新材料新工艺推动民机复合材料应用迈向新高度

近年来，新材料和新工艺不断涌现，推动先进复合材料朝着高性能、高效率、低成本和可持续方向发展，进一步提升了民机复合材料的应用水平。先进复合材料用量是衡量大型民用客机先进性的重要指标，当前各机型复合材料用量不断攀升，未来其发展正面临新的挑战与机遇。 先进复合材料在民用航空领域的应用已达到新高度。目前，空客 A350 飞机复合材料用量达结构重量的 53%，波音 B787 为 50%，我国自主研发的宽体客机复合材料结构也将处于同一水平。飞机的机身、机翼等主要结构及诸多次承力部件均采用复合材料制造，其中 90% 以上通过热压罐制造，选材以高性能环氧碳纤维为主。空客计划到 2028 年将 A350 产量提升至每月 12 架，波音 B787 历史最高产量约为 13 架 / 月。 在复合材料制造技术方面，液体成型技术发展迅速。为取代热压罐技术，欧美和俄罗斯制定了一系列研发计划，涌现出树脂传递模塑成型、真空辅助树脂灌注等现代液体成型工艺。该技术已成为主要的树脂基复合材料非热压罐制造技术，正从次承力结构向主承力结构延伸，其综合性能不断提升，制造成本优势明显，未来有望实现大尺寸、主承力结构的大规模应用和批产。 热塑性复合材料技术也取得显著进展。与热固性复合材料相比，热塑性复合材料具有韧性高、阻燃性好等优点，可采用多种非热压罐制造工艺，成型周期短，成本低且生产效率高。欧盟 “洁净天空” 计划和美国 NASA 的 HiCAM 研究计划都对其进行了重点研究，热塑性复合材料及其相关技术已成为发展最快的方向之一。 绿色复合材料技术致力于解决复合材料大规模应用带来的资源回收利用及环境影响问题。目前多处于研发验证阶段，采用可降解高分子材料等制备更环保的复合材料，对推动航空复合材料可持续发展具有重要作用。 此外，预浸料新产品不断涌现。美国赫氏公司的 IM10 碳纤维和东丽公司的 T1100/3960 预浸料系统提升了复合材料性能，东丽先进复合材料的 TC1130 解决了热塑性复合材料粘接强度低的问题，拓宽了航空复合材料的应用范围。 回顾商用飞机发展历程，复合材料应用技术和水平持续提升。下一代飞机的复合材料水平必将再上新台阶，液体成型技术、热塑性复合材料、绿色环保复合材料和高性能预浸料新产品等是重要发展方向，具有重大产业价值。国内应加大对这些技术的投入和布局，为商用飞机复合材料的高水平应用和发展提供技术和政策保障，以更好地应对未来的挑战和机遇。