【航天軍工】軍機高溫基材樹脂
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portant;">飛行中的F-22 猛禽戰斗機，加力燃燒室燃燒，
portant;">說明了軍用飛機復合材料中對高溫樹脂的巨大需求
如今，嚴苛的飛行要求使用能夠承受極端溫度的堅固材料：軍用飛機需要發動機噴嘴提供數千小時服務，高溫度可達750°F/399°C，航天器和導彈必須承受短時間發射和重返大氣層的溫度，高溫度為1500°F/816°C。盡管在航空航天部件中與發展良好且仍在發展的環氧樹脂化學競爭并非易事，但其他熱固性樹脂正在擴大高溫操作范圍。在這兩部分系列的部分中，HPC提供了早和廣泛使用的這些高溫替代品的更新，聚酰亞胺。
在這里，我們對雙馬來酰亞胺、氰酸酯進行了同樣的處理苯并惡嗪和鄰苯二甲腈。這組樹脂在復合材料中的應用不如聚酰亞胺廣泛，因為它們為航空航天工程師提供了更廣泛的可定制基質，在需要時可以從中選擇，以滿足項目成本目標內的熱挑戰。
雖然彈道導彈已經在導彈和航天器應用中證明了自己的能力，在發射時的極端高溫會導致太空中的極端寒冷，但目前的新聞報道者是氰酸酯，這在很大程度上是因為它們對濕氣的吸收能力。AMRAAM、Sea Sparrow和AARGM導彈上的復合材料邊條、尾翼和機頭天線罩采用了TenCate Advanced Composites及其全資子公司YLA的預浸料中的BMI和氰酸酯樹脂。
在其EX-1505配方中，該供應商利用了環三聚體三維三嗪環的骨架化學，在氰酸酯固化過程中產生，結合低吸濕性和高耐熱性-800°F/427°C，具體取決于應用結構。EX-1505由石英纖維增強，在導彈電子器件中表現出良好的介電性能，并在高空氣動力加熱期間佳地形成絕緣炭。
據報道，自1994 年以來，TenCate樹脂在軌道航天器上表現優異，包括在所有火星任務飛行器上的隔熱板上。目前正在測試和評估的是該公司的EX-1505TCE預浸料，該預浸料專為地球大氣 層再入大氣層的高熱狀態而設計，干Tg為682°F/361°C。該產品有望在年底前完全商業化。
由Lonza Inc.生產的Primaset 氰酸酯已用于復合衛星天線和波音、雷神、Sunstrand等航空產品的導彈部件。該供應商位于瑞士維斯普的氰酸酯專用生產廠每年可生產250萬至500萬磅。位于新澤西州阿倫代爾的Lonza的銷售和營銷總監Saja Das 表示，導彈應用中對這些材料的耐溫要求從260°C到371°C，“下一代導彈和武器系統將這一耐熱目標提高到 1000°F/538°C。“Primaset 還在F-35復合材料天線罩系統中進行測試，并已用于商用飛機發動機附近的變速箱，其中基于 CE 的 復合材料的溫度為 500°F/260°C。Lonza CE 以固體、液體和溶劑化形式提供，通過RTM、VARTM、RFI、ATP和預浸料配方提供加工靈活性。
通用電氣航空公司愿景的一部分是在軍用發動機部件中使用PMR-15樹脂的更綠色替代品，例如F-16戰斗機上使用的F-110發動機上的風扇導管（技術人員手中的深色中部）
雷普卡指出：“這些樹脂的成本很低，起價為50美元/磅。” 雷普卡還指出，它們還為預成型體制造了出色的增粘劑和粘合劑。與大多數預成型體不同，Raptor的BMI注入樹脂在室溫下可穩定儲存長達24 個月。Stratton評論道：“我們正試圖改變這樣一 種假設，即BMI價格昂貴，且僅在使用溫度較高時使用。我們認為這兩種假設都不成立。” Raptor Resins的BMI的初應用是復合工具和油田應用，盡管Repecka報告許多飛機原始設備制造商正在評估這些配方。
Das 說：“Primaset CE具有環氧樹脂或聚氨酯常見的處理財產。CE預浸料的固有粘性使制造商能夠使用廉價的低壓和低溫真空袋成型/固化來制造復雜零件。”
“在 100%液體形式下，我們可以調整這些樹脂的韌性、高熱循環期間的抗微裂紋性和低粘度，同時仍保持與蜂窩芯的粘合性。” 近的增韌CE配方包括BTP 6020和BTP 2500。BTP 6020 共聚CE和熱塑性塑料，在交聯過程中表現出穩定的結構，在非常高 的頻率下具有低介電財產和改進的防潮性。由于Tg>530°F/277°C，該配方在許多高溫航空航天項目中都是合格的。
