以前制造民机结构件，都是使用热固性环氧基材复合材料。由于翼肋主要承受剪力，热固性复材抗剪能力差，只得使用铝合金。

高温热塑树脂是指 PEEK(聚醚醚酮)、PAEK(聚芳 醚酮)、PEKK（聚醚酮酮）。空客针对未来“新 A320” 的复材机翼，组织了名为“明日之翼”的研发项目。该项目涉及100多项零件和制造技术。其中之一就是用高温热塑复材制造翼肋。未来“新 A320”机翼有 20 多 个翼肋。最大的肋骨长 2 米，宽 1 米。承受的载荷从 1- 50 吨。演示翼肋的制造工作，分别由法国 Daher（达尔） 和英国 GKN 承担。

◆ Daher（达尔）使用东丽（Toray）提供的单向 （UD）碳纤维/低熔体聚芳基醚酮（PAEK）胶带。

◆ GKN 使用 Solvay(索尔维,比利时布鲁塞尔）的 APC 碳纤维/聚醚酮（PEKK-FC）胶带，该胶带 基于该公司的 Novaspire PEKK-FC（FC）快速结晶配方。

 

Daher 明日之翼肋骨，完成 图为明日之翼阵容中的五根肋骨。材料为 Victrex 和 Toray Advanced Composites 提供的碳纤维/PAEK。每个肋都是冲压成型的，然后修剪到最终的尺寸和尺寸。法兰为“L”形或“T”形。

 

图片来源：达尔Daher 生产了热塑性复合材料翼肋，以证明与金属翼肋 相比，其重量、成本和交付周期都有所节省。

 

这些热塑性飞机翼肋由 GKN Aerospace 为空中客车 “明日之翼”演示机制造。图片来源：GKN Aerospace

Daher 与 GKN 使用不同热塑基材

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

聚芳醚酮（ PAEK）具有更好的流动性，而且可以 以比 PEKK 和 PEEK 更高的速度进行加工。成本也更低。

聚 醚 醚 酮（PEKK） 是 一 种 新兴 的 替 代聚 醚 酮 （PEEK）的高性能碳纤维（CF）增强复合材料基体。它的玻璃化转变温度为 162°C（323.6°F），熔融温度 约为 400°C，结晶速率慢。它有 2 个酮和 1 个醚。酮键更具柔性，这增加了所述聚合物的柔性。这意味着 PEKK 的玻璃化转变温度（聚合物开始软化的温度） 和熔融温度更高。具有高机械强度、耐高温、耐疲劳 和低易燃性。在 PEKK 的情况下，这种热塑性塑料更耐化学流体，具有良好的介电稳定性，并且不会排放有毒烟雾。

PEKK 中 不 同 的对苯二 甲 酸/间苯二甲酸含量 （T/I 比）导致不同的结晶动力学和性能：由于材料的 熔融温度和粘度，较高的T/I比将需要更高的加工温度， 但与 T/I 比较低的 PEKK 相比，结晶动力学更快。高 结晶度是性能所需的，因为这提高了材料的强度、刚度、韧性和耐化学性。

在纵向拉伸、纵向和横向压缩以及平面内剪切下 表现出优异的强度。它还表现出比 CF/PEEK 更好的界面剪切强度（IFSS- interfacial shear strength），这有助于其卓越的强度，因为在平面内载荷下，损伤通常在纤维-基体界面处开始。从文献中采用的不同分析模型的预测与实验相比是有利的，这些模型评估了纤维-基体粘附力对平面内强度的影响。在循环剪切试验中， CF/PEKK 表现出更为平缓的刚度降低和较低的剪切塑 性，直到 5%的剪切应变，表明基体具有更高的耐损伤性。相对于 CF/PEK，CF/PEKK 表现出优异的层间剪切强度（ILSS- interlaminar shear strength）和 I 型断裂韧性 （GIC- I fracture toughness），但类似的 II 型断裂韧性（GICII fracture toughness）。高 GIC 是由于其固有延展性基质和高 IFSS 之间的协同作用，而 ILSS 与 IFSS 密切相关。总的 来说，CF/PEKK 提供了更好的强度和韧性组合，超过 了 CF/PEEK。冲击后压缩强度（CAI- Compression after impact）达到 337 MPa（48.9 ksi ）。PEEK 具有优异的机 械性能和良好的强度重量比，使其成为某些金属的良好替代品。

综上，未来“新 A320”的翼肋，选用碳纤维/聚醚 酮酮复合材料制造的几率很大。

关于PEKK（聚醚酮酮）

PEKK 最初由杜邦公司于 20 世纪 60 年代（1960- 1969）为阿波罗公司开发太空计划，研发的高温热塑性树脂。经过交易、转让，现在制造技术由比利时索尔维（Solvay）和法国阿科玛（Arkema）拥有。商品代号：前者是 KetaSpire® PEEK，后者是Kepstan®PEKK。东丽（Toray）和赫氏(Hexcel)生产的碳纤维/聚醚酮酮 复合材料，基材均是 Kepstan®PEKK。

庆幸的是我国山东凯盛，自主研发的 PEKK 已经 具备一定的生产能力。凯盛成为全球生产聚醚酮酮 （PEKK）第三厂家。

编后感言

C919在机体选材上，虽然用到铝-锂合金。但它仍然是金属飞机。此亮点不它亮。波音787、空客A350号称复合材料飞机，但它们60多个机翼翼肋，却是锂合金制造的。现今，高温、高强度热塑复材，已经在民 机制造行业崭露头角。用它代替铝合金制 造翼肋，已经是不争的事实。C929对标波音787、空客 A350，如果翼肋选用高温、高强度热塑复材，无疑将是一个 耀眼的亮点！樱桃好吃树难栽。要想点燃这个亮点，商飞将有许多工作要做。

杨超凡 2024.5.5