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                詳解損傷容限,熱塑性碳纖維能在航空航天領域中受歡迎的又一原因

                日期:2024-01-20 16:23閱讀次數:

                  人會疲勞,有壽命。機械、材料也是一樣,也有相對應的壽命,到了一定情況下,就會失去其本身的性能,叫結構疲勞。在航空航天部件中就特別關注材料的結構疲勞,實際應用中,就要考慮到材料的損傷容限,更好的保證安全,F如今的備受歡迎的熱塑性碳纖維復合材料被廣泛應用到航空航天中,其中一個重要的原因就是該材料的損傷容限特別高。本文我們就從損傷容限知識點到熱塑性碳纖維應用的優勢來給大家說說。

                  什么是損傷容限

                  講解損傷容限,先來了解結構疲勞。

                  結構疲勞指的是材料在受到應力或者應變的作用下,性能發生變化。當我們機械結構在受到靜力載荷,當載荷較大時,結構一般會發生明顯變形(如頸縮現象),我們能從變形量感知到結構即將破壞,從而可以避免繼續加載使得結構發生斷裂;與靜載荷相比,機械結構在疲勞載荷作用下沒有顯著的變形預警,在累積到某個循環時極有可能突然發生斷裂。

                  通俗的理解,就是一根鐵絲,你開始掰彎是不會斷裂,但是你反復掰來掰去,它就會斷的,這就是結構疲勞的原因。

                  那每個材料都有一定的使用壽命,沒有哪個材料完全沒有結構疲勞,那在應用到高性能需求的地方,就不能用嗎?還是要應用,這里面就引出材料的損傷容限。

                  比如航空航天中常見的飛船、飛機,它們在設計的時候,就要考慮到性能、安全、成本三方面,從而取得平衡。損傷容限的能力就確保了飛機在應用中的能夠有更好的安全保證。從開始的“安全壽命”到“破損安全”再到現如今的“損傷容限”,這里面有血的教訓,從而才有了現如今關于這類機械零部件新的的標準結構設計準則,需要結合飛機實際負載跟設計負載相結合來確保飛行的安全。

                  所以在飛機結構強度設計規范要求中規定“設計使用壽命和設計使用方法下,機體結構應有足夠的損傷容限能力,即在存在材料、制造及工藝缺陷以及在正常使用和維護中引起的損傷的情況下,直到損傷在定期的計劃檢查時被查出,機體的飛行安全結構和其他的選定結構應具有足夠的剩余強度。”這里面主要就是包括:初始缺陷尺寸、剩余強度要求以及損傷擴展限制。這里面知識點比較多,這里就不展開來說,我們只是作為了解。

                  熱塑性碳纖維的損傷容限

                  空客、波音飛機上面大量應用碳纖維復合材料,部分機型的碳纖維復合材料占比更是高達50%以上。但更多的是應用到內部材料結構件,采用的是傳統熱固性碳纖維,起到輕量化的效果,在發動機等重要結構件上沒有廣泛的應用,這其實就是跟傳統熱固性碳纖維材料損傷容限有關。伴隨著熱塑性碳纖維研究取得的成功下,就在把熱塑性碳纖維制作動力結構件上應用,從而獲得更好的損傷容限,降低自重的情況下,又有更好的安全保障。

                  熱塑性碳纖維之所以有非常好的損傷容限,就是跟其樹脂基體有很大的關系,相比較傳統的熱固性樹脂來說,熱塑性樹脂的分子結構都是線性結構,都是由聚合樹脂和部分分縮合樹脂,具有受熱軟化、冷卻硬化、高比強度和硬度、優異的斷裂韌性和損傷容限、優良的耐疲勞性能、能夠模塑成型復雜幾何形狀和結構、可調的導熱性、可回收性、在惡劣環境的穩定性好、可重復成型、可焊接和修補等特點。

                  熱塑性樹脂也能夠具有這樣的優勢,加入連續碳纖維增強的復合材料之后的性能進一步提高,在應用到航空航天中就更加的得心應手。

                  這樣損傷容限高的熱塑性碳纖維在汽車、船舶領域中也非常受歡迎,在海洋設備、賽車上面都有了應用,具備更好的損傷容限之外,還具有非常好的環境適應性,耐濕熱老化、耐酸堿腐蝕、耐鹽霧、防霉菌等優勢體現。

                  國內熱塑性碳纖維廠家

                  熱塑性碳纖維尤其是連續碳纖維增強熱塑性復合材料是國外技術壁壘,我國也一直研究,從現階段的市場看,國內已經有成功完成了該材料研發到量產廠家,打破國外技術壁壘,實現高性能碳纖維國產化道路成功邁出。智上新材就是其中一家成功完成了連續碳纖維增強熱塑性復合材料的公司,現有的熱塑性碳纖維單向帶量產的有尼龍(PA6)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)這幾種,可以根據客戶需要進行不同尺寸、不同含量定制。其所含熱塑性樹脂的量可控且精確,樹脂能充分穿透碳纖維絲束且均勻分布。預浸帶下機幅寬在300mm-600mm,可根據需要分切成各種寬度以便制成多種類的碳纖維熱塑性零部件。就有跟多家飛機廠家對接,進行產品應用。

                  “損傷容限”就是描述結構帶損傷繼續工作的能力就好比人帶病還能活下去的能力,那熱塑性碳纖維就具備這樣的性能,能夠被應用到更多高性能領域中的重要原因。

                 

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