江苏省纤维增强塑料联盟专题Ｆｉｂｅｒｇｌａｓｓ宋清华，等：玻璃纤维增强热塑性塑料在航空航天领域中的应用中图分类号：ＴＱｌ７１．７７＋７．７７文献标识码：Ａ玻璃纤维增强热塑性塑料在航窒航天领域中的应用宋清华，肖军，文立伟，严飙，孙成（南京航空航天大学，南京２１００１６）摘要：研究了玻璃纤维增强热塑性塑料（ＧＲＴＰ）的分类，短玻纤增强热塑性塑料（ＳＦＴ），玻纤毡增强热塑性塑料（ＧＭＴ），长纤维增强热塑性塑料（ＬＦＴ）３种类型的特性和制备方法。介绍ＧＲＴＰ在军用飞机和民用飞机等航空航天领域的应用情况。总结了未来纤维增强热塑性复合材料的发展方向。关键词：玻璃纤维增强热塑性塑料；航空航天；应用ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｏｆＧｌａｓｓＦｉｂｅｒＲｅｉｎｆｏｒｃｅｄＴｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃｓｉｎＡｅｒｏｓｐａｃｅＳｅｃｔｏｒＳＯＮＧＱｉｎｇｈｕａ，ＸＩＡＯＪｕｎ，ＷＥＮＬｉｗｅｉ，ＹＡＮＢｉａｏ，ＳＵＮＣｈｅｎｇ（ＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＡｅｒｏｎａｕｔｉｃｓａｎｄＡｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００１６）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｆｔｅｒａｇｅｎｅｒａｌｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎｏｎｔｈｅｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｇｌａｓｓｆｉｂｅｒｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃｓ（ＧＲＴＰ）ａｎｄｔｈｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｎｄｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓｏｆｔｈｒｅｅｔｙｐｅｓｏｆＧＲＴＰ，ｉ．ｅ．ｓｈｏｒｔｆｉｂｅｒｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃｓ（ＳＦＴ），ｇｌａｓｓｍａｔｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃｓ（ＧＭＴ）ａｎｄｌｏｎｇｆｉｂｅｒｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃｓ（Ｌ兀‟），ｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｏｆＧＲＴＰｉｎｔｈ ｅａｅｒｏｓｐａｃｅｓｅｃｔｏｒ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｍｉｌｉｔａｒｙｖｅｈｉｃｌｅｓａｎｄｃｉｖｉｌａｉｒｃｒａｆｔｓ，ａｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓｏｆｆｉｂｅｒｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｉｎｆｕｔｕｒｅａｒｅｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｇｌａｓｓｆｉｂｅｒｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃｓ；ａｅｒｏｓｐａｃｅ；ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ１玻璃纤维增强热塑性塑料概述现在２０世纪中叶，经过十几年的发展，目前ＧＲＴＰ市１．