用于航空航天领域的新型尖端热塑性材料

诸平

据“我的科学”网站（MyScience.org）2022年4月5日报道，西班牙马德里卡洛斯三世大学 (Universidad Carlos III de Madrid简称UC3M) 在Horizo​​n 2020 计划中协调热塑性复合材料的高温表征和建模（High Temperature Characterisation and Modelling of Thermoplastic Composites简称HITCOMP）项目，该计划旨在研究热塑性材料在航空航天工业（aerospace industry）中的可能优势（New cutting-edge thermoplastic materials for the aerospace sector）。

欧洲航空航天部门通常在许多应用中使用重量轻、高性能的热固性塑料复合材料（也称为环氧树脂基复合材料）。然而，这些材料的耐热性不如其他金属飞机部件，这可能会在达到极端温度的情况下影响安全性。为了改善当前热固性复合材料在面对热损伤时的行为，HITCOMP 研究团队提出了一种替代方案：使用基于 PAEK 树脂的新型热塑性材料。

在 HITCOMP 项目的开发过程中，从热性能的角度来看，由热塑性基材制成的组件比热固性复合材料更有效。使它们非常有用的一个已知特性是它们可以重铸、重塑、加工和回收，而无需任何额外的固化过程来硬化和凝固。此外，与传统的热固性复合材料相比，它们是更通用、更便宜和更环保的材料，并且具有更长的使用寿命，这要归功于它们的高弹性——它们可以更容易地回收或修复——以及抗疲劳——磨损——和腐蚀. 这些材料的引入将意味着拥有更安全、更轻的飞机，这些飞机消耗更少的燃料、提高能源效率并减少排放。

为了在航空航天工业中充分利用热塑性塑料，由于它们在过热时会熔化和变形，因此有必要确定它们在受到热、火和机械载荷时的行为。HITCOMP 项目开发了一个测试实验室，采用新的红外 (IR) 热成像技术，以便在火灾测试期间获得对材料实际温度的准确和非侵入式测量。最终目标是对热塑性塑料进行虚拟测试，并将其在实际应用中的性能与传统热固性复合材料的性能进行比较。

“航空航天部门正在向更多的电动飞机过渡。这涉及更多的热量和最终的火源，从而增加了对结构的加热效应”，来自 UC3M 物理系的 HITCOMP 项目的首席研究员兼协调员费尔南多·洛佩斯（Fernando López）解释说。“在这种情况下，我们的项目旨在建立一种创新的方法，该方法允许对热塑性塑料进行表征，这种方法涉及的资源更少，并在受到机械载荷或火灾和高温时改进了对其行为和抵抗力的预测。”

通过红外热成像获得的测量结果可以进行计算机模拟，从而虚拟化测试以在航空工业中选择这种类型的材料。预计其实施将“显著减少验证测试的数量，这些测试是强制性的，会大大增加成本并延迟行业内此类材料的批准。” IR 模型和设备已经转移到空中客车公司（Airbus company），以便研究其工业应用。

在研究过程中，该团队还开发了一种新方法——受 UC3M 传感器（Sensors）、远程检测（Remote Detection）和红外成像实验室 (LIR-InfraRed LAB) 先前结果的启发——该方法允许使用这些红外成像技术远程确定热这些材料的特性，无需接触。同样，它得到了西班牙国家航空航天技术研究所（Spanish National Institute of Aerospace Technology西班牙语缩写INTA）、高科技IR公司、Sensia Solutions 和空中客车消防实验室（Airbus Fire Lab）的支持。

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