复合材料在空客

复合材料被称为航空航天未来的形状。凭借其高强度、低重量和耐用性的制胜组合，很容易看出原因。30多年来，空中客车公司率先在其商用喷气式客机中使用此类材料，从 A310 的垂直尾翼到今天的 A350 XWB，飞机一半以上的结构都是复合材料。

本质上，复合材料是由两种或多种具有不同物理或化学性质的组成材料制成的。当组合在一起时，复合材料表现出有益的物理特性，与单独的部件所能提供的完全不同。日常生活中常见的复合材料包括胶合板和钢筋混凝土。从机头到机尾，空客在其喷气式客机产品线中使用 了先进的复合材料，这些材料一直处于材料科学的前沿。一种特别突出的材料是碳纤维增强塑料或 CFRP。碳纤 维复合材料由用塑料树脂固定的碳纤维组成，比金属具 有更好的强度重量比，对疲劳和腐蚀的敏感性更低。简 而言之，它比铝轻，比铁强，而且比两者都耐腐蚀。

与所有复合材料一样，CFRP 的强度是由其组成材料之间的相互作用产生的。碳纤维和树脂本身都不足以制造出具有所需特性的产品，从而集成在飞机上。但是，一旦将CFRP 机身部件或飞机结构组合成多个集成层并进行粘合，其强度和承载性能将使其成为航空使用的理想选择。

复合材料在 A350 XWB 上达到新高度

碳纤维增强塑料的应用在 A350 XWB 中达到了新的比例，它在整个复合材料领域都有着重要的应用。例如， A350 XWB 的大部分机翼都是由轻质碳复合材料组成的，包括其上盖和下盖。这些部件长 32 米，宽 6 米，是有史以来由碳纤维制成的最大的单一航空部件之一。有了碳纤维增强塑料，喷气式客机的机身不仅更坚固、更坚固，重量的减轻使其能够搭载更多乘客、燃烧更少的燃料、飞得更远……或者三者的结合。有了复合材料，喷气式客机的机身可以更坚固、更强、更轻……同时在航空公司运营时也需要更少的维护。虽然最初的生产成本比传统金属零件高，但碳纤维增强塑料部件可以为飞机运营商节省未来维护成本，因为这种材料不会生锈或腐蚀。例如，A350 XWB 所需的结构维护任务减少了 50%，机身检查的门槛为 12 年，而 A380为 8 年。在碳纤维增强塑料的生产中，数千根微观上很细的碳纱被捆绑在一起，制成每根纤维，将其他纤维连接在一个由坚固的树脂固定在一起的基体中，以达到所需的刚性水平。复合材料部件由精确成形的片材制成，片材相互叠放，然后粘合，通常在称为热压罐的烘箱中使用热和压力，从而制成高质量的复合材料。机身和机翼等部件可以广泛使用复合材料，因为所需的纤维负载——纤维在热压罐中铺设和固化的方式——很简单。然而，在可预见的未来，需要复杂承载的零件将继续使用金属。

从热固性到热塑性复合材料

CFRP 最常用的两种类型是“热固性”和“热塑性”虽然热固性 CFRP 目前在航空工业中更为广泛，但热塑性塑料因其可回收性而越来越受欢迎——这是一个重要的生命周期考虑因素，长期以来一直是阻碍更广泛采用碳纤维复合材料的因素。热固性材料和热塑性材料之间的一个关键区别是固化过程中会发生什么。当热固性材料在热压罐中固化时，会发生化学反应，从而永久改变其组成。然而，热塑性塑料零件可以重新熔化并保持其成分。这种差异使热塑性塑料具有吸引力，因为空客及其供应商每年生产数百吨废弃复合材料。虽然废弃的热固性树脂不能重复使用，但热塑性废料可以以多种方式用于航空以外的许多领域。空客准备在 2035 年推出的“新 A320”，机身使用热塑性碳纤维复合材料、机翼仍然使用热固性，环氧基碳纤维复合材料（但制造工艺有新的亮点）。机身受力结构件使用热塑性复合材料，是一个新的工作。为此，空客于 2019 年设计了一款，直径 4 米、长 8 米的、带客舱门框的，全热塑复材筒体试验件。试验件中零件连接采用焊接（见下图）。整个筒体不用铆钉、螺钉金属紧固件。到今年 2 月，筒体全部组件均已完工。目前等待筒体最终完成组装的报道。

试验件的特点

1.突破性的飞机结构由 400 多个热塑性纤维增强零件、数千个点焊和数百米的连续焊缝组成（没有一个铆钉、螺钉金属紧固件）；

2.机身重量比现 A320(铝合金机身)，减少 1 吨；

3.机身经常性总成本减少 100 万欧元（20%）；

4.“新 A320”每月至少 60 架飞机（最多 100 架飞机）的高速生产（HRP- High Rate Production）。

（新型材料联盟）

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