先鋪垂直筋條，再自動(dòng)鋪放蒙皮，隨后蒙皮和筋共固化，最后使用感應(yīng)焊技術(shù)把水平框架和壁板連接起來。

圖8 熱塑性機(jī)身壁板驗(yàn)證件

加拿大魁北克航空研究與創(chuàng)新聯(lián)盟（CRIAQ）包括龐巴迪、貝爾直升機(jī)和普惠加拿大等企業(yè)、大學(xué)和政府組織，它們完成了兩個(gè)TPC結(jié)構(gòu)的開發(fā)項(xiàng)目：輕型直升機(jī)劃橇式起落架TPC薄壁、圓錐形管件；1.2m長(zhǎng)的直升機(jī)TPC尾梁，尾梁必須承受重要的彎矩，以及發(fā)動(dòng)機(jī)高溫排氣。由于旋翼機(jī)結(jié)構(gòu)開發(fā)受復(fù)雜外形、低產(chǎn)量和高風(fēng)險(xiǎn)的限制，直升機(jī)制造商很少能將TPC結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)商業(yè)化，CARIQ的目的正是尋找工藝參數(shù)和最新的材料與設(shè)備來解決這個(gè)問題。

在熱塑性預(yù)浸料鋪放技術(shù)方面，德國(guó)和美國(guó)在2013年都有最新研究成果。德國(guó)弗勞恩霍夫研究所開發(fā)出一個(gè)熱塑性預(yù)浸料自動(dòng)鋪帶系統(tǒng)，能夠在原位使用激光進(jìn)行熱塑性樹脂基體的固化，該系統(tǒng)具有良好的溫度控制，鋪放速度可達(dá)約1m/s。美國(guó)自動(dòng)動(dòng)力公司開發(fā)出一個(gè)激光加熱系統(tǒng)，可以取代熱塑性預(yù)浸料一般使用的熱氣加熱系統(tǒng)，將纖維鋪放速度提升3~5倍至0.5m/s，能耗減少60%，并具有更嚴(yán)格的過程溫度控制和更好的加熱效率。熱塑性復(fù)合材料在民機(jī)上應(yīng)用的挑戰(zhàn)和前景

熱塑性復(fù)合材料（TPC）如果想繼續(xù)擴(kuò)大在民機(jī)上的應(yīng)用，必須像低溫固化熱固性復(fù)合材料一樣進(jìn)入機(jī)體主承力構(gòu)件。然而，TPC應(yīng)用于主承力構(gòu)件，還有一定的障礙。

首先，最大的難點(diǎn)在于原材料成本。航空級(jí)熱塑性預(yù)浸料的成本要高于熱固性預(yù)浸料，如果只是簡(jiǎn)單地繼續(xù)使用熱固性復(fù)合材料的自動(dòng)鋪放和熱壓罐固化工藝，那么TPC零件在成本上沒有競(jìng)爭(zhēng)力。高性能TPC所需溫度在200?C~430?C，典型固化壓力可達(dá)1380kPa（200psi），當(dāng)前TPC后固化所使用的設(shè)備，成本大概是加工熱固性復(fù)合材料的2倍，如果僅僅是小批量生產(chǎn)的話，資金負(fù)擔(dān)較大。對(duì)于TPC主承力結(jié)構(gòu)研究的對(duì)象PEEK和PEKK，PEKK要求的工藝溫度低，固化速度更快，但機(jī)械性能沒有PEEK高，而PEEK則更貴。

其次，鋪放工藝的緩慢仍是挑戰(zhàn)。由于要維持所需的高溫，本身就比較硬的熱塑性預(yù)浸料在自動(dòng)鋪放時(shí)也使用硬壓緊輥，在經(jīng)過尖角和邊緣等復(fù)雜外形處時(shí)的轉(zhuǎn)向問題就很突出，影響了鋪放速度。典型的熱塑性預(yù)浸料鋪放速度小于10lb/h，比起大型民機(jī)用的碳/環(huán)氧材料15~40lb/h的鋪放速度來說太低。如果要在小批量的大型民機(jī)主承力構(gòu)件應(yīng)用，PEEK和PEKK基預(yù)浸料的鋪放速度分別需要再快3~5倍和10~20倍。

再次，預(yù)浸料粘性的問題。一個(gè)是自動(dòng)鋪放過程中第一層與模具的粘合，尤其是波狀表面；另一個(gè)是TPC材料難以與非熱塑性材料粘結(jié)，比如環(huán)氧。此外，還需要提升維修技術(shù)的成熟度。

針對(duì)這些挑戰(zhàn)，原材料供應(yīng)商、設(shè)備供應(yīng)商、航空制造商都在抓緊研究。原材料問題，相信10年之內(nèi)，Cytec和TenCate公司都會(huì)有結(jié)合PEEK和PEKK優(yōu)點(diǎn)的新材料問世，便宜、加工周期快，而且機(jī)械性能良好。鋪放工藝問題，最好的方法是鋪放時(shí)的原位固化，避免二次加工，或者改進(jìn)加熱方式提升鋪放速度，而這一點(diǎn)現(xiàn)在已經(jīng)有了不小的進(jìn)展。粘性的問題，空客提出了一個(gè)解決方案，通過多孔模對(duì)鋪層施加負(fù)壓力來防止與模具粘合，然而其它方面還需要繼續(xù)探尋更加成熟的解決方案，比如更先進(jìn)的復(fù)合材料焊接技術(shù)、更可靠的熔融粘合維修技術(shù)等。

盡管存在上述挑戰(zhàn)，但熱塑性復(fù)合材料巨大的應(yīng)用潛力還是會(huì)驅(qū)使航空制造商將更多的部件設(shè)計(jì)為熱塑性結(jié)構(gòu)，相關(guān)的研究也還將持續(xù)不斷地產(chǎn)出新成果，這都將進(jìn)一步提升熱塑性復(fù)合材料在民機(jī)上的應(yīng)用比例。也許，熱塑性復(fù)合材料就像低溫固化熱固性復(fù)合材料一樣，將曲折但堅(jiān)定的發(fā)展，并在未來由量變轉(zhuǎn)為質(zhì)變，攻克大型民機(jī)的主承力結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)廣泛而深層次的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

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[3] Fokker, TenCate and Airbus extend innovation programme.Reinforced Plastics[J], 2014.1

[4] Next steps in thermoplastic aerostructures.High-Performance Composites[J], 2014.7

[5] Fokker Aerostructures panel demonstrates thermoplastics fuselage potential.High-Performance Composites[J], 2014.3

第二篇：熱塑性復(fù)合材料在飛機(jī)上的應(yīng)用

熱塑性復(fù)合材料在飛機(jī)上的應(yīng)用

張磊 楊衛(wèi)平張麗

Ｔhe applications of Thermoplastic matrix Composite on aircraft

（中航工業(yè)一飛院，西安）

摘要：闡述了熱固性復(fù)合材料的缺點(diǎn)，分析了熱塑性復(fù)合材料的優(yōu)勢(shì)，并介紹了其在國(guó)內(nèi)、外軍用飛機(jī)和民用飛機(jī)上的應(yīng)用情況，指出了國(guó)內(nèi)外的差距，最后對(duì)國(guó)內(nèi)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料的發(fā)展提出了建議。

Abstract: In this study we analyzed the disadvantage of thermosetting matrix composites, the advantage of thermoplastic matrix composites and introduced the applications of thermoplastic matrix composites on aircraft.In addition we pointed out the gap and summarized the research orientation of thermoplastic matrix composites.關(guān)鍵詞： 熱塑性、熱固性、聚醚醚酮、聚苯硫醚、抗沖擊性

Keywords: Thermoplastic、Thermosetting、PEEK、PPS、impact resistance

復(fù)合材料按樹脂類型可分為熱固性復(fù)合材料和熱塑性復(fù)合材料。目前國(guó)內(nèi)外飛機(jī)上，大量使用的復(fù)合材料為熱固性復(fù)合材料，包括機(jī)翼、機(jī)身等主要承力構(gòu)件。但是熱固性復(fù)合材料通常采用熱壓罐生產(chǎn)工藝，成型時(shí)間長(zhǎng)，而且在材料運(yùn)輸、存儲(chǔ)、工藝準(zhǔn)備、實(shí)施等方面要求都比較嚴(yán)格，因此生產(chǎn)成本比較高。另外熱固性復(fù)合材料對(duì)沖擊比較敏感，設(shè)計(jì)和使用時(shí)要重點(diǎn)考慮沖擊對(duì)結(jié)構(gòu)性能的影響。而熱塑性復(fù)合材料在這些方面都有一定優(yōu)勢(shì)，所以近年來其逐步受到重視[1]。熱塑性復(fù)合材料的優(yōu)點(diǎn)

