第二章 材料与制造工艺
第一节 结构用复合材料要求
结构用复合材料必须满足结构对材料的要求：（"）材料性能满足结构使用要求。材料使用温度应高于结构最高工作温度；比强度、比刚度高；湿 热环境下强度、刚度保持率高；对外来物冲击，特别是低能量冲击不敏感等。（）材料具有良好的工艺性（成形工艺性和机械加工性等）和易维护、修理性。工艺性要求目的在于使材料能适宜大型构件与复杂型面构件的制造，并有利于确保成形的复合材料结构达到高的成品率和降低使用维修费用。（%）材料可以单向带、织物预浸料等多种形式供应，并且尽可能地降低材料费用。
材料货源质量可靠、供货及时。
（&）材料具有一定的设计分析和使用经验。
（’）对有特殊要求的结构部件，材料应满足其特殊要求，如：阻燃、燃烧毒性、透波性、吸波性、电磁性等要求。
第二节 增强纤维
增强纤维是复合材料主要组分材料之一，是复合材料承载主体，选定纤维品种及其体积含量，即可预估出复合材料沿纤维方向（纵向）力学性能。单位体积纤维含量 ()，结构用复合材料单向板约为 *+,，织物增强板约为 &’,。
飞机结构上应用的增强纤维有碳纤维、芳纶（ -./012）、玻璃纤维和硼纤维等。碳纤维由于其性能好、纤维类型和规格多、成本适中等因素，在飞机结构上应用最广。芳纶性能虽然尚佳，但在湿热环境下性能有明显下降，一般不用作飞机主承力结构，多与碳纤维混杂使用。玻璃纤维由于模量低，仅用于次要结构（整流罩、舱内装饰结构等），但其电性能、透波性适宜制作雷达罩等。硼纤维，因纤维直径太粗又刚硬，成形和加工性不好，价格又十分昂贵，故应用十分有限。几种飞机结构上常用纤维的性
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能比较。
目前，飞机结构广泛应用的增强纤维仍然是 "一类的高强度碳纤维及其复合材料。主要品牌有 "（日本， %&’公司）、()*（美国， +,%-./,0公司）、 +(（日本， 1,023456公司）等。这类碳纤维最早得到航空工业界的认可（质量符合波音公司 17)8—9标准）。:8;年后碳纤维可以大批量生产，性能稳定，有丰富的使用经验和完整的工程技术数据，价格也相对便宜。 "和 ()*两者性能相当，但 ()*纤维抗氧化性能略好一些，并且有上桨和不上浆两种纤维，适合与各类基体匹配，制成性能优异的复合材料。
为了满足新一代高性能飞机的结构减重要求，国外航空工业对碳纤维提出了韧性要求，即将纤维拉伸强度和拉伸模量提高 "< = *<，使纤维断裂伸长率提高 ><，并要求与韧性树脂基体组合提高抗损伤能力，以求使复合材料设计许用应变由 ?"< =?*<提高到 ? @<以上。为此所研制的 9+，A7@，A7;等中等模量高强度碳纤维，在 :898年得到了航空工业界的认可（质量符合波音公司 17)8—:;标准）；并用于新一代型号飞机结构。
碳纤维发展方向主要有 "个，即中模量高强度碳纤维 9、:，高模量碳纤维 7BC、7@C和工业用廉价碳纤维。高性能纤维价格太贵， 9+的价格约为 "的 "—"? B倍， :，7BC，7@C等价格更贵，因而制约了其应用范围。目前，性能优于 "的 ;纤维，价格略贵一些，受到重视，正在进行结构应用研究。
增强材料的基本形式有纤维丝束、编织布和针织布。
纤维丝束是增强材料的最基本形式。纤维丝束一般以预浸渍树脂基体的按同一方向（经向）平行排列成的纤维束条带即单向带，供工艺成形结构使用。为了改善单向带工艺性能，将纤维丝束用少量维持纤维丝束经向排列的非承载作用的纬向纤维织成一种特殊的单向织物，又称无纬布或无纺布。无纬布浸渍树脂后也称为单向带，其纤维增强作用效果与纤维丝束单向带基本相同，但其铺覆工艺性大为改善。
编织布（织物）是由经向纤维与纬向纤维编织而成，分平纹布和缎纹布。平纹布的经向与纬向纤维比例为 :：:，布形稳定，不易弯折。缎纹布按经线与纬线编织时相交所间隔的纬线数目 *、B、9不同的编织方式，有 *综缎、 B综缎、 9综缎等缎纹布，各有各自的特点。如 9综缎布浸渍树脂后体现了单向带特点，且整体性好，易铺贴。不同纤维混合编织物，为设计选材提供了更多的便利，织物可制成预浸料使用。
针织布是用非增强纤维（机线）将增强纤维编织在一起形成的织物。其特点是增强纤维不扭曲，可有效传递载荷。针织布是制作预成形件的材料，不制成预浸料。
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第三节 树脂基体
树脂基体是复合材料另一个主要组分材料。在复合材料结构件成形过程中，树脂基体参与化学反应并固化成形为结构。因此，树脂基体固化工艺决定了结构件成形工艺和制造成本；不同树脂体系有不同工艺参数，而不同工艺方法要求不同的树脂体系。树脂基体对纤维起支撑、保护作用并传递载荷。因此，树脂基体性能直接关系到复合材料的使用温度和压缩性能，横向（"）性能和剪切性能（包括层间剪切强度）等基本性能，以及耐湿热性能、抗冲击损伤性能和冲击后压缩强度 %&’等，复合材料在飞机结构上应用得愈广，对树脂基体提出的要求也就愈多、愈苛刻。因此，树脂的品种、类型将会不断增加，性能不断改进。
一、树脂基体研究与开发
飞机结构用复合材料树脂基体的研究与开发已有近 (年的历程。
树脂基体的研究开发主要围绕综合提高材料使用温度、耐湿 )热性能、冲击韧性
特性为主和 )或以降低成形工艺成本的新工艺方法所需树脂基体为主进行。改性环
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