航空材料发展史.pdf

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固化体系中含有活性极大的环氧基、羟基以及醚键、***键、酯键等极性基团,赋予环氧固化物对金属、陶瓷、玻璃、混凝士、木材等极性基材以优良的附着力。(3)固化收缩率小。一般为1%~2%。是热固性树脂中固化收缩率最小的品种之一(酚醛树脂为8%~10%;不饱和聚酯树脂为4%~6%;有机硅树脂为4%~8%)。线胀系数也很小,一般为6×10-5/℃。所以固化后体积变化不大。:..以可低压成型或接触压成型。能与各种固化剂配合制造无溶剂、高固体、粉末涂料及水性涂料等环保型涂料。(5)优良的电绝缘性。环氧树脂是热固性树脂中介电性能最好的品种之一。(6)稳定性好,抗化学药品性优良。不含碱、盐等杂质的环氧树脂不易变质。只要贮存得当(密封、不受潮、不遇高温),其贮存期为1年。超期后若检验合格仍可使用。环氧固化物具有优良的化学稳定性。其耐碱、酸、盐等多种介质腐蚀的性能优于不饱和聚酯树脂、酚醛树脂等热固性树脂。因此环氧树脂大量用作防腐蚀底漆,又因环氧树脂固化物呈三维网状结构,又能耐油类等的浸渍,大量应用于油槽、油轮、飞机的整体油箱内壁衬里等。(7)环氧固化物的耐热性一般为80~100℃。环氧树脂的耐热品种可达200℃或更高。环氧树脂通常用于一些工作温度较低的进气道和框架等。这是由于其耐热性相对较低。这种复合材料的另一个应用为环氧树脂点焊胶。环氧树脂点焊胶是指(epoxyresinadhesive)一般是指以环氧树脂为主体所制得的胶粘剂,环氧树脂胶一般还应包括环氧树脂固化剂,否则这个胶就不会固化。可粘接各种金属及合金,陶瓷、玻璃、木材、纸板、塑料、混凝土、石材、竹材等非金属材料,亦可进行金属与非金属材料间的粘接。一些环氧树脂点焊胶的特性::..另一种被广泛应用于航空领域的复合材料是双马来酰亚***。双马来酰亚***(简称BMI)是由聚酰亚***树脂体系派生的另一类树脂体系,是以马来酰亚***(MI)为活性端基的双官能团化合物,有与环氧树脂相近的流动性和可模塑性,可用与环氧树脂类同的一般方法进行加工成型,克服了环氧树脂耐热性相对较低的缺点,因此,近二十年来得到迅速发展和广泛应用。双马来酰亚***树脂(BMI)以其优异的耐热性、电绝缘性、透波性、耐辐射、阻燃性,良好的力学性能和尺寸稳定性,成型工艺类似于环氧树脂等特点,被广泛应用于航空、航天、机械、电子等工业领域中,先进复合材料的树脂基体、耐高温绝缘材料和胶粘剂等。双马来酞亚***的主要性能如下::..(1)耐热性双马来酰亚***由于含有苯环、酞亚***杂环及交联密度较高而使其固化物具有优良的耐热性,一般大于250℃,使用温度范围为177~232℃左右。脂肪族BMI中乙二***是最稳定的,随着亚***数目的增多,起始热分解温度将下降。芳香族BMI的分解温度一般都高于脂肪族BMI,其中2,4-二氨基苯类高于其他种类。另外,分解温度与交联密度有着密切的关系,在一定范围内随着交联密度的增大而升高。(2)溶解性常用的BMI单体不能溶于普通有机溶剂(如***、乙醇、***仿)中,只能溶于二***甲酰***(DMF)、N-***吡咯烷***(NMP)等强极性溶剂中。这是由于BMI的分子极性以及结构的对称性所决定的,因此如何改善溶解性是BMI改性的一个重要内容。(3)力学性能BMI树脂的固化反应属于加成型聚合反应,成型过程中无低分子副产物放出,且容易控制。固化物结构致密,缺陷少,因而BMI具有较高的强度和模量。但是由于固化物的交联密度高、分子链刚性强而使MB1呈现出极大的脆性,它表现在抗冲击强度差、断裂伸长率小、断裂韧性较低(<5J/m2)。