１分类及特性场年增长率为５％左右，已超过玻璃纤维增强热固性塑料的增长速度。玻璃纤维增强热塑性塑料是一种玻璃纤维增强热塑性塑料（简称ＧＲＴＰ）大约出轻质高强度的复合材料，纤维质量分数为收稿Ｅｌ期：２０１２～０４—０ｌ２０％～５０％。所用基体材料一般有聚丙烯、聚乙烯、修回日期：２０１２—１０—１２聚苯乙烯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、聚氯乙烯、聚四作者简介：宋清华，男，１９８７年生，南京航空航天大学材料科学与技术学院博士生。研究方向：热塑性树脂基复合材料自动铺放氟乙烯及ＡＢＳ、ＰＥＴ、ＰＢＴ等等。根据玻璃纤维增强方技术。式的不同，ＧＲＴＰ分为ＳＦｒ、ＬＦＴ和ＧＭＴ这３种类《玻璃纤维）２０１２年第６期４０万方数据宋清华，等：玻璃纤维增强热塑性塑料在航空航天领域中的应用江苏省纤维增强塑料联盟专题Ｆ｛ｂｅｒ寤嫩型…。ＳＦＹ是短玻纤增强热塑性塑料，它是ＧＲＴＰ的结，冷却后切割成为片材。湿法ＧＭＴ片材中纤维分主
要品种，但并不适用于对材料性能要求高的场合；散均匀，制品外观良好，适宜制造汽车的外表部件。ＧＭＴ是玻纤毡增强热塑性塑料，其力学性能优良，尤而且由于湿法片材的流动性好，更加适合于制造复杂其具有突出的耐冲击性和耐腐蚀性，因此在汽车、化几何形状的薄壁制品。但由于增强纤维形态不同，其工等行业获得了迅速发展；ＬＦＴ是长纤维增强热塑性制品的力学性能不如干法片材制品。塑料，它的玻纤长度在４ｍ／ｎ以上，由于增强塑料的性ＳＦＴ制造过程中，由于纤维在挤出机中与树脂能与纤维长度有关，纤维短时，很难用于结构用途，所混炼后，在螺杆?突 布浣 屑羟校 虼讼宋 崾艿揭裕牵停院停蹋疲栽谟τ蒙匣岜龋樱疲伞庇泻艽筇嵘 ?损伤，在粒料中长度变短，直接影响增强塑料的性ＧＲＴＰ具有良好的拉伸、弯曲、压缩弹性模量及能。而ＬＦＴｒ因玻璃纤维长度较长，而且纤维长度分抗蠕变性能，它尺寸稳定、加工性能好、成型周期短、布更好，能增强制品的力学性能，尤其是能提高抗冲生产效率高，而且还可以回收利用。因此已被广泛击强度。它与ＳＦＩ”相比具有独特性能，如：刚度好、用于汽车、机械、电器、建筑、船舶、航天等领域。尤变形小、韧性高、抗蠕变性能好、尺寸稳定、耐疲劳。其是在汽车生产中应用日渐增多，制品一般为保险一般来说，Ｌ盯制造方法有两种：一种是粒料法，即杠、挡泥板、发动机罩、仪表盘、车门、座椅靠背、暖气先制成粒料，再加入其他添加剂、填料等成型为制机叶轮等。在电气电子和信息技术方面，因其尺寸品；第二种是直接法，即直接混配玻璃纤维、塑料及精度高、线膨胀系数小、电性能好，用以制造仪表罩添加剂后成型为制品Ｈ１。壳、接线盒、电视机后盖、风扇叶片等。在化工防腐方面，ＧＲＴＰ用作贮罐、管道、内管等。２ＧＲＴＰ在航空航天领域的应用１．２ＧＲＴＰ的制备方法复合材料已在航
空航天飞行器上获得多种应ＳＦＴ是传统的种类，应用较普遍，生产过程是将用，例如飞机机身、机翼、内装件、火箭和导弹发动机短切成一定长度的玻璃纤维、填料及其他添加剂与塑壳体、导弹弹药箱、喷管、发射筒、雷达罩和压力容器料于混后在挤出机中熔融混合，从机头挤出，边冷却等。由于刚度关系Ｈｊ，航空结构的外部通常多用非边切成很短的粒料，粒料作为半成品，经过模塑成型玻璃纤维的增强材料，但较小飞机的外部机身以及成为制品。最主要的成型方法是注塑法，其次是挤商用飞机的内部器件则可采用ＧＲＴＰ。出、吹塑、压塑、离心铸塑等成型方法。ＳＦＹ主要应用２．