該部件的復(fù)合樹脂采用了LMPAEK（低熔點聚芳醚酮），其相較于鋁制組件輕了將近1噸。此外，該部件使用了全新的生產(chǎn)和裝配技術(shù)，不僅能實現(xiàn)降低成本和資源節(jié)約，同時還最大限度地減少了能源消耗。

 

　　何為“多功能機身演示器”？

 

　　多功能機身演示器（MFFD）于2014年構(gòu)思，是歐盟資助的清潔天空2號倡議中的三個大型飛機演示器之一，旨在推進(jìn)歐洲的創(chuàng)新技術(shù)、飛機可持續(xù)性和有競爭力的供應(yīng)鏈。

 

　　在2017年發(fā)布時，MFFD計劃建造一個8米長、4米直徑的機身段，完全由碳纖維增強熱塑性復(fù)合材料（CFRTP）制成，能夠每月生產(chǎn)60-100架飛機，機身重量減少10%，經(jīng)常性成本降低20%。

 

　　

 

　　在成功交付后，該部件目前正被運送到位于施塔德的弗勞恩霍夫制造技術(shù)和先進(jìn)材料研究所，在那里它將與來自荷蘭的下殼（STUNNING項目）連接起來，在今年年底前形成完整的機身外殼部分。隨后，空客公司將在漢堡應(yīng)用航空研究中心對這些技術(shù)進(jìn)行最終驗證。

 

　　CF/PEEK好在哪？

 

　　碳纖維增強PEEK復(fù)合材料，指碳纖維以短碳纖維(SCF)、長碳纖維(LCF)和連續(xù)碳纖維(CCF)或者織物形式增強PEEK樹脂基的復(fù)合材料。純PEEK本身是一種特殊的工程塑料，具有抗輻射、自潤滑、耐高溫、耐磨損、抗疲勞等特點。經(jīng)過碳纖維增強的PEEK材料性能比純PEEK材料在諸多方面都有提升。

 

　　復(fù)合材料性能大幅增強

 

　　30%的短碳纖維增強聚醚醚酮復(fù)合材料在室溫下，拉伸強度比未增強時增加至少1倍，在150℃下達(dá)到3倍，而聚丙烯氰基連續(xù)碳纖維以帶狀單項預(yù)浸增強聚醚醚酮材料在室溫下拉伸強度是未增強聚醚醚酮材料的20倍。

 

　　同時增強后的復(fù)合材料在沖擊強度、彎曲強度和模量方面也得到了大幅度的提升，伸長率急劇降低，熱變形溫度可超過300℃。復(fù)合材料的沖擊能量吸收率直接影響到復(fù)合材料在承受沖擊時的表現(xiàn)，碳纖維增強聚醚醚酮PEEK復(fù)合材料顯示出高達(dá)180kJ/kg的比能吸收能力。

 

　　

 

　　CF/PEEK板材

 

　　碳纖維的增強在一定程度上抵御PEEK的熱軟化，形成強度非常高的轉(zhuǎn)移膜有效地保護(hù)接觸區(qū)域，所以碳纖維增強聚醚醚酮PEEK復(fù)合材料的磨損率明顯比純PEEK要低。碳纖維增強PEEK復(fù)合材料用于零部件制作，可以有效避免金屬或者陶瓷材料容易產(chǎn)生表面裂紋等這類問題，其優(yōu)良的摩擦學(xué)性能甚至超過超高分子量聚乙烯。

 

　　低熔點的PEEK更易加工

 

　　對于高溫條件下剛度和強度要求較高的應(yīng)用來說，其所需的玻璃化溫度也較高，因為當(dāng)溫度高于玻璃化溫度時，聚合物即可從堅硬的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿彳浀母邚棏B(tài)。而更高的熔點意味著聚合物必須在更高的溫度下加工。

 

　　通常情況下，PAEK的加工溫度要比熔點高30-60°C。而實際上，如果溫度遠(yuǎn)高于430°C，加工熱塑性塑料就會變得困難。

 

　　為了解決這個問題，行業(yè)龍頭威格斯開發(fā)出了LMPAEK（低熔點PAEK），這些聚合物的Tm:Tg比通常較低，為1.35。這意味著熔點和加工溫度降低了約40°C，加工條件進(jìn)一步降低。

 

　　國產(chǎn)飛機應(yīng)用情況

 

　　在今年五月份首飛的C919國產(chǎn)大飛機，同樣使用了碳纖維復(fù)材。C919大型客機是國內(nèi)首個使用T800級高強碳纖維復(fù)合材料的民機型號。相比T300級材料，T800級材料強度、模量更高，韌性更強，具備更好的抗沖擊性，C919上受力較大的部件，如后機身和平垂尾等都使用了T800級碳纖維復(fù)合材料。

 

　　

 

　　國產(chǎn)C919首飛

 

　　T300屬于第一代民機復(fù)合材料，其樹脂基體為未增韌的脆性環(huán)氧樹脂基體，增強纖維為T300碳纖維，其拉伸強度約為3.5GPa，拉伸模量約為230GPa。T300呈現(xiàn)脆性材料性能特征，對沖擊載荷引起的分層損傷比較敏感，因此只能用于受力不大的次承力結(jié)構(gòu)。C919上使用的T800材料采用增韌環(huán)氧樹脂基體，增強纖維為T800碳纖維。拉伸強度和拉伸模量較T300提高50%左右，也是目前國際上民機主承力結(jié)構(gòu)應(yīng)用最為廣泛的復(fù)合材料。

　

　　近年來在航空領(lǐng)域，碳纖維作為21世紀(jì)新材料之王”已經(jīng)成為各大公司制造飛機時的必要選項。

 

　　現(xiàn)實情況是，目前國外軍機上碳纖維復(fù)合材料用量約占機重的20%—50%，而我國最先進(jìn)的戰(zhàn)斗機殲-20的含碳量也僅在20%左右，低代機型的碳纖維含量就更低了。在民用飛機領(lǐng)域，波音787和空客A350中的碳纖維復(fù)合材料用量占比已經(jīng)達(dá)到50%以上，我國國產(chǎn)客機C919的碳纖維復(fù)合材料占比則只有約12%。

 

　　2005年之前，中國軍用和民用碳纖維幾乎全部依賴進(jìn)口，而現(xiàn)在，國內(nèi)基本能夠滿足40%的市場需求。踉踉蹌蹌，跌跌撞撞，但終究還是完成了從無到有、從有到大的突破。

 

　　龍頭企業(yè)正逐步打破國外技術(shù)壟斷。經(jīng)過長期的技術(shù)積累，我國以吉林化纖、中復(fù)神鷹、寶旌、新創(chuàng)碳谷、恒神股份、光威復(fù)材等為代表的國內(nèi)碳纖維龍頭企業(yè)正逐步打破國外技術(shù)壟斷，產(chǎn)能規(guī)模不斷擴張，部分企業(yè)產(chǎn)品性能與國際龍頭比肩。