與熱固性復(fù)合材料相比，熱塑性復(fù)合材料主要有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）韌性、損傷容限性能、抗沖擊，抗裂紋擴(kuò)展等性能較好。由于熱塑性樹脂分子鏈的運(yùn)動(dòng)能力比熱固性樹脂強(qiáng)得多，因此熱塑性樹脂的韌性普遍要高很多，有利于改善復(fù)合材料的抗沖擊損傷能力。以碳纖維/聚醚醚酮(PEEK)樹脂復(fù)合材料為例，其壓縮后沖擊強(qiáng)度（CAI）值高達(dá)342 MPa，與第一代環(huán)氧復(fù)合材料170 MPa，增韌環(huán)氧復(fù)合材料250 MPa的平均水平相比，優(yōu)勢(shì)明顯；

（2）成型周期短，生產(chǎn)效率高，節(jié)約成本。熱固性復(fù)合材料主要的成型方法是預(yù)浸料/熱壓罐工藝，熱壓罐固化消耗大量的能源和時(shí)間，增加制造成本，而熱塑性復(fù)合材料的成型過程僅僅發(fā)生加熱變軟和冷卻變硬的物理變化，只需升溫、加壓成型、冷卻即可完成制備過程，可采用熱壓成型工藝，故成型周期短、生產(chǎn)效率高、成本低。另外，熱塑性復(fù)合材料在材料運(yùn)輸、存儲(chǔ)、工藝準(zhǔn)備、實(shí)施等比熱固性復(fù)合材料要求低，因此生產(chǎn)成本更低。兩種材料生產(chǎn)制造對(duì)比見下表1；

[2～5]

表1 熱固性和熱塑性復(fù)合材料對(duì)比

屬性

熱固性復(fù)合材料

熱塑性復(fù)合材料

材料普通運(yùn)輸

1、室溫存儲(chǔ)，一般庫(kù)房即可；

2、材料力學(xué)性能壽命無(wú)要求；

3、工藝實(shí)施無(wú)特殊要求；

1、材料無(wú)需回暖處理；

2、預(yù)浸料或板材無(wú)需保護(hù)；

3、材料準(zhǔn)備在一般環(huán)境；

1、預(yù)浸料CNC，板材水切割；

2、材料可以回收利用；

1、板材熱壓成型；

2、無(wú)輔助材料，制造節(jié)拍5分鐘

1、脫模及完成零件制造；

2、表面質(zhì)量完好，無(wú)需打磨；

3材料運(yùn)輸 材料低溫運(yùn)輸，并需要溫度監(jiān)控

1、低溫存儲(chǔ)，-18℃以下存儲(chǔ)；

材料存儲(chǔ)

2、材料力學(xué)性能壽命，一般12個(gè)月；

3、工藝性能壽命，一般240小時(shí)；

1、材料回暖處理；

工藝準(zhǔn)備

2、預(yù)浸料需要襯紙保護(hù)；

3、材料準(zhǔn)備需在凈化間內(nèi)完成；

1、預(yù)浸料剪裁自動(dòng)下料機(jī)；

材料切割

2、邊角余料不可利用

1、手工或自動(dòng)鋪疊；

工藝實(shí)施

2、真空加熱固化，制造節(jié)拍8小時(shí)；

1、裁真空袋、工裝清理；

后續(xù)處理

2、表面有需打磨處理

（3）實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)減重。熱固性復(fù)合材料的密度為1.7～2.0g/cm，而熱塑性復(fù)合材料的密3度為1.1～1.6g/cm，密度較熱固性復(fù)合材料小，因此，采用熱塑性復(fù)合材料具有一定的減重優(yōu)勢(shì)；

（4）具有重塑性，可以循環(huán)利用，提高零件的修理性，降低報(bào)廢率，廢料也可回收。熱塑性復(fù)合材料在成形過程中是一個(gè)簡(jiǎn)單的相變過程(即熔融和凝膠)，可二次加工；

（5）良好的耐熱性能。以環(huán)氧樹脂為代表的熱固性復(fù)合材料長(zhǎng)期使用溫度最高可達(dá)130℃，而某些熱塑性復(fù)合材料的長(zhǎng)期使用溫度可達(dá)250℃以上，并且耐水性極優(yōu)，可在濕熱環(huán)境下長(zhǎng)期使用。例如：PEEK樹脂的耐熱性達(dá)220℃，用30%碳纖增強(qiáng)后，使用溫度可提高到310℃，可用于某些特殊環(huán)境。

因此，熱塑性復(fù)合材料在飛機(jī)結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用，可以縮短零件的制造周期，提高其結(jié)構(gòu)的抗沖擊性能，減輕結(jié)構(gòu)的重量，減少飛機(jī)的生產(chǎn)和使用成本。國(guó)內(nèi)外飛機(jī)應(yīng)用情況

自20世紀(jì)60年代以來，高性能連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料就受到歐美日等發(fā)達(dá)國(guó)家的重視。但長(zhǎng)期以來，制約熱塑性復(fù)合材料在民機(jī)上應(yīng)用的主要原因有以下兩個(gè)：（1）預(yù)浸料制造困難，材料成本高；（2）制件制造成型需要高溫高壓，對(duì)設(shè)備和輔料要求高。從20世紀(jì)80 年代開始，以美國(guó)為主導(dǎo)的西方國(guó)家進(jìn)行了一系列旨在提高熱塑性復(fù)材預(yù)浸料的制造水平、降低制件制造成本的研究計(jì)劃，并最終取得大量的研究成果，為高性能熱塑性復(fù)合材料在民機(jī)上的應(yīng)用推廣奠定了基礎(chǔ)。英國(guó)帝國(guó)化學(xué)公司、德國(guó)巴斯夫公司、美國(guó)杜邦公司等開發(fā)了多類熱塑性樹脂，經(jīng)波音、空客、洛克希德、?？说戎苽涑娠w機(jī)蒙皮、整流罩、升降舵等制件并且進(jìn)行了飛行試驗(yàn), 證明了熱塑性復(fù)合材料不僅強(qiáng)度、剛度滿足要求, 而且具

[6]有更好的韌性和損傷容限性能。目前常用的先進(jìn)熱塑性樹脂主要有: 聚醚醚酮(PEEK)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚酰亞胺(PEI)等。

2.1 國(guó)外飛機(jī)應(yīng)用情況

熱塑性復(fù)合材料（TPC）在飛機(jī)應(yīng)用上的巨大潛質(zhì)，其在國(guó)外飛機(jī)上的應(yīng)用如下：（1）機(jī)翼前緣

A340-500/600機(jī)翼前緣的J字型結(jié)構(gòu)件，它代替原來由5段鋁件組成的D型構(gòu)件，由

[7～13]

長(zhǎng)度2.5m和3.2m兩段組成，是福克特殊飛機(jī)公司制造的，采用荷蘭TenCate Composite公司的Cetex玻璃纖維/聚苯硫醚（PPS）薄膜“半預(yù)浸料”經(jīng)過預(yù)先壓實(shí)成板（每塊板由5層預(yù)浸料組成），然后模壓成肋及加強(qiáng)件。層合板的尺寸為1.2m×3.6m。玻璃纖維與PPS之間用一種專利化合物粘結(jié)。玻璃纖維/PPS材料放入熱壓罐內(nèi)，在300℃以上高溫固結(jié)。自A340-600用于驗(yàn)證航線飛行的首次試飛以來，尚未發(fā)現(xiàn)新的機(jī)翼前緣出現(xiàn)任何故障。這是熱塑性復(fù)合材料在民機(jī)上首次大規(guī)模應(yīng)用。

A380的機(jī)翼前緣也采用熱塑性復(fù)合材料，如下圖1所示，采用了多肋設(shè)計(jì)理念和用TenCate 公司的玻璃纖維/聚苯硫醚（PPS）制成，相應(yīng)的選材及加工方式與A340-600類似。

圖1 A380機(jī)翼固定前緣 Fig.1 Leading edge of A380

(2)舵面結(jié)構(gòu)

新型灣流G650 公務(wù)機(jī)（JEC2010 創(chuàng)新獎(jiǎng)得主）的方向舵和升降舵就是感應(yīng)焊接的多肋扭力盒結(jié)構(gòu)（見下圖2）。感應(yīng)焊接是由KVE 復(fù)合材料集團(tuán)的荷蘭專家開發(fā)，并由?？撕娇战Y(jié)構(gòu)件公司實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的一項(xiàng)技術(shù)。這種碳/PPS(TenCate 先進(jìn)復(fù)合材料公司)的多肋設(shè)計(jì)比此前的碳/環(huán)氧樹脂夾層結(jié)構(gòu)重量降低10%、成本降低20%。

圖2 灣流G650方向舵 Fig.2 rudder of G650(3)艙內(nèi)地板

空客A400M運(yùn)輸機(jī)的駕駛艙地板使用了碳纖維/PPS，如下圖3所示。其尺寸3.05m?3.06m，是目前最大的碳纖維熱塑性航空結(jié)構(gòu)之一。

