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            2021-05-25
            生物复合材料更多应用于飞机设计

            轻质和高强的先进材料在低能耗百姓彩票、高性能飞机制造过程中一直发挥着关键作用百姓彩票。随着技术的进步,以及人类不断呼吁关注气候和可持续发展问题百姓彩票,在航空全产业链执行“脱碳”策略已经成为行业共识百姓彩票百姓彩票。近年来,从自然界生物中获得的原材料百姓彩票百姓彩票百姓彩票,以及由此制成的生物复合材料百姓彩票,为飞机设计师和材料工程师提供了改善未来飞行器气动性能和环境性能的新选择。

             

              50年前,超过70%的飞机都是由一种材料制成的百姓彩票,即铝。大到机身和机体结构部件,小到发动机的主要零件百姓彩票,随处可见铝合金的身影百姓彩票百姓彩票。铝合金重量轻、成本低廉的特点百姓彩票,使其在航空工业中拥有了广泛应用基础。从那时起百姓彩票,一代又一代金属材料(钛、钢百姓彩票百姓彩票、新型铝合金百姓彩票百姓彩票百姓彩票、高温合金)百姓彩票百姓彩票百姓彩票百姓彩票,先进复合材料(碳纤维百姓彩票百姓彩票、玻璃纤维百姓彩票百姓彩票、聚合物树脂)以及其他尖端新材料的不断涌现和应用百姓彩票百姓彩票百姓彩票百姓彩票,持续改善飞机结构设计和燃油效率百姓彩票百姓彩票百姓彩票。近年来百姓彩票,随着工程师致力于进一步释放未来飞机的潜力,新兴的一类高性能材料——生物复合材料正在为进一步改善飞行性能和环境性能提供更多可能百姓彩票百姓彩票百姓彩票。

             

              近日百姓彩票,空客公司官网刊文百姓彩票,对目前应用较多、未来应用前景较好的生物复合材料进行了介绍百姓彩票百姓彩票百姓彩票。
             

             
             

              生物复合材料:轻质且可回收

             

              正如目前广泛应用于飞机制造的复合材料一样百姓彩票,生物复合材料也是由基体(树脂)和增强体(纤维)构成百姓彩票百姓彩票,不过所有的基体和增强体都来自自然生物百姓彩票,或由自然界中的生物质转化制造而成百姓彩票。由于具有众多的优势——轻质百姓彩票百姓彩票百姓彩票、灵活百姓彩票百姓彩票、经济、高效且可回收的特点,生物复合材料目前得到了越来越多的应用。

             

              生物复合材料的原材料来自可再生资源:如生物质、植物、农作物百姓彩票、微生物百姓彩票、动物百姓彩票、矿物质甚至是生物废料等。这些原材料需要通过物理、化学手段转化为生物复合材料百姓彩票百姓彩票百姓彩票。生物复合材料可以单独使用百姓彩票,也可以与传统材料(如碳纤维百姓彩票、玻璃纤维等)互补使用百姓彩票。

             

              常见的生物复合材料可由以下一种或几种组成:

             

              天然纤维:可从动物、植物或矿物质中获得的纤维,不过不需要碳化过程(即将有机物质转化为碳或含碳残留物的过程)百姓彩票百姓彩票。

             

              生物质碳纤维:生物质(如藻类、纤维素百姓彩票百姓彩票、木质素)主要用于生产原料以及进一步转化为纤维和树脂的原材料百姓彩票。

             

              生物树脂:树脂是高粘性物质百姓彩票,可以转化为聚合物百姓彩票百姓彩票。生物树脂来自生物体百姓彩票百姓彩票百姓彩票百姓彩票,主要来源包括植物油百姓彩票、生物质或生物废物等百姓彩票。

             

              在航空航天工业中百姓彩票,生物复合材料可用于以下领域:

             

              客舱和货舱:客舱和货舱内零部件需要符合可燃性百姓彩票、烟密度和毒性以及散热性等相关要求百姓彩票百姓彩票。

             

              一级和二级结构:这些部位涉及较高的结构载荷,因此需要改善机械性能和疲劳性能百姓彩票。

             

              辅料:主要应用于飞机非主承力结构来实现辅助性功能的材料百姓彩票,或在工厂中生产复合材料部件所需的辅助材料。

             

              生物复合材料中常用的原材料

             

              甘蔗废料也称为“蔗渣”,由甘蔗茎中提取汁液后获得百姓彩票,是一种干燥纸浆状材料百姓彩票百姓彩票。由于甘蔗是太阳能的“高效转换器”百姓彩票百姓彩票,因此能够产生大量的生物质百姓彩票百姓彩票百姓彩票。

             

              甘蔗废料是纤维素纤维的重要优质来源,可用作生物复合材料的“填充剂”百姓彩票百姓彩票,也可通过化学转化或生物精炼的方式获得生物基呋喃树脂百姓彩票。呋喃生物基聚合物与恰当的天然纤维或回收的纤维(例如,回收得到碳纤维等)结合使用百姓彩票,可应用到飞机内饰结构中百姓彩票百姓彩票。

             

              无论是微观物种还是大型海藻百姓彩票百姓彩票百姓彩票百姓彩票,水藻类都是简单的光合作用生物百姓彩票,能够结合大气中的二氧化铁并将其转移为生物质。

             

              就像其他生物质一样百姓彩票,水藻可作为碳原料,主要用于生产目前在传统复合材料中应用碳纤维的前驱体或树脂的单体百姓彩票百姓彩票。利用这种方式获得的生物复合材料可以提供与当前应用在飞机上的现有复合材料相同的机械性能。

             

              玄武岩纤维是以天然玄武岩拉制的连续纤维百姓彩票,是玄武岩石料在1450~1500℃熔融后百姓彩票百姓彩票,通过铂铑合金拉丝漏板高速拉制而成的连续纤维百姓彩票百姓彩票。天然玄武岩属于基性火山岩,主要存在于地球洋壳和月球月海中百姓彩票,也是地球陆壳和月球月陆的重要组成物质百姓彩票。玄武岩纤维无害百姓彩票,具有出色的抗冲击性和耐火性,其机械性能与玻璃纤维相似百姓彩票百姓彩票,但由于其组分并不复杂百姓彩票,因此具有制造工艺更简单的优点百姓彩票百姓彩票百姓彩票。

             

              这种直接从自然玄武岩中制造的纤维可在多领域取得不同的应用效果。其中包括可稳定登月站3D打印结构百姓彩票,产生隔热效果百姓彩票,改善过滤系统百姓彩票,同时也可为宇航服提供编织材料百姓彩票百姓彩票。

             

              竹是一种轻质百姓彩票、可快速生长且具有高弹性的生物百姓彩票,同时也是一种天然复合材料百姓彩票,主要由嵌入木质素基质中的纤维素纤维组成。

             

              天然竹纤维与生物基体或传统树脂基体相结合可以带来许多好处百姓彩票百姓彩票百姓彩票百姓彩票,例如,减少环境影响和改善机械性能等百姓彩票。


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