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2021-08


聚醚醚酮(PEEK)复合材料在航空航天领域的应用发展
点击量:2550 关键词:聚泰新材料 发布者:
  高分子复合材料由于其良好的耐化学腐蚀性、塑性成型性,在飞机襟翼、肋板和框架等承力构件中获得广泛应用,实现了轻量化设计目标。此外,其独特的耐高低温性能、耐疲劳性能和耐水解等性能,使其在雷达天线罩、紧固系统等领域的得到广泛的应用。
  随着新一代武器装备结构与功能一体化的发展,高分子复合材料及其产品突破了传统金属材料的应用局限,甚至在提高性能的同时产生了革命性的影响。此外高分子复合材料及其制品的应用水平一直是衡量设备先进与否的重要指标之一。高分子复合材料在航空领域的发展大致经历了次承力构件—尾翼级主承力构件—机翼—机身主承力构件四个阶段(图一),逐渐由小型构件向大型核心构件,由军用向民用发展。
图一、高分子复合材料在飞机上的应用
  聚醚醚酮(PEEK)热塑性材料能在宽广的温度范围和极端条件下提供卓越的综合性能,成为当今最热门的高性能工程塑料,在航空航天领域涌现很多替代传统金属材料的经典案例,在设计自由度、制造效率、结构轻量化及可靠性等方面实现了对传统铝材的超越。PEEK材料一问世,就被作为一种军工材料应用于航天、航空领域,它可以替代铝和其他金属材料制造各种零部件。
  
图二、比强度对比示意图
  PEEK材料与其他常用航空金属的比强度对比示意图如图二所示,由图二可以看出,经过短纤维增强的PEEK材料具有更优异的强度和刚度。
图三、PEEK材料和铝的拉伸疲劳性能对比示意图
  PEEK材料和铝的拉伸疲劳性能对比如图三所示。由图三可以看出,PEEK材料的疲劳寿命比典型航空铝合金长100倍。
  最初PEEK材料在支架、夹子、卡箍、连接头、紧固件和其他系统附加装置方面获得较好应用(见图四)。当前最普遍的方法是进行纤维增强,大量研究发现,利用玻纤(GF)、碳纳米管(CNT)、碳纤(CF)增强的PEEK材料,力学、热学等性能有显著提高。纤维增强PEEK材料已逐渐开始在主承力构件中应用(见图五)。
图四、PEEK材料附件
图五、PEEK典型结构件
  此外空客A350~A900飞机舱门配件采用了一种高模量碳纤维增强的PEEK材料。使用该材料,容易进行钻孔加工,可实现减重40%,节约成本40%。PEEK管道现已被指定用于空客A350XWB的货舱排水系统。在航天领域,玻纤增强的PEEK材料已成功应用于卫星锂电池零件、高温绝缘圈等。
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