專利名稱：一種高性能的飛機尾翼復合材料及其制備工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明公開了一種高性能的飛機尾翼復合材料及其制備工藝。具體涉及一種應用于航空航天領域中飛機尾翼的混合纖維增強聚醚醚酮復合材料及其制備工藝。
背景技術：
飛機尾翼分垂直尾翼和水平尾翼，垂直尾翼產(chǎn)生偏航力矩，在飛機上主要起方向安定和方向操縱的作用，水平尾翼產(chǎn)生俯仰力矩，主要起縱向安定和俯仰操縱的作用。飛機尾翼對飛機在空中飛行的安全性具有舉足輕重的作用。先進復合材料具有高比強、高比模、耐疲勞、多功能、各向異性和可設計性，材料與結(jié)構的可同一性等優(yōu)異性能，自上世紀60年代問世以來，先進復合材料很快獲得廣泛應用，成為航空航天四大材料之一。波音公司和空中客車公司已采用碳纖維復合材料制造主 體結(jié)構的大部分，相比于傳統(tǒng)的金屬材料合金具有如下優(yōu)點(I)質(zhì)量輕；(2)耐蝕性優(yōu)良；耐疲勞性強；(4)可減少機加工；(5)能加工制造復雜的形狀件；(6)能朝最大剛性和強度的方向取向放置增強纖維；(7)能減少裝配總成數(shù)和固定件數(shù)；(8)復合材料雷達和微波吸收性低，可提供隱形能力來使雷達難于發(fā)現(xiàn)；(9)熱膨脹性低，減少高空飛機中發(fā)生操作問題的可能性。復合材料非比尋常的特性，以及近年來生產(chǎn)成本的降低，加速了金屬材料向復合材料轉(zhuǎn)變的進程。復合材料的應用具有可使飛機結(jié)構減重及結(jié)構設計成本降低的優(yōu)勢。面對較高的燃油價格和越來越嚴重的污染物排放標準，復合材料能使飛機減重的優(yōu)點尤為重要。本發(fā)明復合材料具有優(yōu)異的抗疲勞性能、耐濕/熱性能、耐蠕變性能、耐化學品性能、自身阻燃性、電絕緣性等，是制造飛機尾翼的最理想的材料之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決傳統(tǒng)的用于制造飛機尾翼的金屬材料合金存在的一些問題，提出的一種高性能的飛機尾翼復合材料及其制備工藝。本發(fā)明的技術方案是PEEK，20 90份；CF，40 50份；石墨纖維，O 30份及加工助劑，I 3份。所述的PEEK聚醚醚酮樹脂其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為200 240°C，特性粘度為I 5。所述的碳纖維為高性能碳纖維，平均長徑比8 I 15 1，抗拉強度3500 5000MPa，抗拉模量200 500GPa。所述的石墨纖維為浙青系高性能石墨纖維，抗拉強度1500 3500MPa，抗拉模量500 900GPa。所述的加工助劑為潤滑劑、分散劑、偶聯(lián)劑中的一種或幾種。本發(fā)明所述的一種高性能的飛機尾翼復合材料及其制備工藝如下碳纖維和石墨纖維的表面處理工藝為磺化聚醚醚酮法、硝酸常溫處理法、混酸超聲氧化法或高溫硝酸水浴法。采用碳纖維和石墨纖維混合增強PEEK，首先將PEEK樹脂和加工助劑在高混機中混合均勻，加入到雙螺桿擠出機中，并將經(jīng)表面處理后的CF和石墨纖維從專業(yè)加入口加入，進行混煉、擠出、冷卻、切粒，得圓柱狀顆粒產(chǎn)品。擠出料筒溫度后段330 360°C，中段350 380°C，前段360 400°C，螺桿長徑比15 25。