圖3 空客A400M駕駛艙地板

Fig.3 floor of A400M(4)機(jī)身連接零件

空客A350客機(jī)機(jī)體上應(yīng)用量最大的是機(jī)身連接零件。這些零件位于機(jī)身11段到15段，連接機(jī)身復(fù)合材料壁板與內(nèi)部的復(fù)合材料框架結(jié)構(gòu)。這些零件使用碳纖維/PPS材料，外形各異，通過先進(jìn)的集成化單元完成制造，每個(gè)單元都擁有執(zhí)行材料運(yùn)輸?shù)臋C(jī)器人夾持系統(tǒng)、執(zhí)行材料預(yù)熱的紅外加熱器以及執(zhí)行材料固化的液壓式熱沖壓機(jī)?？湛虯350熱塑性連接角片部位見圖4所示。

圖4 空客A350熱塑性連接角片部位

Fig.4 clips of A350(5)主承力件應(yīng)用

2009年歐盟啟動(dòng) “熱塑性經(jīng)濟(jì)可承受性航空主結(jié)構(gòu)”（TAPAS）項(xiàng)目，目的是為空客公司開發(fā)TPC平尾扭矩盒和機(jī)身結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步增加TPC在當(dāng)前和未來飛機(jī)上的應(yīng)用比例，如A320neo客機(jī)。項(xiàng)目將分為兩個(gè)階段，在2017年完成，目標(biāo)是兩個(gè)構(gòu)件的材料、制造工藝、設(shè)計(jì)概念和模具設(shè)備達(dá)到技術(shù)成熟度分別達(dá)到4級(jí)和6級(jí)。項(xiàng)目的第一階段是采用碳纖維/PEKK材料開發(fā)主承力結(jié)構(gòu)，項(xiàng)目制造的TPC平尾扭矩盒和機(jī)身驗(yàn)證件分別達(dá)到了技術(shù)成熟度3級(jí)和5級(jí)，已于2013年完成。TPC平尾扭矩盒基于G650的平尾中央部分重新設(shè)計(jì)，展長(zhǎng)12m，其中，蒙皮厚度從2～8mm之間變化，采用單向預(yù)浸帶制造。由于TPC固有的韌性能更好地阻止裂紋擴(kuò)展，能夠?qū)⒚善ぴO(shè)計(jì)得更薄，因此與熱固性復(fù)合材料構(gòu)件相比，該扭矩盒減重10%，如下圖5左所示。

圖5 熱塑性主承力驗(yàn)證件 Fig.5 the TPC verification TPC機(jī)身驗(yàn)證件長(zhǎng)4m，雙曲面外形，其中加強(qiáng)筋長(zhǎng)3m，厚度從2.48～5.50mm之間變化。DTC公司開發(fā)了該機(jī)身加強(qiáng)筋，及其制造工藝：數(shù)控切割TPC材料，機(jī)器人鋪放，真空預(yù)固化，自動(dòng)運(yùn)輸，壓力成形，整個(gè)過程僅需15min。機(jī)身壁板驗(yàn)證件如圖5右所示。

項(xiàng)目的第二階段于2014年初開始，將繼續(xù)提升TPC扭矩盒和機(jī)身的技術(shù)成熟度。對(duì)于扭矩盒的研究，接下來將開發(fā)可獲應(yīng)用認(rèn)證的材料和工藝，開發(fā)一個(gè)能夠存放燃油的“濕”盒，使用將梁與蒙皮焊接起來的一種結(jié)構(gòu)。對(duì)于機(jī)身的研究，主要在于控制蒙皮厚度，特別是對(duì)于A320neo或者737max這樣的單通道客機(jī)，韌性的TPC薄蒙皮結(jié)構(gòu)固然更合適，但其厚度極限需要驗(yàn)證，尤其是考慮到如冰雹撞擊或維修工具沖擊下的局部載荷作用。

2.2 國(guó)內(nèi)飛機(jī)應(yīng)用情況

國(guó)內(nèi)飛機(jī)使用復(fù)合材料主要是以環(huán)氧和雙馬樹脂為基體的熱固性復(fù)合材料。對(duì)于熱固性

[15]復(fù)合材料抗沖擊能力差的問題，主要是通過改性/增韌或降低設(shè)計(jì)許用值的方法處理，直接改用熱塑性復(fù)合材料的應(yīng)用較少。

在實(shí)際裝機(jī)應(yīng)用方面，“八五”期間采用靜電粉末法PEEK預(yù)浸料制造了某型機(jī)平板艙門，并已在飛機(jī)上裝機(jī)考核，至今工作正常。見下圖7左。

圖6 艙門實(shí)物

[16]

[16]

Fig.6 the entity of the door

另外某型無(wú)人機(jī)后機(jī)身艙門結(jié)構(gòu)采用了熱塑性復(fù)合材料。選用的樹脂基是聚酰亞胺NGDJ-900樹脂膜，纖維為T300碳纖維無(wú)緯布和織物。筋條部分則采用短纖維增強(qiáng)樹脂。結(jié)構(gòu)件設(shè)計(jì)時(shí)，蒙皮采用樹脂膜與增強(qiáng)纖維間隔疊層，加強(qiáng)筋條設(shè)計(jì)采用短纖維，壁板設(shè)計(jì)為一個(gè)帶縱橫方向加強(qiáng)筋條的整體，通過高溫高壓模壓融滲成形技術(shù)，一次成形，不用進(jìn)熱壓罐，不用幾次膠結(jié)，減少制造工序，易于操作，也不需要真空袋等輔料，制造成本低。并且，整體成型可簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，使從前需要多個(gè)零件通過螺栓等緊固件連接在一起的部件簡(jiǎn)化為一個(gè)整體的零件，減少了原來各零件之間需要的連接件，降低裝配成本。零件實(shí)物見圖7右所示。與國(guó)外的差距

熱塑性復(fù)合材料的工程應(yīng)用大致經(jīng)歷了三個(gè)階段：第一階段，熱塑性復(fù)合材料應(yīng)用于飛機(jī)內(nèi)飾、艙門、口蓋、整流罩等非承力部件；第二階段，用于飛機(jī)固定面前后緣、襟翼、副翼、方向舵等操縱面等受載較小部位；第三階段，用于飛機(jī)機(jī)翼、尾翼、機(jī)身等主盒段結(jié)構(gòu)。

目前，國(guó)外熱塑性復(fù)合材料應(yīng)用已經(jīng)到達(dá)第三階段。歐盟已啟動(dòng)了“熱塑性經(jīng)濟(jì)可承受性航空主結(jié)構(gòu)”（TAPAS）第二階段項(xiàng)目，目標(biāo)是進(jìn)一步提高主結(jié)構(gòu)材料、制造工藝、設(shè)計(jì)概念和模具設(shè)備的技術(shù)成熟度。國(guó)內(nèi)民機(jī)方面，尚無(wú)熱塑性復(fù)合材料結(jié)構(gòu)研制、裝機(jī)應(yīng)用，僅在軍機(jī)方面有少量應(yīng)用，還局限于少量非承力部件上，處于熱塑性復(fù)合材料工程應(yīng)用的第一階段，因此差距比較大。

（1）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與強(qiáng)度分析方面的差距

熱塑性復(fù)合材料特有的材料特性和特有的工藝性也決定其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法及強(qiáng)度分析方法與熱固性復(fù)合材料有很大的不同，因國(guó)內(nèi)工程應(yīng)用少，所以對(duì)其材料特性、結(jié)構(gòu)形式、受載特點(diǎn)等未充分研究，沒有形成相關(guān)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和強(qiáng)度分析方法。

（2）制造與工藝方面的差距 熱塑性復(fù)合材料加工工藝可分為：熱塑性基體浸漬工藝和制件成型工藝。由于熱塑性樹脂熔融溫度高、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，預(yù)浸、成型等每一個(gè)階段對(duì)設(shè)備和工藝都有特殊的要求，其復(fù)合材料預(yù)浸料制備和成型加工的難度均比熱固性復(fù)合材料大。目前我國(guó)在熱塑性復(fù)合材料工藝方面的研究較少，差距較大。

（3）原材料生產(chǎn)供應(yīng)的差距

國(guó)家曾投資興建5000t/年產(chǎn)能的生產(chǎn)線，并開發(fā)PPS樹脂膜、PPS長(zhǎng)絲等產(chǎn)品。北京航空材料研究院曾采用該樹脂進(jìn)行過復(fù)合材料成型工藝的初步研究。但是近年來該生產(chǎn)線的無(wú)法穩(wěn)定提供樹脂基體。吉林大學(xué)曾長(zhǎng)期開展國(guó)產(chǎn)PEEK樹脂的研制工作，并于“八五”、“九五”、“十五”期間與北京航空材料研究院合作開展過CF/PEEK復(fù)合材料的研究。但吉大曾將其PEEK樹脂的生產(chǎn)技術(shù)轉(zhuǎn)讓，其生產(chǎn)狀態(tài)及知識(shí)產(chǎn)權(quán)歸屬有待明確。結(jié)束語(yǔ)

