用于下一代航空结构的石墨烯增强复合材料

2014-12-12
国外国防科技文献资料快报
   【据英国航空制造杂志2014年11月13日报道】加的夫大学工程学院和Haydale公司宣布新研究验证了碳纤维复合材料力学性能的重大改进，抗冲击性更高。研究成果是损伤容限的增加，这将对未来复合材料结构开发产生极大帮助，验证了未来减重、环保和减排的飞机设计的可能性。
    研究由加的夫大学工程学院进行，欧盟第7个框架计划在“洁净天空”计划中给予资助。项目基于意大利航空航天中心（CIRA）为绿色支线飞机（GRA）开发新复合材料技术的要求，由CIRA、加的夫大学工程学院和Haydale的集成团队共同主持。
    项目研究了石墨烯纳米薄片（GNP）和碳纳米管（CNT）增强技术。与树脂相比，碳纤维的增强作用使其刚度和强度更高，在纤维增强的复合材料中，纤维决定了其属性。功能化石墨烯加入纯树脂可以达到两倍的刚度，不过在宏观复合材料中效果通常会小一些。研究中观测到的结果是，抗压强度增加了13%，碰撞后抗压性能增加了50%，也就是说正面影响了断裂类型。这是一个非常显著的结果，因为抗损伤和受压属性在复合材料飞机机翼等高性能结构中是非常重要的。
    项目采用树脂浸渍技术生产了含小比例纳米材料的复合材料，实现了最好的材料改进。该技术广泛用于航空工业，纳米材料使用Haydale的低温、低能耗HDPlas等离子工艺进行了表面处理，促进了均匀分散和化学键合，避免了传统功能化工艺中产生的废物流。Haydale公司表示，这些杰出的结果加强了等离子功能化工艺进行超级复合材料生产的技术可实现性。纳米增强复合材料为强化由石墨稀技术实现的超高性能材料提供了极有前景的路线，研究验证了通过使用等离子功能化的纳米碳材料对复合材料可以做出显著的改进。
    加的夫大学工程学院表示，该项目展示了石墨稀技术对提升飞机材料性能的巨大潜力。这些初始结果意味着能够给飞机和其它应用带来很大的减重。石墨稀在下一代航空结构开发中的潜力经此项目增进了一大步。Haydale公司通过其低温等离子工艺进行的石墨稀表面功能化在实现可观的材料改进上起到了关键作用。HDPlas技术非常环保，同时完全探索了石墨稀在复合材料中的潜力。（中国航空工业发展研究中心 刘亚威）