本發(fā)明采用高性能碳纖維和石墨纖維混合增強PEEK，使該復合材料具有高比強度、高比模量、耐磨、耐高溫、耐腐蝕、耐疲勞及熱膨脹系數(shù)小等優(yōu)異性能，是發(fā)展航天航空和軍事尖端技術不可或缺的新材料。相比于單獨的碳纖維增強PEEK和單獨的石墨纖維增強PEEK來說，碳纖維和石墨纖維混合增強PEEK復合材料的各項重要性能都較高，這主要是因為碳纖維和石墨纖維與PEEK基體黏合性非常好，以及碳纖維和石墨纖維之間存在非常好的協(xié)同效應，可明顯提高復合材料的性能。所以，本發(fā)明復合材料具有高比強度、高比模量、優(yōu)異的阻燃性、耐磨性、電絕緣性等諸多特點，可替代金屬材料制造飛機尾翼，達到減重和減少耗油量的目的，并且成型速度快，大量節(jié)約勞動力，是一種非常具有發(fā)展?jié)摿Γ茉诤娇蘸教祛I域大力推廣的高性能復合材料。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進一步詳細說明，但本發(fā)明并不局限于以下實施各例本實施方式均使用科倍隆雙螺桿擠出機和海天注塑機；主要原料主要為進口料，PEEK產(chǎn)于英國ICI公司，CF和石墨纖維均產(chǎn)于美國賽拉尼斯公司。本發(fā)明所述的一種高性能的飛機尾翼復合材料及其制備工藝如下CF和石墨纖維的表面處理工藝為磺化聚醚醚酮法、硝酸常溫處理法、混酸超聲氧化法或高溫硝酸水浴法。采用CF和石墨纖維混合增強PEEK，首先將PEEK樹脂和加工助劑在高混機中混合均勻,加入到雙螺桿擠出機中，并將經(jīng)表面處理后的碳纖維和石墨纖維從專業(yè)加入口加入，進行混煉、擠出、冷卻、切粒，得圓柱狀顆粒產(chǎn)品。擠出料筒溫度后段330 360°C，中段350 380°C，前段360 400°C，螺桿長徑比15 25，螺桿轉(zhuǎn)速200 800r/min0本發(fā)明的實施方式均按照以上工藝進行，具體如下所示實施例I將80份PEEK樹脂和2份加工助劑經(jīng)高速混合機混合2 5min，20份碳纖維經(jīng)專業(yè)加入口加入，混合均勻后出料加入到雙螺桿擠出機中，混煉、擠出、冷卻、切粒，得圓柱狀顆粒產(chǎn)品，各項性能檢測結(jié)果如下表I所示。實施例2將70份PEEK樹脂和2份加工助劑經(jīng)高速混合機混合2 5min，20份碳纖維和10份石墨纖維經(jīng)專業(yè)加入口加入，混合均勻后出料加入到雙螺桿擠出機中，混煉、擠出、冷卻、切粒，得圓柱狀顆粒產(chǎn)品，各項性能檢測結(jié)果如下表I所示。實施例3將60份PEEK樹脂和2份加工助劑經(jīng)高速混合機混合2 5min，30份碳纖維和10份石墨纖維經(jīng)專業(yè)加入口加入，混合均勻后出料加入到雙螺桿擠出機中，混煉、擠出、冷卻、切粒，得圓柱狀顆粒產(chǎn)品，各項性能檢測結(jié)果如下表I所示。實施例4將70份PEEK樹脂和2份加工助劑經(jīng)高速混合機混合2 5min，10份碳纖維和20份石墨纖維經(jīng)專業(yè)加入口加入，混合均勻后出料加入到雙螺桿擠出機中，混煉、擠出、冷卻、切粒，得圓柱狀顆粒產(chǎn)品，各項性能檢測結(jié)果如下表I所示。實施例5將60份PEEK樹 脂和2份加工助劑經(jīng)高速混合機混合2 5min，10份碳纖維和30份石墨纖維經(jīng)專業(yè)加入口加入，混合均勻后出料加入到雙螺桿擠出機中，混煉、擠出、冷卻、切粒，得圓柱狀顆粒產(chǎn)品，各項性能檢測結(jié)果如下表I所示。實施例6將60份PEEK樹脂和2份加工助劑經(jīng)高速混合機混合2 5min，20份碳纖維和20份石墨纖維經(jīng)專業(yè)加入口加入，混合均勻后出料加入到雙螺桿擠出機中，混煉、擠出、冷卻、切粒，得圓柱狀顆粒產(chǎn)品，各項性能檢測結(jié)果如下表I所示。 將以上6個實施例所得到的混合纖維增強PEEK復合材料，按照同樣的注塑條件制備注塑樣條。注塑條件注塑溫度350 450°C，模具溫度150 200°C，注射壓力1200 1800Kg/cm2，保持壓600 1000，注射速度為中速 高速。各實施例物理性能均按德國國家標準和美國國家標準進行測試，具體檢測標準如下