熱固性復(fù)合材料在國(guó)內(nèi)、外飛機(jī)上應(yīng)用最為廣泛，但斷裂韌性及抗沖擊能力差、難以回收利用、成型加工周期長(zhǎng)等問題也長(zhǎng)期存在，而熱塑性復(fù)合材料的出現(xiàn)成為克服以上缺點(diǎn)的一種研究方向。而且熱塑性復(fù)合材料可回收利用，減少對(duì)環(huán)境的污染。雖然近期熱塑性復(fù)合材料不可能大量代替熱固性復(fù)合材料，但其優(yōu)異的性能已逐步引起重視，應(yīng)用也日益廣泛, 應(yīng)用范圍也將從次承力構(gòu)件轉(zhuǎn)向主承力構(gòu)件。

目前熱塑性復(fù)合材料在國(guó)內(nèi)飛機(jī)上的應(yīng)用還十分有限，設(shè)計(jì)、工藝、原材料等技術(shù)儲(chǔ)備嚴(yán)重不足，因此國(guó)內(nèi)熱塑性復(fù)合材料的應(yīng)用需要加強(qiáng)相關(guān)的技術(shù)研究:(1)PPS、PEEK等常用高性能熱塑性樹脂與纖維的匹配研究；(2)加強(qiáng)其成型工藝研究；(3)提出適合其特性的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與強(qiáng)度分析方法；(4)推廣應(yīng)用。

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張磊（1979-）男，碩士,高級(jí)工程師。主要研究方向：飛機(jī)復(fù)合材料強(qiáng)度。座機(jī)：029-86832903；手機(jī)：*** 郵箱：25179057@qq.com

第三篇：復(fù)合大豆磷脂粉生產(chǎn)與應(yīng)用

復(fù)合大豆磷脂粉生產(chǎn)與應(yīng)用

大豆磷脂是從生產(chǎn)大豆油的油腳中提取出來的產(chǎn)物，在大豆中的含量為1.2%～3.2%.它是由甘油、脂肪酸、膽堿或膽胺所組成的酯，能溶于油脂及非極性溶劑中。大豆磷脂的組成成分復(fù)雜，主要含有卵磷脂（約含34.2%）、腦磷脂（約含19.7%）、肌醇磷脂（約含16.0%）、磷酯酸絲氨

大豆磷脂是從生產(chǎn)大豆油的油腳中提取出來的產(chǎn)物，在大豆中的含量為1.2%～3.2%.它是由甘油、脂肪酸、膽堿或膽胺所組成的酯，能溶于油脂及非極性溶劑中。大豆磷脂的組成成分復(fù)雜，主要含有卵磷脂（約含34.2%）、腦磷脂（約含19.7%）、肌醇磷脂（約含16.0%）、磷酯酸絲氨酸（約含15.8%）、磷脂酸（約含3.6%）及其他磷脂（約含10.7%）.其中最主要的3種磷脂為：卵磷脂，是由甘油、脂肪酸、磷酸和膽堿組成；腦磷脂，與卵磷脂的結(jié)構(gòu)相似，它含的氨基醇是乙醇胺而不是膽堿；肌醇磷脂，是由甘油、脂肪酸、磷酸和肌醇構(gòu)成。大豆磷脂在畜禽體內(nèi)脂肪代謝、肌肉生長(zhǎng)、神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育和體內(nèi)抗氧化損傷等方面發(fā)揮很重要的作用。近年來，大豆磷脂作為飼料添加劑代替部分脂肪已初步應(yīng)用于飼料工業(yè)。

1大豆磷脂的理化性質(zhì)

純凈的大豆磷脂在高溫下是一種白色固體物質(zhì)，由于精制處理和空氣接觸等原因而變成淡黃色或棕色。大豆磷脂溶于油脂、脂肪酸和苯、乙醚等有機(jī)溶劑，部分溶于乙醇，極難溶于丙酮和乙酸甲酯，不溶于水。磷脂具有親水膠體的性質(zhì)，遇水時(shí)能吸水膨脹，從而使其在油脂中溶解度大大降低，從油中析出。在磷脂分子中，有磷酸根和氨基醇親水基團(tuán)及碳?xì)滏I疏水基團(tuán)，故磷脂能起表面活性劑作用，能使水、油兩個(gè)不相溶的相形成穩(wěn)定的乳膠體，這是因?yàn)榱字谒?、油兩相之間形成一個(gè)界面層而降低油與水之間的表面張力，成為很好的乳化劑和分散劑。磷脂在空氣中或陽(yáng)光中不穩(wěn)定，易氧化酸敗而變黑，但在油脂中卻比較穩(wěn)定。磷脂的耐熱性能較好，但溫度超過150℃會(huì)逐漸分解。磷脂在酸堿條件下易水解，其產(chǎn)物為脂肪酸、甘油、磷酸、氨基醇及肌醇等。

2大豆磷脂的種類

根據(jù)大豆磷脂加工工藝的不同，可將其分為以下幾個(gè)類型：

2.1天然粗制磷脂

由大豆精煉油的副產(chǎn)品（油腳）真空脫水而制得，亦稱為濃縮大豆磷脂。產(chǎn)品的丙酮不溶物（磷脂和糖脂）含量為60%～64%,大豆油含量為36%～40%.2.2改性大豆磷脂

由濃縮大豆磷脂經(jīng)化學(xué)改性而制成，具有較好的親水性和水包油（O/W）乳化功能。改性方法主要有3種：物理法、化學(xué)法和酶法。其丙酮不溶物含量與天然粗磷脂含量相同，但其乳化性和親水性能較濃縮大豆磷脂有顯著提高，因此在飼料添加性能、液體飼料制備和能量的消化吸收方面有更大的優(yōu)勢(shì)，在飼料中應(yīng)用廣泛。

2.3粉末大豆磷脂

濃縮大豆磷脂經(jīng)丙酮脫除油脂后的高純度磷脂產(chǎn)品，也稱脫油磷脂粉。色澤為米黃色或淺棕黃色，呈粉粒狀，丙酮不溶物含量為95%～98%.2.4精制大豆磷脂

經(jīng)丙酮沉淀制得的粉末大豆磷脂可經(jīng)乙醇油提進(jìn)行純化，乙醇處理后分為醇溶部分和醇不溶部分。醇溶部分磷脂酷膽堿含量高，增強(qiáng)了其親水性，是O/W型乳化劑；醇不溶部分分為磷脂酸乙醇胺和磷脂酷肌醇，是W/O型乳化劑。

2.5磷脂油

植物油和脂肪酸稀釋的磷脂產(chǎn)品，粘度低，易于泵送或噴涂。磷脂含量一般為30%～52%.2.6粉狀大豆磷脂

液態(tài)磷脂加載體而形成的固體粉狀產(chǎn)品。磷脂含量為10%～50%.2.7漂白大豆磷脂

粗磷脂經(jīng)過過氧化氫漂白后進(jìn)一步脫水所得的產(chǎn)品，含水量小于1%.3大豆磷脂的生理營(yíng)養(yǎng)作用

大豆磷脂產(chǎn)品的主要成分有油脂、磷脂、膽堿、不飽和脂肪酸和維生素E等。磷脂是生物膜的重要組成部分，是動(dòng)物腦、神經(jīng)組織、骨髓和內(nèi)臟中不可缺少的組成部分，對(duì)幼齡動(dòng)物的生長(zhǎng)發(fā)育非常重要。大部分磷脂以脂蛋白復(fù)合體的形式存在于細(xì)胞壁基質(zhì)、細(xì)胞膜、髓鞘、線粒體和微粒體中，其作用是使非極性物質(zhì)具有很高的通透性。磷脂還參與脂類的代謝，促進(jìn)飼料中脂類的消化。吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)和合成，防止脂肪肝的產(chǎn)生。磷脂不僅參與脂肪酸的代謝，而且改善維生素 A的吸收。磷脂還參與鈉離子與鉀離子的活動(dòng)，激活一些神經(jīng)組織。磷脂與不飽和脂肪酸中的必需脂肪酸作為組織細(xì)胞不可缺少的成分，還可增強(qiáng)組織器官功能，提高動(dòng)物機(jī)體免疫系統(tǒng)活力，增強(qiáng)抗應(yīng)激能力和抗病力。膽堿可節(jié)約動(dòng)物體內(nèi)部分蛋氨酸。油脂中的亞油酸、亞麻酸是動(dòng)物體不能合成的，是細(xì)胞結(jié)構(gòu)和機(jī)體代謝不可缺少的，必須從飼料中攝取。維生素E具有抗氧化作用，保護(hù)飼料中的其他維生素和不飽和脂肪酸。