１在军机方面的应用领域是汽车行业，一般用作非结构零件。由于复合材ＧＲＴＰ因其内在特性在航空领域越来越受欢料中纤维赋予制品良好的热力学性能，还适用于制造迎，尤其是在军用飞机上。美国在ＧＲＴＰ方面具有靠近热源的器件。另外在电气电子和家用器具方面强大的、全面的研究和生产基地，其发展速度远超其也应用较广，其玻璃纤维质量分数约为３０％〔２３。他国家。西欧国家在热塑性树脂基复合材料的研ＧＭＴ力学性能优良，尤其具有突出的耐冲击性究、应用方面也具有较强的技术。军用飞机不断提能、耐腐蚀性、低成本、易加工、无存放期限制、可回收高性能的需求有力地推动了ＧＲＴＰ的开发研究。例和重复加工等优点，弥补了热固性复合材料的缺点。如在欧洲新型的ＥｕｒｏｆｉｇｈｔｅｒＴｙｐｈｏｏｎ战斗机（图１）ＧＭＴ的基本制造方法有两种：干法（热层合法）和湿中，碳纤维和玻璃纤维复合材料占据飞机骨架表面法。干法是将玻璃纤维毡（连续原丝针刺毡、短切原部分的８５％左右，机翼前沿就使用了ＧＲＴＰ。即将丝毡等）夹在热塑性塑料层（熔体或片材）之间，在高使用的欧洲Ａ４００Ｍ
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军用后勤飞机（图２）也将使用于塑料熔点的温度下加压结合，冷却后切成不同规格２０多米长的ＧＲＴＰ机翼罩。的片材，供模塑厂商使用；湿法则是利用造纸原理，将在航天和军事工程方面，ＧＲＴＰ早就用作火箭、导短切玻璃纤维原丝与塑料粉末在水中混合，形成浆弹的外壳或其发动机的外壳。例如美国“鹅”牌导弹就料，通过筛网成型机成型为毡状，脱水烘干，经热压熔全部使用玻璃钢制作外壳，“民兵”、“北极星”、“先锋”、《玻璃纤维）２０１２年第６期４１万方数据墅造型继型幽型！睦垦Ｒｅ泳墨ｓ宋清华，等：玻璃纤维增强热塑性塑料在航空航天领域主鲍廛旦点。据称美国先进战术战斗机（ＡＴｒ）结构的５０％将采用这一类结构吸波材料，材料牌号为ＡＰＣ（ＨＴＸ）。图１台风战斗机—一．≯一图３航天飞机释放ｘ一３７效果图…≯爹图２Ａ?础蓿途 迷耸浠?“海神”等导弹（图３）使用ＧＲＩＰ制作发动机壳体。最近美国波音公司为Ｘ一３７航天飞机（图４）制造的复合材料机翼是为下一代可复用航天飞行器而设计的。这种５．５Ⅱ跨度的三角形机翼是夹层结构，其面层是碳纤维布增强双马来酰胺树脂，芯层是玻璃钢／酚醛蜂窝结构。面层和芯层都具有优异的耐热陛。图４民兵洲际导弹ＧＲＴＰ还具有很多特殊的功能。例如作为透波材料ＰＥＥＫ、ＰＥＫＫ、ＰＥＫ、ＰＥＳ等树脂都具有比较好２．２在民用飞机方面的应用的雷达传输和介电透射特性，当雷达波透射到这些在民用飞机方面，ＧＲＴＰ同样具有重要的应用。目树脂基复合材料时，不容易形成爬行的电磁波。聚前世界航空业界的最大新闻热点当数欧洲空中客车醚砜（ＰＥＳ）对雷达射线透过率极佳，目前雷达天线（Ａｉｒｂｕｓ）公司的Ａ３８０客机（图５）。它是迄今世界上唯罩已用其代替过去的环氧制件。ＧＲＴＰ还具有极好一的双层四通道客机，可容纳５５５名乘客。据称Ａ３８０的吸波性
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能，能使频率为０．１ＭＨｚ一５０ＧＨｚ的脉冲客机将在飞机尺寸、制造技术和材料技术方面实现突大幅度衰减。美国空军研究发现将ＰＥＥＫ、ＰＥＫ和破。例如，在该飞机的上部机身将使用一种称为ＰＰＳ抽拉的单丝制成复丝分别与碳纤维、陶瓷纤维ＧＬＡＲＥ的由铝板和Ｓ一２＠高强玻璃纤维热塑性层压板等按一定比例交替混杂成纱束，编织成各种织物后交替构成的多层复合材料，ＧＬＡＲＥ的面积超过４００ｍ２。再与ＰＥＥＫ或ＰＰＳ制成复合材料，具有优良的吸收据估计用它可比传统结构节省重量８００ｋｇ。同时，它是雷达波性能，又兼具有重量轻、强度大、韧性好等特一种良好的防裂材料，可防止裂纹蔓延。