而韧性差正是阻碍BMI适应高技术要求、扩大新应用领域的重大障碍,所以如何提高韧性就成为决定BMI应用及发展的技术关键之一。此外,BMI还具有优良的电性能、耐化学性能及耐辐射等性能。分子式:CHNO211424分子量:::155~159℃沸点:℃at760mmHg:..闪点:℃化学名称:N,N′-4,4′-二苯甲烷双马来酰亚***别名:BMI分子式:CHNO211424分子量:、H级或F级电气绝缘材料的一种比较理想的树脂基体,广泛用于航空、航天等工业领域。同时还具有价格居中,而且它们的固化属于加成反应,而非缩合反应。减少了有毒物质的挥发。上述优势使得BMI成为军用飞机的重要选材。这些复合材料主要用于雷达罩、进气道、机翼(含整体油箱等)、襟翼、副翼、垂尾、平尾、减速板及机身蒙皮等。例如:美国F-22隐形机的全部蒙皮以及大量的肋、梁及水平安(上图为美国F-22飞机,下图为法国阵风战斗机):..定面等都选用了双马来酞亚***,而环氧树脂则只用于一些工作温度较低的进气道和框架等。法国的“阵风”战斗机机翼大部分部件和机身的一半都采用了碳纤维复合材料。还有一些其他高性能树脂也在航空领域得到了应用。这些高性能树脂通常具有优良的物理、力学、电学、热学、耐化学腐蚀等综合性能,其中尤以耐高温性能最重要。它们的问世给复合提供了高性能的基体材料,促进了复合材料迅速地向高性能复合材料(AdvancedCompositeMate材料rials,ACM)的发展,从而促使宇航、航空、太空武器、等以更惊人的速度发展。随着时代的进步,飞机种类越来越多,人们加大了对涂料的使用力度,其中最具有代表性的就是隐形机的发明。隐形战斗机是指雷达一般探测不到得战斗机。其原理是指战斗机机身通过结构或者涂料的技术,使得雷达反射面积尽量变小,尽量降低飞机被敌方雷达、红:..外辐射等探测系统发现和跟踪的可能性。其中吸波涂料在飞机隐形功能上起到的作用仅次于飞机的外形结构。从20世纪50年代起,美国开展了较为系统的飞机隐形技术的研究,经过20多年的发展,20世纪70年代开始研制隐形飞机,80年代装备部队并投入使用。美国研制的最早一款真正意义上的隐形战斗机F-117,机身表面包覆了红外与微波隐形材料,其对不同波段的电磁波有强烈的吸收能力,可以逃避雷达的监视。1991年的海湾战争中美国的隐形(首架隐形战机F-117)战斗机F-117出动1000多架次而无一受损,在国际上引起了极大的反响。目前世界各国都很重视对隐形飞机的研究。隐形材料堪称隐形飞机的一***宝。F-117A只少量采用了复合材料,基本上是金属半硬壳式结构,因此机身。机翼和尾翼均涂覆了铁氧体吸波材料,隐形材料按其功能又可分为雷达吸波涂料、红外吸波涂料、可见光吸波涂料、激光吸波涂料、声纳吸波涂料、多功能吸波涂料和高温:..吸波涂料。雷达吸波涂料是目前吸波涂料的主要应用种类。雷达吸波涂料就是对雷达波具有低反射的涂料。其作用方式有两种:一是涂料吸收雷达波,转换为热能;二是当涂层厚度等于雷达波长的1/4时,通过谐振作用减少雷达波的反射。目前,应用于飞机的雷达吸波涂料比较多,如铁氧体吸波涂料,其价格低廉,吸波能力强,应用广泛;羰基铁吸波涂料吸收能力强,应用方便,但面密度大;陶瓷吸波涂料密度低,吸波性能好;放射性同位素吸波涂料,涂层薄且轻,具有吸收频带宽、耐用性好、能承受高速空气动力等优点;导电高分子吸波涂料涂层薄且易维护,吸收频带宽。近年来,纳米吸波涂料成为吸波涂料新的亮点,其机械性能好,面密度低,是高效的宽频带吸波涂料,可以覆盖电磁波、微波和红外,并能增强腐蚀防护能力,耐候性好,涂装性能优异。另外手征吸波涂料是近几年来吸波涂料领域研究的热点,与一般吸波涂料相比,具有吸波频率高、吸收频带宽的优点,并可以通过调节旋波参量来改善吸波特性,在提高吸波性能、扩展吸波带方面具有很大潜能。