4大豆磷脂在動(dòng)物生產(chǎn)中的應(yīng)用

4.1預(yù)防脂肪肝

魚類營(yíng)養(yǎng)性脂肪肝嚴(yán)重影響魚的生長(zhǎng)、肉質(zhì)和抗病力；雞的脂肪肝可導(dǎo)致產(chǎn)蛋率下降、死亡率升

高。脂肪肝綜合癥的生理原因主要是缺少磷脂，因?yàn)榱字瑢?duì)脂肪代謝是非常重要的。磷脂分子具有乳化特性，所含的不飽和脂肪酸能酯化膽固醇，在血液中調(diào)節(jié)脂肪、膽固醇的運(yùn)輸和沉積。動(dòng)物在肝中合成磷脂，并可通過形成脂蛋白不斷把這些脂肪轉(zhuǎn)運(yùn)到肝外。脂蛋白是磷脂、膽固醇、甘油三酯和阿撲蛋白的復(fù)合物，如無(wú)足夠的磷脂，脂蛋白便不能形成，肝內(nèi)則會(huì)充盈脂肪。由于肝壁薄組織被脂肪浸潤(rùn)，其他重要的化學(xué)過程和合成就不能順利進(jìn)行，這樣機(jī)體的其他有關(guān)功能將受到影響。因此，在飼料中補(bǔ)充一定量的磷脂，使脂蛋白的合成順利進(jìn)行，肝內(nèi)的脂肪便可輸運(yùn)出，預(yù)防脂肪肝的發(fā)生。曹俊明等（1997）對(duì)草魚的研究表明，當(dāng)飼料中添加一定量的大豆磷脂時(shí)，草魚肝臟脂肪脂質(zhì)含量大幅度降低。

4.2改善動(dòng)物的體脂構(gòu)成

在飼料中添加適量的大豆磷脂可提高屠宰率、降低腹脂和改善肉質(zhì)。由于大豆磷脂產(chǎn)品含有一定量的不飽和脂肪酸，如二十碳五烯酸（EPA）和二十二碳六烯酸（DHA）,動(dòng)物采食含大豆磷脂的飼料，其體脂中這些不飽和脂肪酸的含量會(huì)相應(yīng)提高，從而達(dá)到改善體脂的目的。邵鄰相等（1996）在高脂日糧中添加大豆磷脂飼喂大鼠，結(jié)果大鼠血清中膽固醇、甘油三酯及極低密度脂蛋白含量明顯降低，這說明大豆磷脂有降低血脂的作用。曹俊明等（1997）的試驗(yàn)表明，用含5%磷脂的飼料飼喂草魚，52d后肝、胰臟的脂肪酸組成發(fā)生了變化，EPA和DHA含量顯著升高，說明大豆磷脂可改善草魚體脂構(gòu)成。王若軍等（1997）的試驗(yàn)表明，大豆磷脂可完全替代肉雞日糧中的豆油，可提高屠宰率，降低腹脂和改善肉質(zhì)。

4.3提高生長(zhǎng)效率和飼料轉(zhuǎn)化率

4.3.1豬

國(guó)內(nèi)外的研究表明，在仔豬斷奶后14d內(nèi)由于膽汁分泌不足，仔豬對(duì)脂肪的乳化能力較弱。在仔豬飼料中添加磷脂可提高日糧粗蛋白質(zhì)和能量的消化率，減少因消化不良導(dǎo)致的腹瀉，促進(jìn)代謝，改善增重和飼料轉(zhuǎn)化率。Gunther（1994）研究表明，在斷奶仔豬日糧中添加0.2%脫油大豆磷脂，仔豬的日增重比對(duì)照組提高9.5%,料重比降低7.5%;添加0.6%日增重提高17.1%,料重比降低12%.甘溢凌（2000）進(jìn)行的大豆磷脂對(duì)斷奶仔豬的試驗(yàn)表明，添加大豆磷脂組仔豬日增重提高6.8%,節(jié)約飼料約5.4%.在生長(zhǎng)豬日糧中添加大豆磷脂也有同樣的效果。李立（1999）的試驗(yàn)表明，生長(zhǎng)豬日糧中添加5%大豆磷脂，日增重可提高7%.4.3.2牛

有研究證實(shí)，添加磷脂可顯著改善小牛對(duì)人造奶中非乳脂的消化率。在小牛飼料中添加大豆磷脂40～50g/d,5個(gè)月中試驗(yàn)組平均日增重為870～880g,比對(duì)照組提高53%～64%.同時(shí)在飼料中添加磷脂和脂肪，可解決給小牛喂酪蛋白、乳糖、礦物質(zhì)和維生素的合成日糧時(shí)出現(xiàn)的代謝紊亂和生長(zhǎng)遲緩問題。

4.3.3家禽

有研究報(bào)道，在肉仔雞料中添加磷脂可改善仔雞的生長(zhǎng)狀況，并可增加肝中維生素A的貯存，促進(jìn)骨的生長(zhǎng)。耿慶輝（1996）的試驗(yàn)表明，在肉雞日糧中添加2%改性磷脂，可提高增重7%～10%,飼料報(bào)酬提高5%～8%;給產(chǎn)蛋雞飼喂含1.5%大豆磷脂的飼料，產(chǎn)蛋率提高9.9呢，飼料報(bào)酬提高9.2%.常開成（1998）用濃縮大豆磷 脂全部替代蛋雞日糧中3%的油脂，添加磷脂組蛋雞多產(chǎn)蛋7.l%,蛋白質(zhì)消耗減少7.2%.4.3.4水產(chǎn)動(dòng)物

魚類在孵化后的快速生長(zhǎng)中，需要豐富的磷脂來構(gòu)成細(xì)胞的成分，當(dāng)磷脂的生物合成不能充分滿足仔魚的需求時(shí)，需要在飼料中添加磷脂。另外，飼料中的磷脂還能促進(jìn)甲殼動(dòng)物對(duì)膽固醇的利用，提高甲殼動(dòng)物的生長(zhǎng)和成活率。蝦在不同生長(zhǎng)時(shí)期對(duì)磷脂的需要量不同，幼蝦因不能合成足夠的磷脂供生長(zhǎng)和代謝的需要，因而幼蝦對(duì)磷脂的需要量高。Abramo等（1981）的研究證明，龍蝦需要卵磷脂以確保它在脫殼期間的生存。日本科學(xué)家指出，日糧中含0.5%～l%的磷脂對(duì)幼蝦的生長(zhǎng)和成活是必需的。薛永瑞等（1989）的試驗(yàn)表明，在鯉魚飼料中添加2%的改性大豆磷脂，比對(duì)照組增產(chǎn)30.7%,飼料系數(shù)降低0.21,飼料成本降低了9.63%.Poston（1990）在飼料中添加4%或8%的大豆磷脂，明顯降低了大西洋鮭的餌料系數(shù)。Kanagana等（1985）報(bào)道，在蝦料中添加1%大豆磷脂可提高蝦的生長(zhǎng)速度和成活率。

5影響大豆磷脂應(yīng)用的因素

隨著畜牧業(yè)和飼料工業(yè)的飛速發(fā)展，飼料在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈。大豆磷脂產(chǎn)品作為一種替代植物油，降低飼料成本的能量原料，被越來越多的廠家、養(yǎng)殖業(yè)戶所重視和使用。但是，由于這種產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)處于剛剛開發(fā)階段，技術(shù)尚不十分成熟，產(chǎn)品質(zhì)量良莠不一，國(guó)內(nèi)飼料行業(yè)又沒有制定相應(yīng)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，再加上有的使用單位對(duì)其性能與質(zhì)量不清楚，所以該產(chǎn)品也給一些飼料加工企業(yè)及養(yǎng)殖戶帶來了很大的損失。近年來，東北地區(qū)的很多飼料加工企業(yè)應(yīng)用磷脂后的質(zhì)量事故；如飼料發(fā)霉、變質(zhì)、肉雞發(fā)生腦組織軟化、白肌病、免疫力下降、腹瀉、采食量下降，甚至拒食等。很多事故是由磷脂導(dǎo)致的或與磷脂有直接關(guān)系。

其次，由于粉末磷脂加工成本及使用成本較高，飼料工業(yè)中使用的基本上是粗制大豆磷脂，常溫下為半固態(tài)，粘度非常大，用于飼料添加不能混合均勻，即便是高溫流動(dòng)狀態(tài)下加入也難于混合。為解決磷脂在飼料中的混合問題，復(fù)合磷脂粉（粉狀大豆磷脂）在近些年得到了很好的發(fā)展。

6復(fù)合磷脂粉的生產(chǎn)

