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多年来，碳纤维复合材料一直是设计和制造飞机和航空航天部件的重点材料。亚博网站下载虽然它们已经获得了成功并被广泛采用，但一种新的材料已经开始扰乱这个行业。亚博网站下载
随着工程师们的不断发展，增强聚合物已经进入了航空航天行业，这极大地改变了飞机的设计和制造方式。对增强聚合物的兴趣继续获得吸引力，美国宇航局最近投资了1500万美元，用于开发用于深空任务的下一代材料。亚博网站下载
下面将讨论增强聚合物在航空航天装配中的应用方式，以及未来的市场前景。
增强聚合物在航空航天中的应用
最近，在飞机的设计和制造中，使用传统塑料已被广泛采用。由于低成本、轻质、耐腐蚀和抗疲劳，铝一度是行业的焦点，但现在铝开始被聚合物取代，特别是在飞机结构部件的生产中。
丙烯腈丁二烯苯乙烯、聚苯硫醚和聚醚醚酮(PEEK)是已经在许多应用领域建立起来的聚合物。此外，航空航天行业特别注重开发聚醚酰亚胺的使用，以生产一系列部件，因为它能够在生产部件的同时满足美国联邦航空局规定的火焰、烟雾和毒性要求。
聚醚酮酮(PEKK)是一种高温工程聚合物，具有理想的机械性能、热稳定性、耐化学性和阻燃性，也成为铝的竞争替代品。
塑料已经被用于制造一些内部组件，如通风管道、地板、机舱隔板、头顶行李箱、航空电子传感器板、通风叶轮叶片和电子组件安装支架。聚合物也被用于制造结构组件，如翼肋和翼柱，以及外部组件，如燃油箱盖、吊架整流罩、起落架轮毂盖和雷达罩。
工程师们正在继续研究聚合物，以探索其作为航空航天材料的全部潜力。亚博网站下载由于塑料比传统铝有许多优势，包括坚固、轻、耐用，因此塑料可能会在航空航天装配的其他领域取代铝。
这些塑料已经改变了飞机组装的方式之一是PEEK塑料由于其无腐蚀性的特性正在取代金属紧固件和螺钉。这些塑料部件可以作为直接的替代品，因为它们的使用不需要改变飞机的整体设计。
由于其热稳定性和机械稳定性，零可燃性，在真空中排气低和绝缘性能，聚合物有潜力取代金属在航空航天装配的各种其他领域。
塑料充满活力
研究表明，每年都有更多的新塑料被制造出来，以取代飞机制造中使用的金属。塑料有许多优点，使它们适合在航空航天应用，这些优点往往使它们比金属更好的选择。
塑料的重量强度比、耐腐蚀能力以及小批量生产的能力使其成为制造飞机部件的理想材料。塑料部件也是自润滑的，因此，减少火灾和爆炸的风险。目前正在开发的塑料克服了先前技术的承重、扭矩处理和齿轮传动的限制。
在航空航天领域使用塑料的一个重要趋势是用碳纤维增强热固性聚合物复合材料取代传统的金属结构。这种转变的目的是通过用更轻的材料制造部件来减轻飞机的重量，从而节省燃料成本。亚博网站下载目前有大量的研究正在探索热塑性碳纤维复合材料的使用。这些工作大部分都基于PEEK，目的是提高生产效率和以更高的速度制造飞机。
预计未来20年将有3.5万架新飞机问世。在如此高的预期产量下，采用热塑性复合材料将比以往任何时候都更重要，以解决行业面临的成本和重量挑战。
自愈碳纤维增强聚合物
近年来，碳纤维增强聚合物的开发取得了进展，克服了复合材料损伤的影响，这在飞机的设计和组装中尤为重要。亚博网站下载
工程师们已经能够减少飞机部件受冲击损坏的脆弱性。研究表明，特殊的纤维间隔和聚合物组合在产生最小的弯曲强度退化和铺层断裂方面特别有效，从而赋予碳纤维增强聚合物自愈合特性。
克服增强聚合物的局限性
然而，在航空航天领域采用增强聚合物也有一些限制。例如，与铝制面板相比，聚合物复合面板更难制造，这使得其制造成本更高。长期从事铝材研究的工程师也不愿从铝材转向增强聚合物，因为他们对这种材料已经有了专业知识和信任。
此外，增强聚合物在钻井中仍然面临问题。当在纤维增强聚合物复合材料中钻孔，用于铆钉和螺栓连接部件时，会削弱材料的强度，导致组装阶段的部件报废。
聚合物复合材料的使用目前还处于早期阶段，关于它们在各种条件下的行为仍有很多需要了解。例如，由于水分、紫外线辐射和温度升高而导致的长期老化的影响仍未完全了解，需要进一步探索。对增强聚合物的行为有了更深入的了解，工程师们将有信心完全采用这种材料，并认识到它在航空航天工业中的全部潜力。
参考资料及进一步阅读
Aamir, M.， Tolouei-Rad, M.， Giasin, K.， and Nosrati, A.(2019)。航空航天用碳纤维增强聚合物钻孔研究进展综述。国际先进制造技术杂志105 (5 - 6), pp.2289 - 2308。https://link.springer.com/article/10.1007/s00170-019-04348-z
塑料在航空航天装配中的作用越来越大。可以在:https://www.assemblymag.com/yabo214articles/94125-the-growing-role-of-plastics-in-aerospace-assembly
Williams, G.， Trask, R. and Bond, I.(2007)。一种用于航空航天应用的自愈合碳纤维增强聚合物。复合材料A部分:应用科学与制造亚博老虎机网登录, 38 (6), pp.1525 - 1532。https://www.亚博老虎机网登录sciencedirect.com/science/article/pii/S1359835X07000152
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