以前制造民機結構件，都是使用熱固性環氧基材復合材料。由于翼肋主要承受剪力，熱固性復材抗剪能力差，只得使用鋁合金。

高溫熱塑樹脂是指 PEEK(聚醚醚酮)、PAEK(聚芳 醚酮)、PEKK（聚醚酮酮）?？湛歪槍ξ磥?ldquo;新 A320” 的復材機翼，組織了名為“明日之翼”的研發項目。該項目涉及100多項零件和制造技術。其中之一就是用高溫熱塑復材制造翼肋。未來“新 A320”機翼有 20 多 個翼肋。最大的肋骨長 2 米，寬 1 米。承受的載荷從 1- 50 噸。演示翼肋的制造工作，分別由法國 Daher（達爾） 和英國 GKN 承擔。

◆ Daher（達爾）使用東麗（Toray）提供的單向 （UD）碳纖維/低熔體聚芳基醚酮（PAEK）膠帶。

◆ GKN 使用 Solvay(索爾維,比利時布魯塞爾）的 APC 碳纖維/聚醚酮（PEKK-FC）膠帶，該膠帶 基于該公司的 Novaspire PEKK-FC（FC）快速結晶配方。

 

Daher 明日之翼肋骨，完成 圖為明日之翼陣容中的五根肋骨。材料為 Victrex 和 Toray Advanced Composites 提供的碳纖維/PAEK。每個肋都是沖壓成型的，然后修剪到最終的尺寸和尺寸。法蘭為“L”形或“T”形。

 

圖片來源：達爾Daher 生產了熱塑性復合材料翼肋，以證明與金屬翼肋 相比，其重量、成本和交付周期都有所節省。

 

這些熱塑性飛機翼肋由 GKN Aerospace 為空中客車 “明日之翼”演示機制造。圖片來源：GKN Aerospace

Daher 與 GKN 使用不同熱塑基材

聚芳醚酮（ PAEK）膠帶在305°C下熔化；而聚醚 酮酮（PEKK）膠帶在 340°C 下融化。

聚芳醚酮（ PAEK）具有更好的流動性，而且可以 以比 PEKK 和 PEEK 更高的速度進行加工。成本也更低。

聚 醚 醚 酮（PEKK） 是 一 種 新興 的 替 代聚 醚 酮 （PEEK）的高性能碳纖維（CF）增強復合材料基體。它的玻璃化轉變溫度為 162°C（323.6°F），熔融溫度 約為 400°C，結晶速率慢。它有 2 個酮和 1 個醚。酮鍵更具柔性，這增加了所述聚合物的柔性。這意味著 PEKK 的玻璃化轉變溫度（聚合物開始軟化的溫度） 和熔融溫度更高。具有高機械強度、耐高溫、耐疲勞 和低易燃性。在 PEKK 的情況下，這種熱塑性塑料更耐化學流體，具有良好的介電穩定性，并且不會排放有毒煙霧。

PEKK 中 不 同 的對苯二 甲 酸/間苯二甲酸含量 （T/I 比）導致不同的結晶動力學和性能：由于材料的 熔融溫度和粘度，較高的T/I比將需要更高的加工溫度， 但與 T/I 比較低的 PEKK 相比，結晶動力學更快。高 結晶度是性能所需的，因為這提高了材料的強度、剛度、韌性和耐化學性。

在縱向拉伸、縱向和橫向壓縮以及平面內剪切下 表現出優異的強度。它還表現出比 CF/PEEK 更好的界面剪切強度（IFSS- interfacial shear strength），這有助于其卓越的強度，因為在平面內載荷下，損傷通常在纖維-基體界面處開始。從文獻中采用的不同分析模型的預測與實驗相比是有利的，這些模型評估了纖維-基體粘附力對平面內強度的影響。在循環剪切試驗中， CF/PEKK 表現出更為平緩的剛度降低和較低的剪切塑 性，直到 5%的剪切應變，表明基體具有更高的耐損傷性。相對于 CF/PEK，CF/PEKK 表現出優異的層間剪切強度（ILSS- interlaminar shear strength）和 I 型斷裂韌性 （GIC- I fracture toughness），但類似的 II 型斷裂韌性（GICII fracture toughness）。高 GIC 是由于其固有延展性基質和高 IFSS 之間的協同作用，而 ILSS 與 IFSS 密切相關?？偟?來說，CF/PEKK 提供了更好的強度和韌性組合，超過 了 CF/PEEK。沖擊后壓縮強度（CAI- Compression after impact）達到 337 MPa（48.9 ksi ）。PEEK 具有優異的機 械性能和良好的強度重量比，使其成為某些金屬的良好替代品。

綜上，未來“新 A320”的翼肋，選用碳纖維/聚醚 酮酮復合材料制造的幾率很大。

關于PEKK（聚醚酮酮）

PEKK 最初由杜邦公司于 20 世紀 60 年代（1960- 1969）為阿波羅公司開發太空計劃，研發的高溫熱塑性樹脂。經過交易、轉讓，現在制造技術由比利時索爾維（Solvay）和法國阿科瑪（Arkema）擁有。商品代號：前者是 KetaSpire® PEEK，后者是Kepstan®PEKK。東麗（Toray）和赫氏(Hexcel)生產的碳纖維/聚醚酮酮 復合材料，基材均是 Kepstan®PEKK。

慶幸的是我國山東凱盛，自主研發的 PEKK 已經 具備一定的生產能力。凱盛成為全球生產聚醚酮酮 （PEKK）第三廠家。

編后感言

C919在機體選材上，雖然用到鋁-鋰合金。但它仍然是金屬飛機。此亮點不它亮。波音787、空客A350號稱復合材料飛機，但它們60多個機翼翼肋，卻是鋰合金制造的?，F今，高溫、高強度熱塑復材，已經在民 機制造行業嶄露頭角。用它代替鋁合金制 造翼肋，已經是不爭的事實。C929對標波音787、空客 A350，如果翼肋選用高溫、高強度熱塑復材，無疑將是一個 耀眼的亮點！櫻桃好吃樹難栽。要想點燃這個亮點，商飛將有許多工作要做。

楊超凡 2024.5.5