復(fù)合磷脂粉的生產(chǎn)工藝很簡(jiǎn)單，就是將玉米膨化后與磷脂油混合即可。

目前，東北地區(qū)有眾多廠家生產(chǎn)復(fù)合磷脂粉，我公司的膨化機(jī)用戶也有很多從事該產(chǎn)品的生產(chǎn)。需要注意的是，復(fù)合磷脂粉中的膨化玉米比普通膨化飼料玉米膨化度高，要求較高的吸附性能，以生產(chǎn)出含脂肪及磷脂較高的產(chǎn)品。我們的用戶一般采用45～50%的膨化玉米粉吸附50～55%的磷脂油，終產(chǎn)品為淺黃色至棕黃色粉狀，具有大豆磷脂及膨化玉米固有香味，含磷脂、豆油、蛋白質(zhì)、碳水化合物、膽堿（0.8%-1.1%）、必需脂肪酸（16-20%）VE等，主成分：粗脂肪≥50%、粗蛋白4-7%、磷脂≥30%、水分≤6%、酸 價(jià)≤20%、粒度（目）20-30、能量（大卡/千克）≥6000.7復(fù)合大豆磷脂粉的應(yīng)用

復(fù)合大豆磷脂粉可提高飼料的能量和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值；提高飼料轉(zhuǎn)化率，降低飼料系數(shù)；改善飼料的適口性，具有誘食作用；提高制粒的物理質(zhì)量和產(chǎn)量，減少飼料在擠壓成形時(shí)的粉料損失和能量消耗；防止粉塵飛揚(yáng)和飼料自動(dòng)分級(jí)；減少水產(chǎn)飼料中水溶性營(yíng)養(yǎng)素的溶失；改善水產(chǎn)飼料在水中的漂離和沉降；減少飼料浪費(fèi)和水質(zhì)污染；促進(jìn)脂質(zhì)消化吸收，預(yù)防脂肪肝；促進(jìn)幼齡動(dòng)物生長(zhǎng)發(fā)育，提高成活率；提高動(dòng)物生長(zhǎng)速度和生產(chǎn)性能；提高動(dòng)物繁殖能力，增強(qiáng)動(dòng)物機(jī)體抗病能力；便于飼料加工，可替代部分油脂和合成氯化膽堿。

7.1 肉禽用

改善適口性，緩解應(yīng)激，縮短出欄時(shí)間。

提高免疫系統(tǒng)，增強(qiáng)抗病力，有效預(yù)防脂肪肝、腹水綜合癥及猝死癥。提高屠宰率，降低腹脂，改善肉質(zhì)風(fēng)味，有效增加肝重。全增重率提高5%,成活率提高1.5%,料肉比降低2%,代謝能≥5.69MCal/kg直接添加 ,前期1.5～3%,中期2.5～4%,后期3.5～5%.7.2 蛋禽用

提高蛋殼質(zhì)量，減少破蛋、白班蛋及肉班蛋，改善蛋黃質(zhì)量，增大蛋卵個(gè)頭。提高受精率、孵化率。增強(qiáng)免疫系統(tǒng)活力，緩解應(yīng)激。

產(chǎn)蛋率提高越5%,枚蛋增重2.5克左右。產(chǎn)蛋高峰期延長(zhǎng)半月之久。直接添加，蛋禽2～5%.7.3乳豬、仔豬、育肥豬用

有效降低粉料的粉塵量。

改善適口性，促進(jìn)生長(zhǎng)，提高成活率，縮短出欄時(shí)間，緩解應(yīng)激。增強(qiáng)抗病力和仔豬的御寒能力。成豬皮薄細(xì)膩，皮毛光亮，瘦肉率提高。提高增重：仔豬5%,生成豬3%,降低料肉比，仔豬：2%,生長(zhǎng)豬：1%左右。消化能5.19MCal/kg.7.4水產(chǎn)用（鯉、鯽、鰻、虹鱒、鮭魚、羅非魚及蝦、蟹、甲魚等）

提高飼料顆粒質(zhì)量，減少水溶性維生素在水中的散失，具有誘食作用改善適口性。提高成活率，特別是甲殼類在幼苗和脫殼期的成活率。增強(qiáng)免疫系統(tǒng)活力，緩解應(yīng)激；有效預(yù)防脂肪肝，腎臟和腸內(nèi)出血、貧血等疾病，磁降低體側(cè)彎及大腹腔發(fā)生率，保持自然條形。提高越冬和運(yùn)輸成活率。

有利色素沉積，保持天然體色，并提高機(jī)體組織磷脂含量，改善肉質(zhì)風(fēng)味鯉魚增重越15%,成活率提高2%,飼料系數(shù)降低15%.消化能直接添加，3～5%.

第四篇：先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料的現(xiàn)狀及應(yīng)用

先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料的現(xiàn)狀及應(yīng)用

摘要：先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料以其比強(qiáng)度比模量高、良好的耐疲勞性能、良好的 抗腐蝕性能、成型工藝的多選擇性等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)獲得廣泛應(yīng)用和迅速發(fā)展。本文簡(jiǎn)要介紹了先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料的特性，并結(jié)合其特性從應(yīng)用的角度總結(jié)了先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料的應(yīng)用和前景。

關(guān)鍵字：樹脂基復(fù)合材料現(xiàn)狀應(yīng)用前言

先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料是以有機(jī)高分子材料為基體、高性能連續(xù)纖維為增強(qiáng)材料、通過復(fù)合工藝制備而成,具有明顯優(yōu)于原組分性能的一類新型材料[ 1 ]。先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料具有比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)材料優(yōu)越得多的力學(xué)性能，可設(shè)計(jì)性優(yōu)良，還兼有耐化學(xué)腐蝕和耐候性優(yōu)良、熱性能良好、振動(dòng)阻尼和吸收電磁波等功能。目前，隨著復(fù)合材料工業(yè)的迅速發(fā)展，樹脂基復(fù)合材料正憑借其本身固有的輕質(zhì)高強(qiáng)、成型方便、不易腐蝕、質(zhì)感美觀等優(yōu)點(diǎn)，越來越受到人們的青睞。先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料的現(xiàn)狀

據(jù)有關(guān)部門的統(tǒng)計(jì)，全世界樹脂基復(fù)合材料制品共有4萬(wàn)多種，全球僅纖維增強(qiáng)復(fù)合材料產(chǎn)量目前達(dá)到750多萬(wàn)t，從業(yè)約45萬(wàn)人，年產(chǎn)值415億歐元，其生產(chǎn)能力與市場(chǎng)分布情況為：北美32%、亞太地區(qū)35%、歐洲30%、其他地區(qū)3%[ 2 ]。目前，全世界高性能樹脂基復(fù)合材料的產(chǎn)量超過300萬(wàn)t，高性能熱塑性復(fù)合材料的產(chǎn)量為120多萬(wàn)t，其應(yīng)用領(lǐng)域主要為：汽車行業(yè)占23%、建筑業(yè)21%、航空業(yè)17%、體育運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域11%[ 3 ]。從全球發(fā)展趨勢(shì)來看，近幾年歐美復(fù)合材料生產(chǎn)均持續(xù)增長(zhǎng)，亞洲的日本發(fā)展緩慢，而中國(guó)特別是中國(guó)內(nèi)地的市場(chǎng)發(fā)展迅速。我國(guó)樹脂基復(fù)合材料研究，經(jīng)過多年的發(fā)展，在生產(chǎn)技術(shù)、產(chǎn)品種類、生產(chǎn)規(guī)模等方面邁過了由小到大的臺(tái)階，產(chǎn)量已經(jīng)僅次于美國(guó)，居世界第2位，其市場(chǎng)分布為：建筑 40%、管罐24%、工業(yè)器材12%、交通6%、船艇4%、其他14%[ 4-6 ]。我國(guó)高性能樹脂基復(fù)合材料發(fā)展水平不高，所采用的基體主要有環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、乙烯基酯樹脂等。3 先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料的應(yīng)用

