未来材料体系向耐高温、功能化、低成本方向发展
思瀚产业研究院    2023-10-19

自上世纪 60 年代树脂基碳纤维复合材料在航空航天领域应用以来，复合材料适用场景不断拓展，同时，对材料综合性能也提出了更高的要求，其中，耐高温、低成本、功能化是未来材料体系的主要发展方向。

①耐高温

按照材料耐温级别的不同，航空航天用碳纤维增强树脂基复合材料可分为中温、中高温、高温三种类型，可分别与环氧、双马来酰亚胺、聚酰亚胺等热固性树脂相对应。

环氧树脂基复合材料最高长期使用温度为 130℃至 150℃，在翼梁、纵梁、机翼蒙皮及航空发动机冷端部件等具有广泛应用；双马来酰亚胺树脂基复合材料的最高长期使用温度为 150℃至 250℃，可满足高速长时飞行的航天装备对轻质耐高温复合材料的应用需求；经过几十年的发展，聚酰亚胺树脂基复合材料已形成了从 280℃至 450℃的涵盖四代的耐高温树脂基复合材料体 系，可满足高推重比航空发动机外涵机匣 300℃以上的长期使用温度。

②功能化

复合材料的功能化是指把现有材料巧妙地组合，人为地按使用目的设计出 来的材料系统技术，不仅可以把不同的材料组合起来，在同一种材料中凝聚各 种构成材料所具有的特性，而且也可以期待创造出全新的功能。常规的复合材 料主要用作结构材料，提供本身的机械性能，在此基础上运用功能化技术，赋予材料以其他如导电、磁性、吸波、透波、屏蔽、阻燃、防热、吸声等功能，实现结构功能一体化。

③低成本

航空航天材料从过去单纯追求高性能发展到现今综合考虑性能与价格的平衡，成本是限制先进复合材料应用范围扩展的重要因素，低成本化贯穿材料、结构设计、制造、检测评价以及维护维修等全过程。碳纤维复合材料的原材料碳纤维价格较为昂贵，尤其是高模、高强的碳纤维长期被海外巨头所垄断，加速原材料国产化并推广替代应用是降低成本的重要路径。

除此之外，制造成本在整个成本中也占有相当大的比例，各种低成本制造技术发展很快，尤其是以树脂传递成型为代表的液体成型技术和以大型复杂构件的共固化/共胶接为代表的整体化成型技术等均得到了很大的发展。航空航天材料的低成本是一个重要发展趋势。