航空航天樹脂基複合材料增韌材料--納米纖維層間增韌薄膜

纖維增強的聚合物複合材料正在迅速普及，成為飛機、太空飛行器、衛星、飛彈製造的首選材料。特別是，近年來，已在全球多個航空航天項目中用作主要結構材料，碳纖維具有耐腐蝕、符合輕量化的發展趨勢、低熱膨脹係數等優點。碳纖維複合材料憑藉優異的力學性能被越來越多地應用於航空航天工業。

航空領域：

過去十年，在航空複合材料領域一直在降低成本，提高零部件性能並減輕零部件重量，複合材料現已在飛機中獲得公認的地位，而碳纖維增強材料已成為輔助組件如（機翼活動翼，襟翼，擾流板，方向舵，直升機葉片，座椅，肋骨，室內裝飾，舷窗，扶手等），並已進入主要結構組件，例如主翼，機尾，機身，完整的水平穩定器和垂直穩定器結構。已大量使用在波音787和空客A350、A380等。

航天領域：

衛星結構對強度、剛度以及使用環境的要求與飛機結構有明顯差別，衛星結構設計在滿足強度的條件下主要解決剛度的問題，因此需要採用具有一定強度的高模量複合材料。

目前已廣泛用於航空航天，火箭，飛彈和飛行設備及發射裝置。

用作航空和太空飛行器的結構材料，如（火箭排氣錐，發動機罩與殼體；衛星結構，太陽能電池板和天線，運載火箭等）。

碳纖維複合材料在飛彈中用於舵面、天線罩、整流罩、進氣道，飛彈彈頭，彈殼等。

碳纖維複合材料具有重量輕，強度高和彈性模量高的特點。它可以將傳統鋁合金結構的重量減少30％。它對改善武器裝備的性能做出了巨大貢獻。它被廣泛用於飛機機體，發動機，飛彈殼等的製造。現在美國F-22和F-35戰鬥機的碳纖維複合材料比例分別為24％和36％，這使戰鬥機具有超高音速巡航，超視距作戰，高機動性和隱身性的特點，以A350和波音787為代表的新型大型民用飛機碳纖維複合材料的比例超過50％。

航空航天在利用碳纖維的特性不斷地獲得新的技術優勢，但是碳纖維目前也面臨著眾多的挑戰和障礙，其中最重要問題是分層。脫層是指複合材料層緩慢彼此分離的狀態，在大多數情況下，分離是由於衝擊和反覆的循環應力造成的。除了分層以外，碳纖維在製造階段時也可能會起皺。起皺導致纖維變硬，並且作為多米諾骨牌效應變弱。

Xantu Layr納米纖維薄膜可以用在碳纖維預浸料層間增韌，用於改善斷裂韌性（抗分層性），衝擊強度之後的壓縮（損傷容限）和複合材料分層的抗疲勞強度。納米纖維膜在層間區域充當脆性樹脂基體的納米級增強物質，最終形成更堅韌的樹脂，在受到壓力或衝擊時不易發生微小裂紋。

紐西蘭公司Revolution Fibers已通過獲得AS9100c認證，成為首家達到航空航天工業標準的納米纖維生產商，這將使該公司能夠進一步為其航空航天客戶開發納米纖維產品，已有合研項目在與空客一起進行。

確切的說，Xantu.Layr 不是複合材料中纖維增強的物質，而是作為樹脂的增強劑。 例如：代替樹脂中使用的增強顆粒，Xantu.Layr可以作為樹脂韌性增強物質放置於每一層預浸料或者增強纖維之間。

Xantu. Layr使用簡便，適合190℃和260℃高溫固化。通常有三種規格，重量分別為1.5gsm, 3.0gsm, 4.5gsm. 厚度分別為8μm，16μm和24微米，標準寬度為1m，也可根據實際應用進行定製。

通過實驗，使用Xantu. Layr的預浸料在為易脆的樹脂提供納米級的增強膜來改善複合材料的性能，納米纖維很容易被樹脂浸溼，由於增強了疏水性，不會吸收水分，避免基體產生空隙，有效提高了複合材料層合板的抗分層特性、衝擊強度之後的壓縮和抗疲勞特性。

第三代複合材料中普及推廣了層間增韌的技術， 目前有3種增韌技術用於碳纖維預浸料，分別為顆粒增韌、薄膜增韌和納米纖維增韌。 與其他一些常用的增韌系統不同，複合材料的物理和機械性能，如溫度、層間剪切強度、彎曲強度和模量、拉伸強度和模量，不會受到納米纖維膜的影響。

通過實驗我們可以發現，使用不同規格的納米纖維膜對複合材料層合板的斷裂韌性有不同程度的提升，其中4.5gsm Xantu. Layr可以提升156%。複合材料的斷裂韌性可提高69%，疲勞壽命提高394%。衝擊後的壓縮強度（CAI）即複合材料層合板的損傷容限能力顯著提高，使用納米纖維膜後，在衝擊和壓縮實驗中納米纖維膜吸收裂紋的能量，進而提升了CAI，通過實驗數據可以發現，同一層合板在使用納米纖維膜後衝擊能量可以由10J增加到30J。

實驗結果表明，聚醯胺（PA66）納米纖維膜Xantu. Layr 在幾乎不增加任何厚度和重量的情況下，對於複合材料起到了增韌增強的作用。目前，Xantu. Layr可以用於航空航天、風電葉片、複合材料槍筒、體育競技（如釣魚竿、滑雪板）等民品行業。同時適用於需要打孔或剪切的複合材料結構件，做到局部增韌。

碳纖維作為先進的複合材料在航空航天領域的需求不斷增長，甚至碳纖維應用的數量已成為衡量一個國家在航天領域發展水平的重要標誌之一。納米纖維膜作為繼增韌顆粒之後的新一代複合材料韌性增強物質無疑為航空航天行業的發展起到了促進作用。

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