3.1航空、3.1航空、航天工業(yè)航空樹脂基復(fù)合材料以其典型的輕量特性、卓越的比強(qiáng)度、比模量、獨(dú)特的耐燒蝕和隱蔽性、材料性能的可設(shè)計(jì)性、制備的靈活性和易加工性等,在實(shí)現(xiàn)武器系統(tǒng)輕量化、快速反應(yīng)能力、高威力、大射程、精確打擊等方面起著巨大作用,使它成為航空航天工業(yè)中非常理想的材料。在航空工業(yè)中，先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料在應(yīng)用過程中不斷積累應(yīng)用經(jīng)驗(yàn),提高技術(shù)水平, 完善配套技術(shù), 從非承力構(gòu)件整流蒙皮逐漸發(fā)展到承力構(gòu)件尾翼、機(jī)翼, 從簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)層合壁板, 逐漸發(fā)展到整體復(fù)合材料結(jié)構(gòu)尾翼和機(jī)翼。先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料在飛機(jī)上的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)15% ～30%減重, 可有效降低飛機(jī)的結(jié)構(gòu)重量, 提高飛機(jī)的機(jī)動(dòng)性能和有效載荷等。飛機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)合材料化已經(jīng)成為趨勢(shì), 先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料已經(jīng)成為不可缺少的關(guān)鍵航空結(jié)構(gòu)材料。從上世紀(jì)90 年代開始, 先進(jìn)戰(zhàn)斗機(jī)大量使用先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料, 如F35 復(fù)合材料用量達(dá)到35% ,主要應(yīng)用包括機(jī)翼、機(jī)身、尾翼等主要承力構(gòu)件。先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料在民用飛機(jī)的應(yīng)用從2003 年用量得到了跨越發(fā)展, 空客公司的A380寬體客機(jī)復(fù)合材料的用量增加到24% , 波音公司的B787 飛機(jī)復(fù)合材料用量達(dá)到約50% , 空客公司在研究的A350XWB復(fù)合材料用量將達(dá)到 52%。隨著國(guó)內(nèi)先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料性能的提高, 制造技術(shù)的不斷成熟, 配套無(wú)損檢測(cè)和裝配等技術(shù)的完善, 國(guó)內(nèi)先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料在直升機(jī)、殲擊機(jī)和大型飛機(jī)得到相當(dāng)?shù)膽?yīng)用。殲擊機(jī)復(fù)合材料的用量已經(jīng)達(dá)到6% ～9% , 主要包括機(jī)翼、平尾、垂尾、前機(jī)身、鴨翼、襟副翼、腹鰭等;直升機(jī)復(fù)合材料用量達(dá)到25% ～ 33% ,主要包括旋翼系統(tǒng)和機(jī)身結(jié)構(gòu)。先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料機(jī)翼、平尾、垂尾、鴨翼、直升機(jī)機(jī)身、尾段等復(fù)合材料構(gòu)件已經(jīng)實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)[ 7 ]。在航天領(lǐng)域，樹脂基復(fù)合材料不僅是方向舵、雷達(dá)、進(jìn)氣道的重要材料，而且可以制造固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的絕熱殼體，也可用作發(fā)動(dòng)機(jī)噴管的燒蝕防熱材料。先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料對(duì)于導(dǎo)彈屏蔽或衰減雷達(dá)波或紅外特征,提高自身生 [8] 存和突防能力,具有著至關(guān)重要的作用。近年來研制的新型氰酸樹脂復(fù)合材料具有耐濕性強(qiáng)、微波介電性能佳、尺寸穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于制作宇航結(jié)構(gòu)件、飛機(jī)的主次承力結(jié)構(gòu)件和雷達(dá)天線罩。

3.2能源工業(yè)

3.2能源工業(yè)在現(xiàn)今國(guó)際社會(huì)上能源短缺，各種新型能源不斷涌現(xiàn)，風(fēng)能是現(xiàn)在很有前景的清潔、可再生能源，風(fēng)力發(fā)電正快速發(fā)展，將逐步成為電力結(jié)構(gòu)的主要組成部分。風(fēng)力機(jī)組葉片是大型樹脂基復(fù)合材料，已經(jīng)成功的在風(fēng)力機(jī)組上得到應(yīng)用。樹脂基復(fù)合材料具有耐酸、耐堿、耐有機(jī)溶劑、耐油等優(yōu)異的耐腐蝕性能，因此在煤礦生產(chǎn)及石油的開采、運(yùn)輸、儲(chǔ)備中得到非常廣泛的應(yīng)用。從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、性能分析，如纖維增強(qiáng)塑料（F R P）／塑料復(fù)合管和玻纖增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料管道十分適于天然氣、煤氣的輸送和儲(chǔ)存，且有利于環(huán)保，其綜合經(jīng)濟(jì)效益好、社會(huì)效益顯著。3.3建筑業(yè)[ 9 ]

建筑行業(yè)發(fā)展和使用樹脂基復(fù)合材料，對(duì)減輕建筑物自重、提高建筑物的使用功能、改革建筑設(shè)計(jì)、加速施工進(jìn)度、降低造價(jià)以及提高經(jīng)濟(jì)效益等都十分有利，是實(shí)現(xiàn)建筑現(xiàn)代化的必要條件。實(shí)踐表明，樹脂基復(fù)合材料應(yīng)用在現(xiàn)代建筑中比傳統(tǒng)建筑材料性能更加優(yōu)良，綜合效益更好。下面詳細(xì)介紹下樹脂基復(fù)合材料在建筑業(yè)的應(yīng)用。由于樹脂基復(fù)合材料的可設(shè)計(jì)性和良好的力學(xué)性能,其可用于建筑物的承載結(jié)構(gòu)以及建筑物加固。用作承載結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料建筑制品有柱、桁架、梁、基礎(chǔ)、承重折板、屋面板、樓板等。樹脂基復(fù)合材料圍護(hù)結(jié)構(gòu)制品有各種玻璃鋼波紋板、夾層結(jié)構(gòu)板、整體式和裝配式折板結(jié)構(gòu)和殼體結(jié)構(gòu)。用作殼體結(jié)構(gòu)的板材,它既是維護(hù)結(jié)構(gòu),又是承重結(jié)構(gòu)。在門窗材料上玻璃鋼門窗是很好的材料。玻璃鋼門窗是采用中堿玻璃纖維及其織物作為增強(qiáng)材料,采用不飽和樹脂作為基體材料,并添加其他礦物填料制成。玻璃鋼門窗既有鋼窗、鋁窗的堅(jiān)固性,又有塑鋼窗的防水、耐腐蝕、保溫、節(jié)能性能,更具有自身獨(dú)特的隔音、抗老化、尺寸穩(wěn)定等性能。此外，玻璃鋼的壽命是50年,基本與建筑物的壽命相同,因此,采用玻璃鋼門窗是今后房屋建筑門窗節(jié)能保溫的發(fā)展方向。樹脂基復(fù)合材料在建筑中的其他用途也很多,如工業(yè)廠房、農(nóng)業(yè)溫室及大型公用建筑的天窗、屋頂采光,可以采用樹脂基復(fù)合材料透明板、半透明夾層結(jié)構(gòu)板、整體式和組裝式采光罩等。高層建筑的樓頂旋轉(zhuǎn)餐廳屋蓋、異形尖頂裝飾屋蓋、球形屋蓋、屋頂花園、屋頂游泳池、廣告物和樓房加高等,也多采用樹脂基復(fù)合材料制造。大跨度飛機(jī)庫(kù)、各種尺寸的冷庫(kù)、防腐車間、活動(dòng)房屋、崗?fù)?、仿古建筑、移?dòng)劇院、透微波塔樓、屏蔽房等,也都屬于樹脂基復(fù)合材料建筑物。另外,樹脂基復(fù)合材料還可用于制作各種家具、馬路上的陰井蓋、公園和運(yùn)動(dòng)場(chǎng)座椅、海濱浴場(chǎng)活動(dòng)更衣室、公園仿古涼亭等。應(yīng)用于各類衛(wèi)生潔具方面的產(chǎn)品有浴盆、洗面盆、坐便盆,各種整體式、組裝式衛(wèi)生間等。

3.4汽車工業(yè)[ 10 ]

先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料用于汽車工業(yè)近年來發(fā)展迅速，歐美國(guó)家在汽車工業(yè)上的應(yīng)用占復(fù)合材料總量的23%，高于建筑和航空工業(yè)。汽車上應(yīng)用樹脂基復(fù)合材料可以減輕自重、降低油耗，從而提高運(yùn)載能力，用于車輛內(nèi)部裝飾具有舒適隔聲、隔熱、降低震動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)。樹脂基復(fù)合材料汽車部件制品主要有車身殼體、汽車頂蓬、引擎蓋、保險(xiǎn)扛、儀器盤、油箱、座椅、剎車片和安全氣袋等，國(guó)內(nèi)用樹脂基復(fù)合材料制造汽車制動(dòng)缸正處于研究的起步階段。3.4.1 玻璃纖維增強(qiáng)塑料（GFRP）在汽車上的應(yīng)用

在歐洲、美國(guó)及日本等汽車制造業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家，已普遍采用玻璃鋼材料制造汽車零部件。其應(yīng)用范圍包括內(nèi)裝飾件（儀表板、車門內(nèi)板、座椅、發(fā)動(dòng)機(jī)罩等）；外裝飾件（保險(xiǎn)杠、擋泥板、導(dǎo)流罩等）；功能與結(jié)構(gòu)件（天然氣氣瓶、油箱、風(fēng)扇葉片、油氣踏板等）。與國(guó)外相比，我國(guó)生產(chǎn)的汽車用玻璃鋼部件較少，產(chǎn)品主要包括保險(xiǎn)杠、車頂蓋、阻流板、太陽(yáng)罩、電瓶托架等。隨著原材料的發(fā)展與工藝上的改進(jìn)，在汽車中大量應(yīng)用玻璃鋼/復(fù)合材料將是今后我國(guó)汽車工業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

