环氧复材“提升”飞机结构受力件

   高性能环氧树脂复合材料应用日趋广泛，尤其在高科技的航空航天领域更是写满辉煌，其中在飞机结构受力构件上的应用发挥了巨大作用，飞机结构受力构件如果没有高性能环氧树脂复合材料，飞机将很难起飞行上天。据中国环氧树脂行业协会专家介绍，我国目前在飞机结构受力构件用高性能环氧树脂复合材料上，已经形成了T-300/4211专门产品体系。
    中国环氧树脂行业协会专家介绍说，它是北京航空材料研究所和北京航空工艺研究所1984年研制成功的，其4211环氧基体由648酚醛环氧树脂和BF3·MEA组成，交联密度大、弹性模量较高、耐热性好，其突出优点是有良好的工艺性、预浸料可在室温下存放，缺点是脆性大、对湿热敏感。T-300/4211复合材料可在120℃以下使用，已用于几种型号飞机的垂直安定面，飞机进气道外侧壁板等。
    美国的T-300/5208体系是Narmco公司1972年研制成功的，其5208基体由4，4’-二氨基二苯甲烷四缩水甘油胺环氧树脂(TGDDM)和4，4’-二氨基二苯砜(DDS)组成。该体系性能好，能在177℃环境下使用，美国绝大多数飞机复合材料结构件都采用碳纤维和5208或5208同系树脂体系制成，5208被称为第一代树脂基体。类似的体系还有美国Fiberite公司的934、美国Hercules公司的3501，此2体系中加有BF3·MEA；以及我国北京航空材料研究所的5222、Hexcel公司的F263、日本东丽公司的3601、三菱公司的A401、东邦公司的1101等。
    所用的TGDDM树脂，据中国环氧树脂行业协会专家介绍有：Ciba公司的MY-720，Reichhold公司的37-106，日本的Epiclon 430，Glyamine 120、YH-343、ELM-434，我国上海合成树脂研究所的AG-80等，这些牌号的TGDDM树脂的平均相对分子质量和极性不完全相同，因此在性能上也有些差异。T300/5208复合材料耐热性及力学性能好，尤其是层剪性能优异，可在-55～177℃下使用，预浸料的铺覆性好、使用期长，缺点是吸水性大且在湿热条件下Tg、模量及压缩强度下降严重、韧性差、复合材料90。方向的延伸率小、层间剥离强度低、耐冲击性能差尤其是冲击后压缩强度CAI(Compression after impact)低、对缺口敏感性大，不能满足飞机主受力结构件的要求。T-300/934复合材料是波音公司广泛用于民机上的环氧结构复合材料。
    为了提高基体的韧性达到主受力结构复合材料的要求，科研人员不断在进行着改进。中国环氧树脂行业协会专家介绍说，目前主要从以下几方面进行改进：通过增加交联点间的距离来增加固化物的延伸性，开发出了一些新型高韧性环氧树脂和固化剂，但韧性的增加往往伴随着耐热性的降低；另一种方法是用橡胶增韧环氧树脂，能显著提高基体的韧性和CAI，但其耐热性、耐湿热性往往会下降；第3种方法是用热塑性耐热树脂来增韧环氧树脂，不仅能提高基体的韧性、复合材料层间性能和CAI，同时其耐热性不降低甚至还有所增加。为了提高环氧树脂与热塑性树脂的界面性能，可选用末端为氨基的聚醚砜和聚醚酮以及末端为环氧基的聚醚砜等，被称为第2代树脂体系。如BASF/Narmco公司的Rigidite X5255-3的CAI高达345MPa；Toray-Hexcel公司的3900-2/T800H的CAI为368MPa；ICI-Fiberite公司的977-1/IMT的CAI为348MPa；我国北京航空材料研究院研制的热塑性树脂增韧环氧树脂复合材料T-300/5228和T800/5228的CAl分别为190MPa和250MPa，在湿热条件下的使用温度为130℃。
    除以上产品外高性能环氧树脂复合材料，中国环氧树脂行业协会专家说其产品体系还包括：T-300/LWR-1体系，由北京航空工艺研究所和黑龙江石化所1989年研制成功，LWR-1基体由蓝星新材料无锡树脂厂E-54，DDS及促进剂组成，可中温(120～130℃)固化，具有良好的耐湿热性能，可在80C以下使用，已用于前机身；T-300/914C体系，目前欧洲空中客车飞机和海豚直升机等广泛使用的高性能环氧复合材料，914C是一种改性环氧树脂，T-300/914C预浸料由Ciba公司生产，T-300/914C复合材料的性能与T-300/5208复合材料相当，可在-50～180℃使用。