第二章 材料與制造工藝
第一節 結構用復合材料要求
結構用復合材料必須滿足結構對材料的要求：（"）材料性能滿足結構使用要求。材料使用溫度應高于結構最高工作溫度；比強度、比剛度高；濕 熱環境下強度、剛度保持率高；對外來物沖擊，特別是低能量沖擊不敏感等。（）材料具有良好的工藝性（成形工藝性和機械加工性等）和易維護、修理性。工藝性要求目的在于使材料能適宜大型構件與復雜型面構件的制造，并有利于確保成形的復合材料結構達到高的成品率和降低使用維修費用。（%）材料可以單向帶、織物預浸料等多種形式供應，并且盡可能地降低材料費用。
材料貨源質量可靠、供貨及時。
（&）材料具有一定的設計分析和使用經驗。
（’）對有特殊要求的結構部件，材料應滿足其特殊要求，如：阻燃、燃燒毒性、透波性、吸波性、電磁性等要求。
第二節 增強纖維
增強纖維是復合材料主要組分材料之一，是復合材料承載主體，選定纖維品種及其體積含量，即可預估出復合材料沿纖維方向（縱向）力學性能。單位體積纖維含量 ()，結構用復合材料單向板約為 *+,，織物增強板約為 &’,。
飛機結構上應用的增強纖維有碳纖維、芳綸（ -./012）、玻璃纖維和硼纖維等。碳纖維由于其性能好、纖維類型和規格多、成本適中等因素，在飛機結構上應用最廣。芳綸性能雖然尚佳，但在濕熱環境下性能有明顯下降，一般不用作飛機主承力結構，多與碳纖維混雜使用。玻璃纖維由于模量低，僅用于次要結構（整流罩、艙內裝飾結構等），但其電性能、透波性適宜制作雷達罩等。硼纖維，因纖維直徑太粗又剛硬，成形和加工性不好，價格又十分昂貴，故應用十分有限。幾種飛機結構上常用纖維的性
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能比較。
目前，飛機結構廣泛應用的增強纖維仍然是 "一類的高強度碳纖維及其復合材料。主要品牌有 "（日本， %&’公司）、()*（美國， +,%-./,0公司）、 +(（日本， 1,023456公司）等。這類碳纖維最早得到航空工業界的認可（質量符合波音公司 17)8—9標準）。:8;年后碳纖維可以大批量生產，性能穩定，有豐富的使用經驗和完整的工程技術數據，價格也相對便宜。 "和 ()*兩者性能相當，但 ()*纖維抗氧化性能略好一些，并且有上槳和不上漿兩種纖維，適合與各類基體匹配，制成性能優異的復合材料。
為了滿足新一代高性能飛機的結構減重要求，國外航空工業對碳纖維提出了韌性要求，即將纖維拉伸強度和拉伸模量提高 "< = *<，使纖維斷裂伸長率提高 ><，并要求與韌性樹脂基體組合提高抗損傷能力，以求使復合材料設計許用應變由 ?"< =?*<提高到 ? @<以上。為此所研制的 9+，A7@，A7;等中等模量高強度碳纖維，在 :898年得到了航空工業界的認可（質量符合波音公司 17)8—:;標準）；并用于新一代型號飛機結構。
碳纖維發展方向主要有 "個，即中模量高強度碳纖維 9、:，高模量碳纖維 7BC、7@C和工業用廉價碳纖維。高性能纖維價格太貴， 9+的價格約為 "的 "—"? B倍， :，7BC，7@C等價格更貴，因而制約了其應用范圍。目前，性能優于 "的 ;纖維，價格略貴一些，受到重視，正在進行結構應用研究。
增強材料的基本形式有纖維絲束、編織布和針織布。
纖維絲束是增強材料的最基本形式。纖維絲束一般以預浸漬樹脂基體的按同一方向（經向）平行排列成的纖維束條帶即單向帶，供工藝成形結構使用。為了改善單向帶工藝性能，將纖維絲束用少量維持纖維絲束經向排列的非承載作用的緯向纖維織成一種特殊的單向織物，又稱無緯布或無紡布。無緯布浸漬樹脂后也稱為單向帶，其纖維增強作用效果與纖維絲束單向帶基本相同，但其鋪覆工藝性大為改善。
編織布（織物）是由經向纖維與緯向纖維編織而成，分平紋布和緞紋布。平紋布的經向與緯向纖維比例為 :：:，布形穩定，不易彎折。緞紋布按經線與緯線編織時相交所間隔的緯線數目 *、B、9不同的編織方式，有 *綜緞、 B綜緞、 9綜緞等緞紋布，各有各自的特點。如 9綜緞布浸漬樹脂后體現了單向帶特點，且整體性好，易鋪貼。不同纖維混合編織物，為設計選材提供了更多的便利，織物可制成預浸料使用。
針織布是用非增強纖維（機線）將增強纖維編織在一起形成的織物。其特點是增強纖維不扭曲，可有效傳遞載荷。針織布是制作預成形件的材料，不制成預浸料。
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第三節 樹脂基體
樹脂基體是復合材料另一個主要組分材料。在復合材料結構件成形過程中，樹脂基體參與化學反應并固化成形為結構。因此，樹脂基體固化工藝決定了結構件成形工藝和制造成本；不同樹脂體系有不同工藝參數，而不同工藝方法要求不同的樹脂體系。樹脂基體對纖維起支撐、保護作用并傳遞載荷。因此，樹脂基體性能直接關系到復合材料的使用溫度和壓縮性能，橫向（"）性能和剪切性能（包括層間剪切強度）等基本性能，以及耐濕熱性能、抗沖擊損傷性能和沖擊后壓縮強度 %&’等，復合材料在飛機結構上應用得愈廣，對樹脂基體提出的要求也就愈多、愈苛刻。因此，樹脂的品種、類型將會不斷增加，性能不斷改進。
一、樹脂基體研究與開發
飛機結構用復合材料樹脂基體的研究與開發已有近 (年的歷程。
樹脂基體的研究開發主要圍繞綜合提高材料使用溫度、耐濕 )熱性能、沖擊韌性
特性為主和 )或以降低成形工藝成本的新工藝方法所需樹脂基體為主進行。改性環
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