【航天军工】军机高温基材树脂
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portant;">飞行中的F-22 猛禽战斗机，加力燃烧室燃烧，
portant;">说明了军用飞机复合材料中对高温树脂的巨大需求
如今，严苛的飞行要求使用能够承受极端温度的坚固材料：军用飞机需要发动机喷嘴提供数千小时服务，高温度可达750°F/399°C，航天器和导弹必须承受短时间发射和重返大气层的温度，高温度为1500°F/816°C。尽管在航空航天部件中与发展良好且仍在发展的环氧树脂化学竞争并非易事，但其他热固性树脂正在扩大高温操作范围。在这两部分系列的部分中，HPC提供了早和广泛使用的这些高温替代品的更新，聚酰亚胺。
在这里，我们对双马来酰亚胺、氰酸酯进行了同样的处理苯并恶嗪和邻苯二甲腈。这组树脂在复合材料中的应用不如聚酰亚胺广泛，因为它们为航空航天工程师提供了更广泛的可定制基质，在需要时可以从中选择，以满足项目成本目标内的热挑战。
虽然弹道导弹已经在导弹和航天器应用中证明了自己的能力，在发射时的极端高温会导致太空中的极端寒冷，但目前的新闻报道者是氰酸酯，这在很大程度上是因为它们对湿气的吸收能力。AMRAAM、Sea Sparrow和AARGM导弹上的复合材料边条、尾翼和机头天线罩采用了TenCate Advanced Composites及其全资子公司YLA的预浸料中的BMI和氰酸酯树脂。
在其EX-1505配方中，该供应商利用了环三聚体三维三嗪环的骨架化学，在氰酸酯固化过程中产生，结合低吸湿性和高耐热性-800°F/427°C，具体取决于应用结构。EX-1505由石英纤维增强，在导弹电子器件中表现出良好的介电性能，并在高空气动力加热期间佳地形成绝缘炭。
据报道，自1994 年以来，TenCate树脂在轨道航天器上表现优异，包括在所有火星任务飞行器上的隔热板上。目前正在测试和评估的是该公司的EX-1505TCE预浸料，该预浸料专为地球大气 层再入大气层的高热状态而设计，干Tg为682°F/361°C。该产品有望在年底前完全商业化。
由Lonza Inc.生产的Primaset 氰酸酯已用于复合卫星天线和波音、雷神、Sunstrand等航空产品的导弹部件。该供应商位于瑞士维斯普的氰酸酯专用生产厂每年可生产250万至500万磅。位于新泽西州阿伦代尔的Lonza的销售和营销总监Saja Das 表示，导弹应用中对这些材料的耐温要求从260°C到371°C，“下一代导弹和武器系统将这一耐热目标提高到 1000°F/538°C。“Primaset 还在F-35复合材料天线罩系统中进行测试，并已用于商用飞机发动机附近的变速箱，其中基于 CE 的 复合材料的温度为 500°F/260°C。Lonza CE 以固体、液体和溶剂化形式提供，通过RTM、VARTM、RFI、ATP和预浸料配方提供加工灵活性。
通用电气航空公司愿景的一部分是在军用发动机部件中使用PMR-15树脂的更绿色替代品，例如F-16战斗机上使用的F-110发动机上的风扇导管（技术人员手中的深色中部）
雷普卡指出：“这些树脂的成本很低，起价为50美元/磅。” 雷普卡还指出，它们还为预成型体制造了出色的增粘剂和粘合剂。与大多数预成型体不同，Raptor的BMI注入树脂在室温下可稳定储存长达24 个月。Stratton评论道：“我们正试图改变这样一 种假设，即BMI价格昂贵，且仅在使用温度较高时使用。我们认为这两种假设都不成立。” Raptor Resins的BMI的初应用是复合工具和油田应用，尽管Repecka报告许多飞机原始设备制造商正在评估这些配方。
Das 说：“Primaset CE具有环氧树脂或聚氨酯常见的处理财产。CE预浸料的固有粘性使制造商能够使用廉价的低压和低温真空袋成型/固化来制造复杂零件。”
“在 100%液体形式下，我们可以调整这些树脂的韧性、高热循环期间的抗微裂纹性和低粘度，同时仍保持与蜂窝芯的粘合性。” 近的增韧CE配方包括BTP 6020和BTP 2500。BTP 6020 共聚CE和热塑性塑料，在交联过程中表现出稳定的结构，在非常高 的频率下具有低介电财产和改进的防潮性。由于Tg>530°F/277°C，该配方在许多高温航空航天项目中都是合格的。
