聚酰亞胺複(fù)合材料具有(yǒu)高比強度、比模量以及(jí)優異的(de)熱氧化穩定性,使其成為可在230℃以上替代金屬材料使用的樹脂(zhī)基複合材料。
聚酰亞胺複合材料在航空發動機上應用可明(míng)顯地減輕發動機的重量,提高發動(dòng)機推(tuī)重比。如聚酰亞胺複合材料在航(háng)
空渦輪發(fā)動機上具有較大的(de)應用。采用聚酰(xiān)亞胺複合材料(liào)製備的發動機零件,主要包括F404外涵(hán)道、CF6芯帽、F100外魚鱗片,YF-120風(fēng)扇(shàn)靜止葉片、PLT-210壓氣機機匣、F110AFt整流片等。這些發動機零(líng)件采用的聚酰亞胺樹脂體係有PMR-15、V-CAP-75。有的已經通過各種(zhǒng)試(shì)驗並裝機應用。
F404外涵道(dào)是**個使用PMR一15/T300織物強聚酰亞胺複(fù)合材料製(zhì)造的發動機零件。它是(shì)一個直(zhí)徑約為76 em。
長度102 cm稍帶錐度的圓柱形筒體。複合材料部分重約13 kg。
F404複合材料外涵道成形模具采用模具鋼。模具采用框架結構(gòu)形式並安裝在支架上。模(mó)具可繞軸轉動以方便鋪疊。F404複合材料外涵道采用熱壓罐固化工藝技術製備,其固化工藝參數如下:
1)抽真空(kōng)至13 kPa。
2)以23.5℃,min升溫至(zhì)204℃。
3)204℃保(bǎo)溫12 min後,抽全真空。
4)以2~3℃/min升溫至238℃,加壓1.277 MPa。
5)在30min內升溫至252℃,壓力1.277 blPa,真空。
6)在252℃保溫30 min,壓力1.277 MPa,真空。
7)以1℃/min,升溫至307℃,壓力1.277 MPa,真空。
8)在3070C保溫180 rain,壓力1.277 MPa,真空。
9)緩慢冷卻至80℃以下,卸壓,停真空。
脫模後F404複合材料外涵道采用超(chāo)聲掃描檢測,明顯分層(céng),孔隙含(hán)量低(dī)於3%。經過靜力試驗和發動機裝(zhuāng)機試驗後,正式裝機應用。F404複合材料外涵道和鈦合金外涵道相比,重量減輕15%~20%,製造成本下降30%一50%。
雖然聚酰亞胺複合材料的應用可給航空發動機帶來明顯的減重效果,提高發動(dòng)機性能。但由於(yú)種種原(yuán)因,到目前為止,聚酰亞胺複合材料在航(háng)空發動機上仍處於小規模(mó)的試用階段(duàn)。首先,航空發動(dòng)機是飛行的動力裝置,極高的可靠性要求使其需考慮采用(yòng)非常成熟(shú)的材料。複合材料(liào)作為一種新型材料,特別(bié)是(shì)耐(nài)高(gāo)溫聚酰亞胺複合材料,使(shǐ)用經驗和性能數據(jù)積累(lèi)尚(shàng)不充分。此(cǐ)外,對於結構複雜(zá)尺(chǐ)寸較小的複合材料發動機零件,可靠的無損檢測方法目前仍(réng)然缺乏(fá)。其次,航空發動機(jī)部件的使(shǐ)用溫度範圍一般高於飛機部(bù)件,即使是耐高溫聚酰(xiān)亞胺複合材料(liào),其使用範圍也局限於發動機部分(fèn)冷端和外圍部件。最後,市場對航空發動機的需求有限以及發動(dòng)機零件結構形狀複雜和(hé)體積較小,導致發動機複合材料零件的製措成本掩(yǎn)高。
聚酰亞胺複合材料除在航空發動機(jī)上得到應用外,在飛機(jī)上也得到了一定的應用,如(rú)B747熱防冰氣壓管道係統和F—15襟翼等。
考慮使用溫度(dù)和使用期,一般的樹脂基複合材料很難滿足(zú)要(yào)求,因而采用碳纖維增強PMR一15聚酰亞胺複合(hé)材料。采用複合材料管道替代鈦合(hé)金管道後,全(quán)機防冰氣壓管道係統重量下降約125 kg,減重效(xiào)率達35%以(yǐ)上。