廖子龍，中航復(fù)合材料有限責(zé)任公司副總工程師，研究員。長(zhǎng)期從事樹(shù)脂基體及預(yù)浸料研究工作，多次負(fù)責(zé)重大課題項(xiàng)目中樹(shù)脂及預(yù)浸料研制，國(guó)產(chǎn)碳纖維應(yīng)用研究。對(duì)高性能樹(shù)脂改性，熱熔法預(yù)浸料制備工藝與設(shè)備等方面進(jìn)行了系統(tǒng)研究，針對(duì)我國(guó)碳纖維等增強(qiáng)材料復(fù)合材料開(kāi)展全面研究和驗(yàn)證，突破國(guó)產(chǎn)碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)，在我國(guó)新一代直升機(jī)上獲得應(yīng)用。先后獲得集團(tuán)科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)2項(xiàng)，二等獎(jiǎng)3項(xiàng)，三等獎(jiǎng)2項(xiàng)，某型機(jī)航空?qǐng)?bào)國(guó)金獎(jiǎng)三等獎(jiǎng)，某型直升機(jī)設(shè)計(jì)定型二等功，直升機(jī)國(guó)產(chǎn)復(fù)合材料應(yīng)用研究及工程化應(yīng)用項(xiàng)目二等功。
先進(jìn)復(fù)合材料具有比模量、比強(qiáng)度高，抗疲勞、耐腐蝕，可設(shè)計(jì)性強(qiáng)等性能特點(diǎn)，已在航空裝備中得到廣泛應(yīng)用，成為飛機(jī)結(jié)構(gòu)最重要的材料之一，其用量成為飛機(jī)先進(jìn)性的重要標(biāo)志之一。與傳統(tǒng)的飛機(jī)機(jī)體使用的金屬材料(如鋁合金)相比，復(fù)合材料在制造或使用中遭受意外沖擊(如冰雹、飛石、裝配過(guò)程的工具跌落等)時(shí)，其內(nèi)部易出現(xiàn)不易觀測(cè)到的分層損傷，嚴(yán)重威脅飛機(jī)結(jié)構(gòu)的安全。因此，如何提高復(fù)合材料的抗沖擊損傷能力是復(fù)合材料在機(jī)翼、機(jī)身等主承力結(jié)構(gòu)應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)之一。
隨著復(fù)合材料技術(shù)的不斷發(fā)展和飛機(jī)結(jié)構(gòu)對(duì)復(fù)合材料要求的提高，1990年波音公司制定了高韌性碳纖維環(huán)氧預(yù)浸料標(biāo)準(zhǔn)(BMS8-276)，提出了適合民機(jī)主承力結(jié)構(gòu)用復(fù)合材料的技術(shù)指標(biāo)體系，大大推動(dòng)高韌性復(fù)合材料技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用。隨著高強(qiáng)中模碳纖維及與之匹配的高韌性樹(shù)脂基體等關(guān)鍵技術(shù)的突破，高強(qiáng)中模碳纖維增強(qiáng)3900-2、977-1、8551-7、M91和M21E樹(shù)脂復(fù)合材料等為代表的高韌性復(fù)合材料抗沖擊損傷能力顯著提高，復(fù)合材料的CAI值達(dá)到310MPa以上，并在飛機(jī)主承力結(jié)構(gòu)得到廣泛應(yīng)用。
高韌性預(yù)浸料技術(shù)體系
目前，航空先進(jìn)復(fù)合材料的主要基體材料是熱固性樹(shù)脂(如用量較多的環(huán)氧樹(shù)脂基體類，雙馬來(lái)酰亞胺基體類)，熱固性樹(shù)脂具有成型工藝性、耐環(huán)境性和尺寸穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，傳統(tǒng)的熱固性樹(shù)脂基體韌性較差，并遺傳給碳纖維復(fù)合材料較低的抗沖擊損傷能力。
