飞机结构用导电复合材料技术研发进入国际合作

飞机结构用导电复合材料技术研发进入国际合作

结构-导电一体化多功能复合材料作为航空材料技术的最新发展，其目的是为未来飞机的电结构与电环境设计提供全新的轻量化材料技术方案，其派生技术将为未来复合材料的飞机结构提供轻量化的雷击防护技术。针对这项国际航空材料的前沿技术方向，10月23日，中航复合材料有限责任公司（简称“航空工业复材”）与空客（北京）工程技术中心有限公司签署“飞机结构用导电复合材料研究”项目合作协议。

复合材料的航空研发应用可以追溯到上世纪60年代，那时喷气式飞机的复合材料用量只是个位数，例如波音B 747只有2%,B 757达3%-4%，B 767达5%，而空客的A 300只有5%，A 310接近10%等。这个阶段对复合材料的要求是高结构力学性能，特别是高韧性。随着复合材料结构力学性能逐步提高，飞机结构复合材料用量也进一步提升，B 777达11%，A 330/340为13%-15%，A 380达到25%。到目前，碳纤维复合材料已经成为新一代客机的首选，B 787、A 350的机身、机翼、舵面等大部件均大量使用复合材料，B 787复合材料使用比例达到50%，A 350则高达53%！

但是，复合材料也有它的不足，例如导电性能差就是树脂基复合材料的先天问题，这给飞机结构的电设计、例如整机的等电位设计和电磁兼容等带来巨大的困难。 其次，复合材料在受到雷击时比一般金属结构更脆弱，目前只好在整架飞机复合材料蒙皮外覆盖一层金属网形成整体保护。据了解，仅仅为了飞机的电环境和雷击防护，像B 787这样的飞机至少需要重达一顿多的金属铜，各种铜线条带的长达达57英里！大大削弱了复合材料在飞机结构上的减重优势。

因此，开发新型兼具高导电性和高韧性的多功能复合材料已成为具有国际挑战性的技术发展新方向。在这个方向上，益小苏教授带领的航空工业复材公司和宁波诺丁汉大学联合团队创新性地提出“层间功能化”和“表面负载导电”等新概念，不仅大幅度提高了复合材料的导电性，同时也大大提高了其层间断裂韧性。目前，该技术已拥有多项国际发明专利等自主知识产权，其性能指标超越国际先进标准，其研究成果也在国内外学术界产生了积极影响。空客公司高级副总裁NARDINI认为，这种新型复合材料将在飞机减重、材料多功能化、低成本制造和结构设计优化等方面发挥独特的优势。

这项国际双边合作项目将以未来民用飞机结构用导电复合材料这个国际技术前沿为目标，高端应用牵引与基础材料支撑相结合，双方合作提升结构－导电一体化复合材料的技术成熟度，共同将这种新材料推向航空工业化新应用。

注：益小苏教授是SAMPE中国大陆总会主席，SAMPE GLOBAL执行委员。