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F-35機載復合材料組件中自動纖維放置的碳纖維/環氧樹脂和BMI占新型多用途戰斗機機身的30%
BTP 2500在夾層結構中提供低粘度的粘合和良好的剝離強度。位于華盛頓特區的海軍研究實驗室正在進行CE樹脂方面的有希望的研究。據先進材料/化學部門負責人特迪·凱勒博士介紹，NRL是美國國防部實驗室中唯一的高溫聚合物合成項目。他將合成解釋為操縱化合物的化學和物理財產，以產生產生新化合物的反應。對于復合航空航天部件中的CE，理想的合成將產生由液態CE樹脂加工而成的具有高熱穩定性和氧化穩定性以及低固化溫度的熱固性樹脂。在NRL的合成方法中，在單體中的末端反應性CE基團之間引入具有隨機長度的低聚芳醚間隔基，以產生液體CE樹脂，該樹脂可在受控條件下在環境溫度下通過RTM、RFI、拉擠成型和纖維纏繞進行加工。本研究表明，CE復合材料的熱氧穩定性可能比環氧基復合材料高出許多，并且可以通過調整相對數量來控制剛性、交聯密度、介電常數、Tg和其他理想的物理財產反應物。
與此同時，海軍空戰中心武器部對CE化學的研究包括對熱塑性增韌劑的影 響的研究。增韌的CE可以改善本已較低的吸濕性財產，并增強抗微裂紋性。
NAWC湖聚合物科學與工程分會負責人Andrew Guenthner表示，將本研究的目標描述為“提高具有良好內在抗濕性 的材料的成熟度。我們驚訝地發現，即使氰酸酯分子結構發生非常微小的變化，也會顯著降低吸水率。我們認為，這表明可以在不犧牲成本或加工方便的情況下進一步改進。”
隨著航空航天制造商尋求能夠飛得更長、更快、更遠的飛行器，復合材料的熱管理要求將繼續攀升，挑戰現有配方策略的極限。供應商、制造商和實驗室正在通過適應性材料和工藝科學展示“在熱區相當涼爽”。
導彈系統上的尾翼、邊條和機頭天線罩，如“海麻雀”，
采用雙馬來 酰亞胺和氰酸酯基復合材料，
可處理 800°F/427°C 的工作溫度
Raptor Resins公司的Repecka發現，目前市場上有各種各樣的高溫樹脂，包括那些用于非常小的利基應用的樹脂，這些應用可能很昂貴。“在F-22和F-35等項目上，”他說，“BMI已經證明了其在較輕部件上易于加工，具有優異的財產，這就是復合材料的全部。”他相信，在可預見的未來，將繼續不斷改進。
Lonza的Das認為CE呈上升趨勢，指出“與BM相比，復合材料中CE樹脂的增長并不平穩，這是值得注意的，因為該材料在航空航天和軍事高溫應用中的應用相對較新。”
漢高的Buisson預測，“隨著復合材料在航空航天結構中的應用越來越廣泛，越來越需要具有定制性能和多功能的配方，從而為客戶節省成本。”
補充 CFRP/CMC 資料
賽車復合材料技術通常從飛機復合材料中獲得靈感，但在近開發的樹脂系統中，情況正好相反。PyroSic是一種無機玻璃/陶瓷基質，由位于德克薩斯州達拉斯的Pyromeral Systems公司在法國開發并銷售，用于汽車運動部件的商業用途，可能非常適合熱段航空航天復合材料。據報道，PyroSic 在高達 1200°F/649°C的溫度下表現出長期耐熱性，峰值達到1800°F/982°C。此外，它可以預浸和蒸壓固化，據說具有陶瓷基復合材料的機械財產，懸垂性與碳纖維/環氧預浸料相當。
Pyromeral北美銷售和營銷副總裁Christophe Buchler解釋說，PyroSic的制造不需要在極端溫度下進行化學蒸汽滲透、反復致密化或等靜壓-所有工藝步驟通常與陶瓷相關。“我們只使用一個氣候控制的疊層室來制造零件，并使用傳統的復合材料高壓釜、烤箱和熔爐來制作獨立的后殼。我們的材料依賴于碳纖維/環氧樹脂復合材料的技術，因此可以很容易地用于制造復雜形狀的中空零件，如管道或大型零件。”
他將這種無機基質視為碳纖維增強復合材料和陶瓷基質復合材料之間的橋梁。復合材料加工和無機化學的結合為750°F 至 1800°F的工作范圍提供了金屬的輕質替代品。為了證明其可成形性，Pyromeral Systems為小型渦輪發動機原型設計了一個小型的、單件式的Y形排氣管，與Inconel相比，該排氣管的重量減少了60%。除了重量優勢外，復合材料消除了金屬的制造困難。
Buchler表示，這可能會導致焊縫位置的薄弱點。“使用 PyroSic，我們使用可溶解的心軸將零件制成一個單件，無需焊接、粘接或后組裝。管道在1100°F/593°C 的溫度下排放廢氣。”碳纖維配方也正在評估中。