提高碳纖維復(fù)合材料抗沖擊損傷能力是先進(jìn)復(fù)合材料及應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)之一，主要核心技術(shù)是基體樹(shù)脂增韌。熱固性樹(shù)脂最有效的增韌方法之一是向樹(shù)脂基體中加入韌性組分，通過(guò)構(gòu)造所謂的“復(fù)相”或“多元”體系的手段達(dá)到提高樹(shù)脂基體體系韌性的目的。傳統(tǒng)熱固性樹(shù)脂基體的增韌方法主要是在樹(shù)脂中加入高性能的熱塑性樹(shù)脂，這種增韌技術(shù)通常稱之為本體增韌技術(shù)，在本體增韌技術(shù)基礎(chǔ)形成了初、中等韌性熱固性樹(shù)脂。樹(shù)脂本體增韌技術(shù)引入大量熱塑性成分后，犧牲了原有熱固性樹(shù)脂良好的黏性，使其工藝性明顯“劣化”，預(yù)浸料鋪敷性下降。此外，樹(shù)脂化學(xué)成分的改變以及固化后相結(jié)構(gòu)的改變，使得增韌樹(shù)脂新結(jié)構(gòu)的控制非常復(fù)雜。
中航工業(yè)復(fù)合材料技術(shù)中心/中航復(fù)合材料有限責(zé)任公司(簡(jiǎn)稱中航工業(yè)復(fù)材)是國(guó)內(nèi)最早開(kāi)展先進(jìn)復(fù)合材料研究的單位，曾承擔(dān)大量國(guó)家、國(guó)防重點(diǎn)高性能樹(shù)脂及復(fù)合材料研究項(xiàng)目。在熱固性樹(shù)脂增韌機(jī)理、中等韌性、高韌性樹(shù)脂體系開(kāi)發(fā)和適用于韌性樹(shù)脂的預(yù)浸料制備工藝與設(shè)備等方面開(kāi)展了大量系統(tǒng)的研究工作。
發(fā)展系列化、具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的復(fù)合材料層間增韌技術(shù)。在不改變?cè)袩峁绦詷?shù)脂預(yù)浸料的工藝優(yōu)點(diǎn)，并保持其面內(nèi)力學(xué)性能不變的同時(shí)，大幅度提高了復(fù)合材料的沖擊損傷能力，達(dá)到了波音公司對(duì)高韌性結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的要求(BMS8-276)，為第三代高韌性復(fù)合材料發(fā)展和應(yīng)用奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。
自主研發(fā)基于增韌組分再分配原理的復(fù)合材料增韌技術(shù)體系。在復(fù)合材料成型過(guò)程中，樹(shù)脂體系中的增韌組分向復(fù)合材料層間的轉(zhuǎn)移、富集，從而達(dá)到對(duì)復(fù)合材料抗損傷能力薄弱的層間增韌的目的，形成了第二代高韌性環(huán)氧樹(shù)脂基體(如5228A、9916-II等)和雙馬樹(shù)脂基體(QY9611、5429等)復(fù)合材料。
開(kāi)發(fā)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)韌性樹(shù)脂預(yù)浸料制備技術(shù)。采用渦旋異步分離膜滑延轉(zhuǎn)印及反向滲透復(fù)合預(yù)浸，突破高精度高韌性樹(shù)脂膜制備及其連續(xù)化生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)，研制出國(guó)內(nèi)首臺(tái)適用于高韌性樹(shù)脂預(yù)浸料制造設(shè)備，實(shí)現(xiàn)高精度高韌性預(yù)浸料連續(xù)工程化生產(chǎn)，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)高韌性預(yù)浸料制備工藝技術(shù)和專用裝備的空白。
研制能力與復(fù)合材料應(yīng)用