3.4.2 碳纖維增強(qiáng)塑料（CFRP）在汽車上的應(yīng)用

CFRP是汽車輕量化最理想的材料。用CFRP取代鋼材制造車身和底盤構(gòu)件，可減輕質(zhì)量68%,油耗下降40%。但由于成本高現(xiàn)在還未批量生產(chǎn)，若解決成本問題將有大量CFRP用于汽車工業(yè)中，應(yīng)用部件將包括發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中的推桿、連桿、搖桿、水泵葉輪；傳動(dòng)系統(tǒng)中的傳動(dòng)軸、離合器片、加速裝置及其罩等；底盤系統(tǒng)中的懸置件、彈簧片、框架、散熱器等；車體上的車頂內(nèi)外襯、地板、側(cè)門等。

3.4.3 芳綸纖維增強(qiáng)復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用

芳綸纖維增強(qiáng)復(fù)合材料由于比強(qiáng)度、比模量較高，由于價(jià)格高，目前在汽車上應(yīng)用很少。主要用于汽車上的輪胎簾子線、高壓軟管、摩擦材料、高壓氣瓶等。芳綸纖維作為高性能防護(hù)材料還可用作汽車防彈裝甲，例如汽車門及汽車外殼的防彈內(nèi)襯。

3.5船舶工業(yè)[ 11 ] 先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料除具有優(yōu)越的力學(xué)性能外, 往往還兼有耐腐蝕、振動(dòng)阻尼和吸收電磁波等功能, 但其價(jià)格昂貴, 只能用在艦船上關(guān)鍵性的部位, 如大型核潛艇的聲納導(dǎo)流罩、大深度魚雷的殼體、深海潛水器殼體以及高性能艇的艇體結(jié)構(gòu)、水面艦艇的重要甲板構(gòu)件等處。例如美國(guó)“洛杉磯”級(jí)核潛艇的聲納導(dǎo)流罩長(zhǎng)7.6m、最大直徑8.1m，是目前世界上最大的先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料制品；美國(guó)“佩里”號(hào)驅(qū)逐艦首次用芳綸纖維增強(qiáng)塑料制作了裝甲；美國(guó)海軍用石墨纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂材料成功地制造出自動(dòng)無(wú)人深潛探海艇AUSSMOD2的耐壓殼體；德國(guó) A I R加工技術(shù)公司開發(fā)出一種碳纖維環(huán)氧復(fù)合材料螺旋槳，這種螺旋槳的槳葉由碳纖維和環(huán)氧樹脂模制而成，據(jù)稱槳葉具有很高的強(qiáng)度，可在惡劣的海況下工作；新型槳的另一項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)是槳葉材料的阻尼性能好，可使噪聲等級(jí)相對(duì)于金屬槳下降5d B，甚至在槳葉損壞的情況下振動(dòng)等級(jí)仍在可接受的范圍之內(nèi)。

3.6其他

先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料在化肥、造紙、生物工程、環(huán)境工程及金屬電鍍等工業(yè)中發(fā)揮了重要作用。它在機(jī)械、電子、體育、娛樂、醫(yī)療等方面也得到較好的應(yīng)用和發(fā)展,如機(jī)械制造中的軸承、齒輪、葉輪等零部件,體育上的各種水上賽艇、帆板、沖浪板、雪橇、高爾夫球桿、各種球拍等體育器材。實(shí)踐證明,很多體育用品改用樹脂基復(fù)合材料制造,大大改善了其使用性能,有利于運(yùn)動(dòng)員創(chuàng)造更佳成績(jī)。樹脂基復(fù)合材料釣魚竿是娛樂器材中的大宗產(chǎn)品,目前的玻璃鋼釣魚竿和碳纖維復(fù)合材料釣魚竿比模量大,具有足夠的強(qiáng)度和剛度,且重量輕、可收縮、造型美觀、攜帶方便。用樹脂基復(fù)合材料制造的揚(yáng)聲器、小提琴和電吉它等,其音響效果良好,很有發(fā)展前景。目前在娛樂設(shè)施中, 大多公園及各類游樂場(chǎng)所的設(shè)施,均已采用不同類型的樹脂基復(fù)合材料取代傳統(tǒng)的材料。在生物復(fù)合材料中,樹脂基復(fù)合材料的擔(dān)架、呼吸器,碳纖維/環(huán)氧結(jié)構(gòu)的假肢,人造假牙和人造腦殼等早已經(jīng)出現(xiàn),國(guó)外也有以聚丙稀腈為原料的碳纖維材料來修補(bǔ)韌帶[ 12-13 ]。用碳纖維復(fù)合材料制成的心臟瓣膜成功植入人體已有幾十年的歷史,以尼龍為增強(qiáng)材料的人造器官也已投入使用。實(shí)驗(yàn)研究表明,這些材料做成的人體器官無(wú)排異反應(yīng),與人體有很好相容性,因此有著廣闊的應(yīng)用前景。結(jié)束語(yǔ)

樹脂基復(fù)合材料具有良好的成形工藝性、高的比強(qiáng)度、高的比模量、低的密度、抗疲勞性、減震性、耐化學(xué)腐蝕性、良好的介電性能、較低的熱導(dǎo)率等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域中，已經(jīng)成為許多領(lǐng)域不可或缺的關(guān)鍵材料之一。因此，樹脂基復(fù)合材料具有在未來持續(xù)發(fā)展的潛力。參考文獻(xiàn)

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第五篇：熱塑性彈性體(TPE)主要應(yīng)用領(lǐng)域

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熱塑性彈性體（TPE）主要應(yīng)用領(lǐng)域

熱塑性彈性體即TPE，是一種兼具橡膠和塑料性能的材料，在常溫下顯示橡膠彈性，在高溫下能夠塑化成型的高分子材料。

熱塑性彈性體（TPE）具備傳統(tǒng)交聯(lián)硫化橡膠的高彈性、耐老化、耐油性各項(xiàng)優(yōu)異性能，同時(shí)又具備普通塑料加工方便、加工方式廣的特點(diǎn)?？刹捎米⑺堋D出、吹塑等加工方式生產(chǎn)，水口邊角粉碎后100%直接二次使用。既簡(jiǎn)化加工過程，又降低加工成本，因此熱塑性彈性體TPE材料已成為取代傳統(tǒng)橡膠的最新材料。

其環(huán)保、無(wú)毒、手感舒適、外觀精美，使產(chǎn)品更具創(chuàng)意。因此也是一支更具人性化、高品位的新型合成材料，也是世界化標(biāo)準(zhǔn)性環(huán)保材料。目前熱塑性彈性體（TPE）主要應(yīng)用領(lǐng)域有電線電纜行業(yè)、廚房用品及潔具、嬰兒產(chǎn)品、運(yùn)動(dòng)器材等。

1、熱塑性彈性體TPE電線電纜應(yīng)用

電線電纜在傳統(tǒng)上大多使用PVC作為絕緣及包覆材料，但由于PVC材料所產(chǎn)生的環(huán)保問題，已逐漸遭業(yè)界所棄用，取而代之有熱塑性彈性體（TPE）這種新材料。

2、廚房用品及潔具TPE應(yīng)用

廚房及廁所充滿油脂及濕潤(rùn)的環(huán)境正好發(fā)揮TPE材料的優(yōu)點(diǎn)，包上TPE的廚具手柄更防滑、更舒適，包上防滑圈的器皿在桌上更牢固，使用菜刀及剪刀時(shí)更安全，使用濕滑的清潔刷時(shí)更能用力。令入廚及清潔家居時(shí)更舒適及安全。

3、TPE應(yīng)用之嬰兒產(chǎn)品

嬰兒的出生率在已發(fā)達(dá)國(guó)家處于偏低水平，父母對(duì)孩子的照顧更是無(wú)微不至，對(duì)嬰兒用品及玩具的安全及舒適性要求嚴(yán)苛。因此嬰兒產(chǎn)品比傳統(tǒng)玩具對(duì)于材料的安全性及衛(wèi)生級(jí)別要求更高，TPE柔軟而高韌性以及環(huán)保無(wú)毒的特性正好符合產(chǎn)品的嚴(yán)格要求。

4、TPE工具手柄應(yīng)用

TPE以雙物料共塑方式應(yīng)用在工具手把上，為產(chǎn)品提供防滑及吸震功能、柔軟及暖和的舒適感，提高產(chǎn)品的耐用性及附加值。TPE的防油及柔軟止滑特性令電鉆等電動(dòng)工具在充滿油污及灰塵的工作環(huán)境中發(fā)揮得更可靠。

5、TPE運(yùn)動(dòng)器材應(yīng)用

TPE具備極佳的耐氣候性能及抗化學(xué)性，使其應(yīng)用在戶外運(yùn)動(dòng)器材上比傳統(tǒng)橡膠有更優(yōu)良的表現(xiàn)。水上用品如蛙鞋、泳鏡、飛碟等經(jīng)過海水浸泡及陽(yáng)光曝曬后仍能保持良好的柔軟性及回彈性。