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F-35机载复合材料组件中自动纤维放置的碳纤维/环氧树脂和BMI占新型多用途战斗机机身的30%
BTP 2500在夹层结构中提供低粘度的粘合和良好的剥离强度。位于华盛顿特区的海军研究实验室正在进行CE树脂方面的有希望的研究。据先进材料/化学部门负责人特迪·凯勒博士介绍，NRL是美国国防部实验室中唯一的高温聚合物合成项目。他将合成解释为操纵化合物的化学和物理财产，以产生产生新化合物的反应。对于复合航空航天部件中的CE，理想的合成将产生由液态CE树脂加工而成的具有高热稳定性和氧化稳定性以及低固化温度的热固性树脂。在NRL的合成方法中，在单体中的末端反应性CE基团之间引入具有随机长度的低聚芳醚间隔基，以产生液体CE树脂，该树脂可在受控条件下在环境温度下通过RTM、RFI、拉挤成型和纤维缠绕进行加工。本研究表明，CE复合材料的热氧稳定性可能比环氧基复合材料高出许多，并且可以通过调整相对数量来控制刚性、交联密度、介电常数、Tg和其他理想的物理财产反应物。
与此同时，海军空战中心武器部对CE化学的研究包括对热塑性增韧剂的影 响的研究。增韧的CE可以改善本已较低的吸湿性财产，并增强抗微裂纹性。
NAWC湖聚合物科学与工程分会负责人Andrew Guenthner表示，将本研究的目标描述为“提高具有良好内在抗湿性 的材料的成熟度。我们惊讶地发现，即使氰酸酯分子结构发生非常微小的变化，也会显著降低吸水率。我们认为，这表明可以在不牺牲成本或加工方便的情况下进一步改进。”
随着航空航天制造商寻求能够飞得更长、更快、更远的飞行器，复合材料的热管理要求将继续攀升，挑战现有配方策略的极限。供应商、制造商和实验室正在通过适应性材料和工艺科学展示“在热区相当凉爽”。
导弹系统上的尾翼、边条和机头天线罩，如“海麻雀”，
采用双马来 酰亚胺和氰酸酯基复合材料，
可处理 800°F/427°C 的工作温度
Raptor Resins公司的Repecka发现，目前市场上有各种各样的高温树脂，包括那些用于非常小的利基应用的树脂，这些应用可能很昂贵。“在F-22和F-35等项目上，”他说，“BMI已经证明了其在较轻部件上易于加工，具有优异的财产，这就是复合材料的全部。”他相信，在可预见的未来，将继续不断改进。
Lonza的Das认为CE呈上升趋势，指出“与BM相比，复合材料中CE树脂的增长并不平稳，这是值得注意的，因为该材料在航空航天和军事高温应用中的应用相对较新。”
汉高的Buisson预测，“随着复合材料在航空航天结构中的应用越来越广泛，越来越需要具有定制性能和多功能的配方，从而为客户节省成本。”
补充 CFRP/CMC 资料
赛车复合材料技术通常从飞机复合材料中获得灵感，但在近开发的树脂系统中，情况正好相反。PyroSic是一种无机玻璃/陶瓷基质，由位于德克萨斯州达拉斯的Pyromeral Systems公司在法国开发并销售，用于汽车运动部件的商业用途，可能非常适合热段航空航天复合材料。据报道，PyroSic 在高达 1200°F/649°C的温度下表现出长期耐热性，峰值达到1800°F/982°C。此外，它可以预浸和蒸压固化，据说具有陶瓷基复合材料的机械财产，悬垂性与碳纤维/环氧预浸料相当。
Pyromeral北美销售和营销副总裁Christophe Buchler解释说，PyroSic的制造不需要在极端温度下进行化学蒸汽渗透、反复致密化或等静压-所有工艺步骤通常与陶瓷相关。“我们只使用一个气候控制的叠层室来制造零件，并使用传统的复合材料高压釜、烤箱和熔炉来制作独立的后壳。我们的材料依赖于碳纤维/环氧树脂复合材料的技术，因此可以很容易地用于制造复杂形状的中空零件，如管道或大型零件。”
他将这种无机基质视为碳纤维增强复合材料和陶瓷基质复合材料之间的桥梁。复合材料加工和无机化学的结合为750°F 至 1800°F的工作范围提供了金属的轻质替代品。为了证明其可成形性，Pyromeral Systems为小型涡轮发动机原型设计了一个小型的、单件式的Y形排气管，与Inconel相比，该排气管的重量减少了60%。除了重量优势外，复合材料消除了金属的制造困难。
Buchler表示，这可能会导致焊缝位置的薄弱点。“使用 PyroSic，我们使用可溶解的心轴将零件制成一个单件，无需焊接、粘接或后组装。管道在1100°F/593°C 的温度下排放废气。”碳纤维配方也正在评估中。
