碳纖維復(fù)合材料之于現(xiàn)代航空工業(yè)已是不可或缺的存在,歐洲空客公司自然也花了大氣力去研究如何更好地加以利用。而在眾所周知的“熱固性”和“熱塑性”復(fù)合材料二者之中,空客顯然更偏好后者。這其中有好多原因,也能列出個一二三。
熱塑也好,熱固也罷,制造的基本原理都是一個,即將千萬根碳絲編織成一束后再與基體(一般是樹脂基體)結(jié)合,形成復(fù)合材料。單一的復(fù)合材料片層通過不斷累加重疊,直到其載荷達(dá)到設(shè)計需要。通常情況下,在纖維增強復(fù)合材料中,纖維和樹脂的配比大致是6:4。
然而熱塑得以超越熱固的原因在于:其一,更加優(yōu)秀的抗疲勞抗打擊性能;其二,更短的生產(chǎn)周期;其三,更不易吸濕;其四,甚至可以熔融焊接。這些都是熱固性復(fù)合材料難以望其項背的地方。
在空客的工程師們看來,除去以上分析的優(yōu)勢,熱塑與熱固最大的差異在于它們的固化工藝。如果把熱固性材料加熱會產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng),改變其化學(xué)成分;如果對象是熱塑性材料,即使將其熔融再造,其自身的化學(xué)組成不會發(fā)生任何變化。
這一特性為熱塑性復(fù)合材料帶來了無與倫比的魅力。要知道,空客及其供應(yīng)商每年生產(chǎn)帶來的復(fù)合材料廢料數(shù)以百噸。想象一下,如果是熱固性的,想要循環(huán)利用只能采用燃燒法,最終得到的將只是60%的纖維而失去了占比40%的樹脂。一旦換做熱塑性復(fù)合材料,幾乎可以實現(xiàn)100%再生利用,用以生產(chǎn)各種結(jié)構(gòu)件和內(nèi)飾部件。
另外,熱塑性復(fù)合材料在固化過程中無需熱壓設(shè)備,更可以室溫下儲藏,免去了冷藏的能源消耗和費用。之所以近些年熱固性復(fù)合材料曾經(jīng)風(fēng)靡一時,只是因為人們認(rèn)為它更加廉價。當(dāng)然這種“認(rèn)為”或許根本就是錯誤的。
熱固性復(fù)合材料之所以被認(rèn)為廉價,可能是因為市場上供應(yīng)商很多,拉低了銷售價格。如今,隨著越來越多熱塑性復(fù)合材料產(chǎn)商進入市場,可以預(yù)見熱塑的價格也會下跌。在A350 XWB問世之前,空客公司已有超過1500個不同的飛機零部件采用熱塑性復(fù)合材料生產(chǎn)。當(dāng)然,這個數(shù)字未來還會繼續(xù)升高。
熱塑也好,熱固也罷,制造的基本原理都是一個,即將千萬根碳絲編織成一束后再與基體(一般是樹脂基體)結(jié)合,形成復(fù)合材料。單一的復(fù)合材料片層通過不斷累加重疊,直到其載荷達(dá)到設(shè)計需要。通常情況下,在纖維增強復(fù)合材料中,纖維和樹脂的配比大致是6:4。
然而熱塑得以超越熱固的原因在于:其一,更加優(yōu)秀的抗疲勞抗打擊性能;其二,更短的生產(chǎn)周期;其三,更不易吸濕;其四,甚至可以熔融焊接。這些都是熱固性復(fù)合材料難以望其項背的地方。
在空客的工程師們看來,除去以上分析的優(yōu)勢,熱塑與熱固最大的差異在于它們的固化工藝。如果把熱固性材料加熱會產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng),改變其化學(xué)成分;如果對象是熱塑性材料,即使將其熔融再造,其自身的化學(xué)組成不會發(fā)生任何變化。
這一特性為熱塑性復(fù)合材料帶來了無與倫比的魅力。要知道,空客及其供應(yīng)商每年生產(chǎn)帶來的復(fù)合材料廢料數(shù)以百噸。想象一下,如果是熱固性的,想要循環(huán)利用只能采用燃燒法,最終得到的將只是60%的纖維而失去了占比40%的樹脂。一旦換做熱塑性復(fù)合材料,幾乎可以實現(xiàn)100%再生利用,用以生產(chǎn)各種結(jié)構(gòu)件和內(nèi)飾部件。
另外,熱塑性復(fù)合材料在固化過程中無需熱壓設(shè)備,更可以室溫下儲藏,免去了冷藏的能源消耗和費用。之所以近些年熱固性復(fù)合材料曾經(jīng)風(fēng)靡一時,只是因為人們認(rèn)為它更加廉價。當(dāng)然這種“認(rèn)為”或許根本就是錯誤的。
熱固性復(fù)合材料之所以被認(rèn)為廉價,可能是因為市場上供應(yīng)商很多,拉低了銷售價格。如今,隨著越來越多熱塑性復(fù)合材料產(chǎn)商進入市場,可以預(yù)見熱塑的價格也會下跌。在A350 XWB問世之前,空客公司已有超過1500個不同的飛機零部件采用熱塑性復(fù)合材料生產(chǎn)。當(dāng)然,這個數(shù)字未來還會繼續(xù)升高。