聚酰亞胺複合材料具有高比強度、比模量以及優異的(de)熱氧化穩定性,使其成為可在230℃以上替代金屬材料使(shǐ)用(yòng)的樹脂(zhī)基複合材料。
聚酰亞胺複合材料在航空發(fā)動機(jī)上應用可明顯地減輕發動機的重量,提高發動機推重比。如聚酰亞胺複合材料在航
空渦輪發動機上具有較大的應用。采用聚酰(xiān)亞胺複合材料製(zhì)備的(de)發動機零件,主要包括(kuò)F404外涵道、CF6芯帽、F100外魚鱗片,YF-120風扇(shàn)靜止葉片、PLT-210壓氣機(jī)機匣、F110AFt整流片等。這些發動機零件采用的聚酰亞胺樹脂體係有PMR-15、V-CAP-75。有的(de)已經通過各種試驗並裝機應用。
F404外涵道是**個使用PMR一15/T300織物強聚酰亞胺複合材料製造的發動機零件。它是一(yī)個直徑(jìng)約為76 em。
長度(dù)102 cm稍帶錐度的圓(yuán)柱形筒體。複(fù)合(hé)材料部分重約13 kg。
F404複(fù)合(hé)材料外涵道成形模(mó)具采用模具鋼。模具采用框架結構形式並安(ān)裝在支架上。模具可繞軸轉動以方便鋪疊。F404複合材料外涵道采用熱壓罐固(gù)化工藝技術製備(bèi),其固(gù)化工藝參數(shù)如下:
1)抽真空至13 kPa。
2)以23.5℃,min升溫至204℃。
3)204℃保溫12 min後,抽全真空。
4)以2~3℃/min升溫至238℃,加壓1.277 MPa。
5)在30min內升溫至(zhì)252℃,壓力1.277 blPa,真空。
6)在252℃保溫30 min,壓力1.277 MPa,真空。
7)以1℃/min,升溫至307℃,壓力1.277 MPa,真(zhēn)空。
8)在3070C保(bǎo)溫180 rain,壓力1.277 MPa,真空。
9)緩慢冷卻至80℃以下(xià),卸壓,停(tíng)真空。
脫模後F404複合(hé)材料外涵道采用超聲(shēng)掃描檢測,明顯分(fèn)層(céng),孔隙含量(liàng)低於3%。經過靜力試驗和發動機裝機試驗後,正式裝機應用。F404複合材料外涵道和鈦合金外(wài)涵道相比,重量(liàng)減輕15%~20%,製造成(chéng)本下降30%一50%。
雖然聚酰亞胺複(fù)合材料的應用可給航空發動機帶來明顯的減重效(xiào)果,提高發動機性能。但由於種種(zhǒng)原因,到目前為止,聚酰亞胺複合材料在航空發(fā)動機上仍(réng)處於小規模(mó)的試用階段(duàn)。首先,航空發動機是飛行的動力裝置,極(jí)高的可靠性要求使其需考慮采用非常成熟的(de)材料。複合材料作為一種新型材料,特別是耐高溫聚酰亞胺複合材料,使用經驗和性能數據積累尚(shàng)不充分(fèn)。此(cǐ)外,對於結構複雜尺寸較(jiào)小的複合材料發動機零件,可靠的無損檢測方法目前仍然缺乏。其次,航空(kōng)發動機部件的使用溫度範圍一般高於飛機(jī)部件,即使是耐高溫聚酰亞胺複合(hé)材料,其使用範圍也局限於發動(dòng)機部分冷端和(hé)外圍部件。最後,市(shì)場對航空(kōng)發動(dòng)機的需求有限以及發動機零(líng)件(jiàn)結構形狀複雜和體(tǐ)積較小,導致發動機複合(hé)材料零件的製措成(chéng)本掩高(gāo)。
聚酰亞胺複合(hé)材料(liào)除在航空發動機上得到應用外(wài),在飛機上也(yě)得到(dào)了一定的應用,如B747熱防冰氣壓管道係(xì)統(tǒng)和F—15襟(jīn)翼等。
考慮使用溫度和使用期,一般的樹脂基複(fù)合材料(liào)很難滿足要求,因而采用碳纖維(wéi)增強PMR一15聚酰亞胺複合材料。采用(yòng)複合材料管道替(tì)代(dài)鈦合金管道後,全機防冰氣壓管道係統重量(liàng)下降約125 kg,減重效率達35%以上。