中航工業(yè)復(fù)材擁有包括中國(guó)工程院院士，中航工業(yè)復(fù)合材料首席、特級(jí)、一級(jí)專家和中航工業(yè)基礎(chǔ)院首席專家在內(nèi)的，長(zhǎng)期從事高性能樹(shù)脂基體研究和預(yù)浸料制備工藝技術(shù)研發(fā)的專家隊(duì)伍與專業(yè)技術(shù)人員。現(xiàn)有樹(shù)脂預(yù)浸料專用生產(chǎn)廠房1.5萬(wàn)平方米，4套具有國(guó)際先進(jìn)水平大型熱熔預(yù)浸機(jī)，有力保障了國(guó)內(nèi)航空裝備對(duì)先進(jìn)復(fù)合材料樹(shù)脂及預(yù)浸料的需求。
經(jīng)過(guò)多年來(lái)技術(shù)基礎(chǔ)預(yù)研和關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，突破了高韌性復(fù)合材料關(guān)鍵技術(shù)，自主研發(fā)系列化的高性能樹(shù)脂體系，復(fù)合材料綜合性能達(dá)到國(guó)外高性能復(fù)合材料第二代技術(shù)水平，并在我國(guó)各種飛機(jī)主承力結(jié)構(gòu)，次承力結(jié)構(gòu)，功能結(jié)構(gòu)和發(fā)動(dòng)機(jī)冷端結(jié)構(gòu)上獲得應(yīng)用。已基本掌握第三代高性能復(fù)合材料關(guān)鍵技術(shù)，5228E、9918和AC531等高韌性樹(shù)脂復(fù)合材料的韌性CAI已達(dá)到310MPa以上，為第三代高韌性結(jié)構(gòu)復(fù)合材料在我國(guó)新一代飛機(jī)主承力結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用復(fù)合材料奠定了基礎(chǔ)。
中航工業(yè)復(fù)材系統(tǒng)開(kāi)展了國(guó)產(chǎn)T300級(jí)碳纖維增強(qiáng)高韌性環(huán)氧樹(shù)脂基復(fù)合材料應(yīng)用研究，已經(jīng)成功應(yīng)用于飛機(jī)的垂尾、平尾和機(jī)身尾段等結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)開(kāi)展了國(guó)產(chǎn)T700碳纖維增強(qiáng)雙馬樹(shù)脂基復(fù)合材料研制及應(yīng)用研究，突破了高韌性雙馬樹(shù)脂基體制備及其預(yù)浸料制備等關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)T700級(jí)碳纖維增強(qiáng)高韌性雙馬樹(shù)脂基復(fù)合材料在飛機(jī)機(jī)翼、機(jī)身等主結(jié)構(gòu)上的率先應(yīng)用。研究開(kāi)發(fā)了包括高韌性環(huán)氧樹(shù)脂，雙馬樹(shù)脂等多型國(guó)產(chǎn)碳纖維預(yù)浸料，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)新一代飛機(jī)關(guān)鍵復(fù)合材料的完全自主保障。
為了滿足我國(guó)航空裝備的發(fā)展需求，中航工業(yè)復(fù)材開(kāi)展了國(guó)產(chǎn)T800級(jí)高韌性碳纖維復(fù)合材料全面性能和制造工藝考核驗(yàn)證，國(guó)產(chǎn)碳纖維增強(qiáng)高韌性復(fù)合材料的性能達(dá)到了國(guó)內(nèi)領(lǐng)先、國(guó)際先進(jìn)水平。同時(shí)，針對(duì)復(fù)合材料自動(dòng)鋪放技術(shù)，開(kāi)發(fā)了適用于纖維自動(dòng)鋪帶(絲束)預(yù)浸料，為實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料自動(dòng)化制造提供預(yù)浸料材料基礎(chǔ)。
中航工業(yè)復(fù)材承擔(dān)我國(guó)航空復(fù)合材料材料標(biāo)準(zhǔn)和工藝規(guī)范體系的建設(shè)，是我國(guó)航空用樹(shù)脂及預(yù)浸料的生產(chǎn)供應(yīng)商，正在努力實(shí)現(xiàn)“成為世界級(jí)先進(jìn)復(fù)合材料技術(shù)和產(chǎn)業(yè)先鋒”的愿景。