先進樹脂基復合材料由于具有比強度和比剛度高、可設計性強、抗疲勞斷裂性能好、耐腐蝕、結構尺寸穩定性好以及便于大面積整體成型的獨特優點,還有特殊的電磁性能和吸波隱身的作用,已經在航空航天等高科技領域得到了廣泛應用。
(1)向高性能化、高減重效率方向發展。西方最新研制機種使用的碳纖維由T300、AS4轉向T800、IM7,如F-22、EF200、B777等均用T800,與T300相比,其性能可提高30%-40%。樹脂則選用改性雙馬BMI和改性環氧,如F-22主承力結構用5250-4BMI樹脂,耐溫達200。C,CAI值為220MPa(實際使用值為167MPa)。比外還采用增韌環氧977-3,CAI值為348MPa。B777采用3900-2高韌性環氧樹脂,CAI值為324-345MPa。第四代韌性雙馬樹脂5260,耐溫230。C,CAI值340MPa,較適合于民航機采用。
高性能纖維和高韌性樹脂的應用可提高先進復合材料的各種綜合性能和放寬設計許用值,從而可將減重效率由目前的20%-25%提高到30%或更高。
(2)重視制造技術研究、生產條件改造和綜合配套技術協調發展。除繼續采用成熟的熱壓罐成型技術外,還應對編織/RTM、縫編/RTM、纏繞、拉擠、注塑等多種成型技術進行研究。大力研究先進的ATP技術,發展自動切割下料、自動鋪帶、自動鉆鉚等技術。先進的ATP設備可鋪疊76.2-156.4mm的專用碳纖維/BMI預浸帶(帶厚約0.2mm),F-22就成功地采用這項技術完成了機翼上下蒙皮的疊層工作,Lockheed Martin和Boeing公司都在積極開發JSF戰斗機發動機S形進氣道的ATP技術,此外,V-22、C-17和美國陸軍的先進戰車均計劃采用先進的ATP技術。
(3)重點開發低成本的技術。制造成本過高是制約復合材料擴大應用,特別是民用領域應用的主要障礙,降低成本乃是當務之急。降低成本應從設計、材料、制造、使用、維護等多方面綜合考慮,應推廣大絲束纖維(48-320K)、RTM工藝、固化自動監控、整體成型、特種格柵結構和真空滲透等技術的應用。
美國準備通過低成本技術研究,設想在10-15年的時間內實現先進戰斗機主要復合材料結構件制造成本降低一個數量級的目標。其主要技術思路為:進一步提高復合材料結構件的整體性,更多地采用共固化和膠接技術以及復合材料的DFM(Design for Manufacture)和DFA(Design for Affordability)技術,真正實現復合材料的優化應用,從而大大提高復合材料的應用效益,實現制造成本降低一個數量級的目標。
目前國內先進復合材料的研究和應用通常都具有時間緊、經費少、任務重的特點,往往缺乏從設計、制造到使用、維護的全過程成本的精細模擬分析和評估,存在重大技術決策和最終成果預測不科學和定量預測結果少等問題,消除這些矛盾對確保復合材料科研工作高起點和順利進行以及研究成果的推廣應用具有重要作用。
(4)強調復合材料一體化綜合技術的發展。復合材料技術本身正向著技術綜合化、功能多樣化和智能結構化方向發展,它的研究和應用往往涉及設計、材料、制造、測試、使用和維護等諸多專業技術領域。其發展應用上任何成功的突破都是各專業人員協同工作的結果,需要各專業人員協同工作,為一個共同的目標而努力,這樣才能集中有限的人力、財力和物力,在較短的時間內完成繁重的研制任務。
(5)重視熱塑性復合材料的研究和應用。以連續纖維或長纖維增強的熱塑性復合材料(常以PP、PA、PC及高性能塑料PEEK、PES、PPS等為基體材料),既具有熱固性復合材料那樣良好的綜合力學性能,又在材料韌性、耐腐蝕性、耐磨性及耐溫性方面有明顯的優勢,而在工藝上還具有良好的二次或多次成型和易于回收的特性,其良好的發展和應用前景是顯而易見的,因此,要繼續重視發展熱塑性復合材料,使熱塑性復合材料的研究和應用得到進一步發展。