有关机构称，《玻璃纤维）２０１２年第６期４２万方数据宋清华，等：玻璃纤维增强热塑性塑料在航空航天领域中的应用Ｒｂｅｒ沁江苏省纤维增强塑料联盟专题Ａ３８０是世界上最大的飞机，它正把材料技术推向最新其应用也日益广泛。但在航空工业上的应用并没有水平。目前，欧洲、亚洲的若干公司都在为Ａ３８０客机进达到当初设想的程度，而热固性树脂基复合材料仍行设计、研究或制造复合材料零部件。然是主要的复合材料。这主要是因为热塑性树脂粘英国ＩＣＩ公司利用５０％长玻纤增强尼龙６６制度比较大，溶解性能不好，材料成本高，缺少使用经造飞机上的阀门，代替了原来使用的酚醛石棉复合验等。目前国际上ＧＲＴＰ发展前景很好，但是由于材料，满足了飞机阀门在宽的温度范围内与燃料长我国在这方面的生产和开发研究较晚，因此，目前国期接触也能保持其性能和形状的要求。目前ＧＲＴＰ内产量较小、技术相对落后，仅局限于热固性塑料的用于飞机内部装饰件包括支架、门、窗等，以提高安生产。另外，由于国内ＧＲＴＰ自动化成型技术石竹素
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新型混凝土搅拌机落后，全性。随着ＧＲＴＰ的发展，其在飞机上的应用范围其加工速度与热固性复合材料相比慢了很多”ｏ。因也日益扩展。各国正在研究大型热塑性飞机主结构此为扩大ＧＲＴＰ的应用、发挥其优越性能，不仅要在的可行性。如２００５年空客公司与荷兰工业研究院提高材料性能、降低材料成本、积累使用经验等方面所已联手在热塑性材料领域进行合作，发起名为热进一步深入研究，还需加快国内ＧＲＴＰ自动化成型塑性非昂贵型飞机主结构（ＴＡＰＡＳ）的项目，开发必技术的研究步伐，以打破发达国家对我国的技术垄要的热塑性复合材料技术，为未来的飞机项目制造断，促进国防、航空航天事业的发展。并随着新技术大型主结构。的研发和市场需求增大，我国的ＧＲＴＰ的开发和生产一定会赶超世界先进水平。参考文献〔１〕汪济奎，张麟峰，戴干策．玻璃纤维增强热塑性复合材料的加工技术〔Ｊ〕．化工进展，１９９８．〔２〕刘学习，戴于策．玻璃纤维增强热塑性复合材料的研究进展〔Ｊ〕．纤维复合材料，２００４．〔３〕叶鼎铨．ＧＲＴＰ的发展概况〔Ｊ〕．中国塑料，２００５．〔４〕陈现景，戚德海，岳云龙，等．玻纤增强热塑性树脂基复合材料图５Ａ３舯客机的界面改性〔Ｊ〕．济南大学学报（自然科学版），２００８．３结语〔５〕唐倬，吴智华，?Ｑ藁 龋 牵遥裕谐尚图际跫捌溆τ谩玻省常?ＧＲＴＰ以其独特的性能引起人们的广泛注意，塑料工业，２００３．◆◇◆◇◆◇◆◇◆◇◆◇◆◇◆◇◆◇◆◇◆◇◆◇◆◇◆◇◆◇◆◇◆◇◆◇◆◇◆◇◆◇◆◇◆◇◆◇（上接第３９页）纶纤维增强，布的重量和型号无限制，但玻璃布一般成型迅速的夹芯制品用１２０布和７７８１布。蒙皮厚度为０．１２ｍｉｌｌ以上（取由德国赢创集团生产的高性能Ｒｏｈａｃｅｌｌ＠泡沫塑决于布的层数）。蒙皮要经过表面处理（如高光泽、料因其高强度、轻重量和很高的耐热性而备受欢迎。无光泽
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、高粘、纹理、防滑等处理）。这种泡沫芯材只需约２ｍｉｎ时间就可热成型为所需形所用芯材是具有优良防火性能的ＧＥＵｌｔｅｍ＠聚状。把Ｒｏｈａｃｅｌｌ＠与纤维增强热塑性塑料蒙皮相结合，醚酰亚胺聚合物。芯材被切削到所需厚度，最薄到即可制成成本效益极好的夹芯板。把泡沫芯与热塑３ｍｌｎ。还要使用一种热塑性胶膜来加速制造，并防性蒙皮一起加热成型，使二者粘结，然后冷却、脱模，止表面处理受损。不到４ｍｉｎ时间就可获得成品。（未完待续）《玻璃纤维）２０１２年第６期４３万方数据
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