红外吸波涂料是指用于减弱武器系统红外特征的信号以达到隐形技术要求的特殊功能涂料。红外吸波涂料的主体树脂是单组分橡胶树脂,其与过***乙烯涂料、环氧铁红底漆、聚氨酯涂料具有良好的配套性。可见光吸波涂料又称视频隐形技术,可以弥补雷达隐形和红外隐:..形的不足。它针对人的目视、照相、摄像等观测手段,通过降低飞机目标与背景之间的亮度、色度和运动的对比特征,达到降低目标被发现的概率。近年来纳米材料成为了材料界的新宠,纳米吸波复合材料正被作为新一代隐身材料加以研制,由于纳米材料的结构尺寸在纳米数量级,物质的量子尺寸效应和表面效应等方面对材料性能有重要影响。隐身材料按其吸波机制可分为电损耗型与磁损耗型。电损耗型隐身材料包括SiC粉末、SiC纤维、金属短纤维、钛酸钡陶瓷体、导电高聚物以及导电石墨粉等;磁损耗型隐身材料包括铁氧体粉、羟基铁粉、超细金属粉或纳米相材料等。纳米吸波复合材料按其材料成型工艺和承载能力可分为涂敷型和结构型2种。前者指涂料、胶膜一类的材料,后者指功能与结构一体化的纤维增强树脂基复合材料。敷型纳米吸波复合材料通常是吸收剂与粘结剂混合后涂敷于目标表面形成吸波复合涂层。将这种涂层涂敷于目标表面即可制成涂敷型纳米吸波复合材料,目前研究较多的多层涂敷型吸波材料是由电损耗和磁损耗材料复合而成的2层和3层吸波涂层。为应对不同雷达的不同工作方式,现在的隐身飞机已经开始有选择地用纳米吸波材料,即将纳米粉体均匀分散到飞机表面涂料当中,以增强吸收雷达电磁波的效率。一些发达国家正在进行主动抵消技术的研究,即利用吸波材料先吸收大部分雷达波剩下少量的反射波再利用主翼梁动抵消技术将其全部抵消,这样雷达就会完全失去作用。:..结构型纳米吸波复合材料是将吸收剂分散在由特种纤维(如石英纤维、玻璃纤维等)增强的结构复合材料中所形成的结构复合材料,它具有承载和吸收雷达波的双重功能。第五章明天的幻想到目前为止,树脂基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料和金属间化合物已经成为构成飞机的主流材料。在今后的用量也将不断加大。伴随着科技的发展,智能结构将是今后飞机发展的一大趋势、因此智能材料成为当前研究的新热点。飞机上采用的智能结构是由各种智能材料制成的传感元件、处理元件和驱动元件组成的,而这三个组成部分相当于人的神经、大脑和肌肉。一般来说智能材料由基体材料、敏感材料、驱动材料和信息处理器四部分构成。(1)基体材料基体材料担负着承载的作用,一般宜选用轻质材料。一般基体材料首选高分子材料,因为其重量轻、耐腐蚀,尤其具有粘弹性的非线性特征。其次也可选用金属材料,以轻质有色合金为主。(2)敏感材料敏感材料担负着传感的任务,其主要作用是感知环境变化(包括压力、应力、温度、电磁场、PH值等)。常用敏感材料如形状记忆材料、压电材料、光纤材料、磁致伸缩材料、电致变色材料、电流变体、磁流变体和液晶材料等。(3)驱动材料因为在一定条件下驱动材料可产生较大的应:..变和应力,所以它担负着响应和控制的任务。常用有效驱动材料如形状记忆材料、压电材料、电流变体和磁致伸缩材料等。可以看出,这些材料既是驱动材料又是敏感材料,显然起到了身兼二职的作用,这也是智能材料设计时可采用的一种思路。(4)其它功能材料包括导电材料、磁性材料、光纤和半导体材料等。(由复合材料制作的美军长航多智能飞机)在飞机制造方面,科学家正在研制具有如下功能的智能材料:当飞机在飞行中遇到涡流或猛烈的逆风时,机翼中的智能材料能迅速变形,并带动机翼改变形状,从而消除涡流或逆风的影响,使飞机仍能平稳地飞行。还有人设想用智能材料制成涂料,涂在机身和机翼上,当机身或机翼内出现应力时,涂料会改变颜色,以此警告。目前,虽然智能材料虽然尚处于早期开发阶段,但正孕育着新的突破和大的发展。:..