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冠軍：聚醚酮酮（PEKK）復(fù)合材料；
亞軍：聚醚醚酮（PEEK）復(fù)合材料；
季軍：聚芳醚酮( PAEK ) 復(fù)合材料。
以上三種復(fù)材中基材樹脂（matrix）均屬熱塑性樹脂。
下面圖中展示常見(jiàn)樹脂性能、價(jià)格：
民機(jī)使用的熱塑樹脂
民機(jī)主要受力結(jié)構(gòu)件使用的熱塑樹脂，是指高溫、高性能PAEK、PEEK和PEKK。它們是一組半結(jié)晶和非晶態(tài)熱塑樹脂。是由芳香基-苯環(huán)（由六個(gè)碳原子和六個(gè)氫原子組成，呈平面六邊形）和不同數(shù)量的醚鍵、酮鍵，按固定順序組成的。
結(jié)晶區(qū)提供剛度、強(qiáng)度、降低吸濕性和蠕變。非結(jié)晶區(qū)提供韌性和好的損傷容限。
結(jié)晶度對(duì)材料最終性能如，韌性、剛度、耐溶劑性等，都起著重要作用。
PAEK、PEEK上市較早，應(yīng)用、研究較多。PEKK上市較晚，不同廠家生產(chǎn)的KEKK大不相同。特別是2011才年上市的法國(guó)阿科瑪（Arkema）的Kepstan®PEKK，可調(diào)節(jié)Tg和Tm,更加受到工業(yè)部門青睞。
PEEK與PEKK的差別
邊框中塑料顆粒是Kepstan®PEKK
分子結(jié)構(gòu)中PEKK有一個(gè)酮鍵代替PEEK中的一個(gè)醚鍵。酮鍵比醚鍵靈活；多一個(gè)酮鍵，就多一個(gè)碳原子。因此酮鍵比醚鍵更堅(jiān)硬。上述差別造成兩者性能的差異。
- Tg: PEEK 143 vs. PEKK 160 °C ;
- Tp: PEEK 385 vs. PEKK 375 °C ;
- Tm： PEEK 334 vs. PEKK 306-400 °C
- PEKK的抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)高于PEEK（可制造機(jī)翼翼肋，32層，176mm）;
- PEKK的結(jié)晶速度慢。容易控制結(jié)晶度；
- 特別是Kepstan®PEKK的T/I可調(diào)節(jié)，以適應(yīng)不同的加工方法和不同的用戶需求。
碳纖維增強(qiáng)熱塑樹脂復(fù)合材料現(xiàn)狀
上表中復(fù)材碳纖維是用赫氏的AS7，被東麗收購(gòu)
目前供應(yīng)民機(jī)熱塑復(fù)材僅4家:東麗、索爾維、帝人和赫氏。
2018年3月，東麗用9.3億歐元收購(gòu)了TenCate的熱塑復(fù)材。當(dāng)時(shí)碳纖維是用赫氏的AS7。收購(gòu)后改用自己的T700碳纖維。僅改碳纖維，東麗用了近兩年時(shí)間，經(jīng)過(guò)美國(guó)國(guó)家先進(jìn)材料中心NACMP(National Center for Advanced Material Performonce)和國(guó)家航空研究院NIAR ( National Institute Aviation Research)認(rèn)證并加入公共數(shù)據(jù)庫(kù)。材料的牌號(hào)中基材樹脂仍舊用Cetex®。
2020.8.24赫氏宣布推出其最新的HexAM®3D打印材料HexPEKK®EM，這是一種導(dǎo)電、高性能、基于PEKK的熱塑性碳纖維復(fù)合增材制造材料。
2024年3月推出阿科瑪?shù)腒epstan®PEKK基材樹脂和Hexcel HexTow®AS7和IM7碳纖維的熱塑膠帶。同時(shí)還展示出機(jī)身蒙皮與長(zhǎng)桁焊接的演示件。
多功能機(jī)身演示件-MFFD
多功能機(jī)身演示件(MFFD - Multi Functional Fuselage Demonstrator)是由空客聯(lián)合歐洲38家科研院校、企業(yè)，于2015年7月開(kāi)始研發(fā)，于2024年3月完成的項(xiàng)目。
演示件是模擬A320機(jī)身段設(shè)計(jì)的。直徑4米、長(zhǎng)度8米、一個(gè)登機(jī)門、6個(gè)窗框。所有零件全部用熱塑復(fù)合材料制造。零件連接全部用焊接，無(wú)一個(gè)鉚釘。
演示件還包括客艙地板下的導(dǎo)管、電纜安裝;客艙上部天花板和行李箱支架的連接。
補(bǔ)充說(shuō)明：此MFFD蒙皮、長(zhǎng)桁、框現(xiàn)用，東麗低熔點(diǎn)聚芳醚酮復(fù)合材料。最初選用PEKK復(fù)材，制造中才改用PAEK復(fù)材。
總結(jié)
- 蒙皮厚度：2.2-2.8mm；
- 比鋁合金機(jī)身輕1噸；
- 比熱固機(jī)身輕20%；
- 比鋁合金機(jī)身成本節(jié)約10%；
- 能滿足每月制造70-100架飛機(jī)的速率。
關(guān)注的問(wèn)題
根據(jù)網(wǎng)上報(bào)道，空客下一代單通道、窄體飛機(jī)（相當(dāng)現(xiàn)在的A320、B737、C919），機(jī)翼仍然用環(huán)氧熱固復(fù)材，但與此前所有制造復(fù)材機(jī)翼，使用不同的工藝—不用熱壓罐固化。機(jī)身零件使用熱塑復(fù)材、連接用焊接。
從MFFD演示件使用的熱塑復(fù)材，值得關(guān)注的有以下問(wèn)題：
- 為何都使用T700量級(jí)的碳纖維？
- 碳纖維是否需要上漿、用什么漿料？
當(dāng)下，我國(guó)能生產(chǎn)PEEK和PEKK樹脂。希望復(fù)
材同仁抓住機(jī)遇研發(fā)我國(guó)民機(jī)使用的熱塑復(fù)合材料。
注：本文是編者參加“中國(guó)復(fù)合材料工業(yè)40周年慶典”發(fā)言的部分內(nèi)容。
楊超凡 2024.12.3