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高分子材料是如何在航空領域發揮作用的

文章來源：賢集網更新時間：2024-02-28 16:03:56

前言

航空發動機是工業工程領域的皇冠，代表著一國的科技實力。逆向測繪、材料和加工工藝是航空發動機的核心技術，其中，材料的選擇和加工工藝的改進對于提高航空發動機的性能和可靠性至關重要。在航空發動機中，常用的材料包括高溫合金、鈦合金、鋁合金等，這些材料具有良好的高溫強度、抗腐蝕性和輕量化特性。然而，隨著航空發動機的不斷發展，對于材料的要求也越來越高，需要材料具有更高的強度、更好的耐腐蝕性和更長的使用壽命。

發展前景

在這樣的背景下，高分子材料作為一種新型材料，具有良好的性能和廣闊的應用前景。高分子材料是指由相對分子質量較高的化合物構成的材料，具有良好的可塑性、耐磨性、耐腐蝕性和絕緣性等特點。在航空發動機領域，高分子材料可以用于制造發動機葉片、燃燒室、渦輪盤等部件，提高發動機的性能和可靠性。

首先，高分子材料具有良好的可塑性，可以通過注射成型、擠出成型等方式制成各種形狀的零件，從而滿足航空發動機的復雜結構要求。其次，高分子材料具有良好的耐磨性和耐腐蝕性，可以提高發動機部件的使用壽命和可靠性。此外，高分子材料還具有良好的絕緣性，可以減少發動機部件之間的電接觸，提高發動機的安全性。

在航空發動機領域，目前已經有一些高分子材料得到了應用。例如，聚酰亞胺（PI）是一種高性能的高分子材料，具有良好的耐高溫性、耐磨性和耐腐蝕性，被廣泛應用于航空發動機的葉片、燃燒室等部件。聚醚醚酮（PEEK）是一種高性能的半結晶性高分子材料，具有良好的耐高溫性、耐磨性和耐腐蝕性，被廣泛應用于航空發動機的渦輪盤等部件。

除了上述應用外，高分子材料在航空發動機領域還有著廣闊的應用前景。例如，高分子材料可以用于制造發動機的密封件、軸承等部件，提高發動機的密封性和可靠性。此外，高分子材料還可以用于制造發動機的燃油管、液壓管等部件，提高發動機的燃油效率和可靠性。

國產C919大飛機上的高分子材料

1、T800級碳纖維復合材料

目前，C919的后機身后段、平尾、垂尾、升降舵、方向舵、襟翼、副翼、小翼、擾流板等部位均使用了碳纖維復合材料。

其使用的碳纖維復合材料主要是T800級。它采用增韌環氧樹脂基體，增強纖維為T800碳纖維，拉伸強度和拉伸模量較T300提高50%左右，也是目前國際上民機主承力結構應用最為廣泛的復合材料。

2、玻璃纖維復合材料

相比碳纖維復合材料，玻璃纖維復合材料的力學性能稍低，但由于碳纖維介電常數較高，會影響雷達工作，C919大型客機的雷達罩使用了玻璃纖維復合材料。

另外一些受力較小的部件，如襟翼也使用了玻璃纖維復合材料。因為玻璃纖維復合材料成本比碳纖維復合材料低，在受力較小的部件上應用，既可以達到設計要求，又可以降低造成本。

3、氟塑料制品

航空氟塑料制品作為大飛機上應用的非金屬標準件之一，其原材料是聚四氟乙烯，也就是傳說中的“塑料王”。

用聚四氟乙烯生產出的這些標準件具有耐高低溫、耐腐蝕、電絕緣等優良性能，產品主要用于固定和連接飛機上紛繁復雜的電線線纜和管道。

浙江歌瑞新材料有限公司（簡稱“歌瑞新材”）為國產大飛機C919交付了提供八大類產品，每架C919大飛機使用航空氟塑料制品萬余個。

4、芳綸蜂窩材料

C919大型客機艙門和客貨艙地板使用了芳綸蜂窩材料，這是一種采用酚醛樹脂浸漬的芳綸紙制成的輕質高強非金屬仿生芯材制品。它模仿蜜蜂的蜂巢設計，具有穩定、輕質的結構和很高的比強度，與泡沫芯材相比，它具有更高的剪切強度，與金屬蜂窩相比，它更加耐腐蝕。

同時，芳綸蜂窩材料還具有高韌性、良好的抗疲勞性能和防火性能，是一種比較理想的民機復合材料。

5、芳砜綸纖維

C919機艙內部首次啟用芳砜綸纖維制作椅罩、門簾，將使得飛機減重30公斤以上，每架飛機能夠節省超萬元成本。

芳砜綸簡稱PSA纖維，由聚砜酰胺組成。其主要特點是優良的電絕緣性和耐熱性。此外，阻燃性高，極限氧指數超過30%，耐化學穩定性好。除了幾種極性很強的溶劑和濃硫酸之外，在常溫下對化學品均具有良好的穩定性。

芳砜綸不僅可以制作多種耐高溫濾材和高溫高壓電器中的絕緣材料,而且還可加工成運輸工具中的高級阻燃織物等。

火箭發動機材料的秘密

1. 鎳基合金：鎳基合金因其出色的高溫強度和耐腐蝕性而被廣泛應用于火箭發動機的制造。通過添加鉻、鋁等元素，鎳基合金能夠更好地抵抗高溫氧化。

2. 陶瓷材料：陶瓷材料如氧化鋁和碳化硅具有極高的熔點，能夠承受高溫的沖擊。它們經常被用作火箭噴嘴和燃燒室的涂層材料，以提高表面的耐熱性。

3. 復合材料：由兩種或多種材料組合而成的復合材料在火箭制造中發揮著越來越重要的作用。碳纖維增強復合材料（CFRP）具有輕質、高強度和高耐熱性的特點，能夠替代傳統的金屬材料，減輕發動機重量，提高性能。

主要挑戰

然而，高分子材料在航空發動機領域的應用也面臨著一些挑戰。首先，高分子材料的強度和硬度相對較低，需要通過添加增強劑等方式提高其力學性能。其次，高分子材料的加工工藝相對復雜，需要采用先進的加工技術和設備。此外，高分子材料的成本相對較高，需要進一步降低其成本，以提高其市場競爭力。

總結

高分子材料在航空發動機領域具有廣闊的應用前景和重要的意義。通過不斷的研究和開發，高分子材料可以為航空發動機的發展提供新的思路和技術支持，推動航空發動機技術的不斷進步和發展。

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