吸水率(23°C，24hc)ISO-62
抗拉強度(23 °C)ASTM-D638
彎曲強度(23°C)ASTM-D790
彎曲模量(23°C)ASTM-D790
缺口沖擊強度(23°C)ISO-180
無缺口沖擊強度(23°C)ISO-180
熱變形溫度(18.6Kg/m2)ASTM-D648表I
權利要求
1.根據(jù)權利要求I所述的一種高性能的飛機尾翼復合材料及其制備工藝，其特征在于高比強度、高比模量、耐疲勞等性能，其組分及含量如下=PEEK(聚醚醚酮)，10 90份；CF (碳纖維)，10 50份，石墨纖維，O 30份及加工助劑，I 3份。
2.根據(jù)權利要求I所述的一種高性能的飛機尾翼復合材料及其制備工藝，其特征在于所述的聚醚醚酮樹脂其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為200 240°C，特性粘度為I 5。
3.根據(jù)權利要求I所述的一種高性能的飛機尾翼復合材料及其制備工藝，其特征在于所述的碳纖維為高性能碳纖維，平均長徑比8 : I 15 : 1，抗拉強度3500 5000MPa，抗拉模量200 500GPa。
4.根據(jù)權利要求I所述的一種高性能的飛機尾翼復合材料及其制備工藝，其特征在于所述的石墨纖維為浙青系高性能石墨纖維，抗拉強度1500 3500MPa，抗拉模量500 900G Pa。
5.根據(jù)權利要求I所述的一種高性能的飛機尾翼復合材料及其制備工藝，其特征在于所述的加工助劑為潤滑劑、分散劑、偶聯(lián)劑中的一種或幾種。
6.根據(jù)權利要求I所述的一種高性能的飛機尾翼復合材料及其制備工藝，其特征在于碳纖維和石墨纖維的表面處理工藝為磺化聚醚醚酮法、硝酸常溫處理法、混酸超聲氧化法及高溫硝酸水浴法中的一種或幾種。
7.根據(jù)權利要求I所述的一種高性能的飛機尾翼復合材料及其制備工藝，其特征在于采用碳纖和石墨纖維混合增強PEEK，首先將PEEK樹脂和加工助劑在高混機中混合均勻，力口入到雙螺桿擠出機中，并將經(jīng)表面處理后的CF和石墨纖維從專業(yè)加入口加入，進行混煉、擠出、冷卻、切粒，得圓柱狀顆粒產(chǎn)品。
8.根據(jù)權利要求I所述的一種高性能的飛機尾翼復合材料及其制備工藝，其特征在于擠出料筒溫度后段330 360°C，中段350 380°C，前段360 400°C，螺桿長徑比15 25，螺桿轉(zhuǎn)速200 800r/min。
全文摘要
本發(fā)明公布了一種高性能的飛機尾翼復合材料及其制備工藝。專用料是以PEEK(聚醚醚酮)、CF(碳纖維)為主要原料，添加適量的加工助劑制備而得，其中PEEK，20～90份；CF，10～50份；石墨纖維，0～30份及加工助劑，1～3份。按上述比例稱取原料，對CF和石墨纖維進行表面處理后經(jīng)專業(yè)加入口加入，在雙螺桿擠出機上共混擠出。本發(fā)明的高性能飛機尾翼復合材料由于采用了混合纖維增強特種工程塑料聚醚醚酮復合材料，具有獨特的優(yōu)點，如優(yōu)異的抗疲勞性能、耐濕/熱性能、耐蠕變性能、耐化學品性能、自熄性、阻燃性、電絕緣性等，廣泛應用于航空航天領域，可以代替鋁、鈦和其他金屬材料制造各種飛機內(nèi)、外部零件，降低飛機重量，輕質(zhì)部件意味著易裝配并降低飛機運行的整體成本。
文檔編號C08L61/16GK102875966SQ201110196209
公開日2013年1月16日 申請日期2011年7月13日 優(yōu)先權日2011年7月13日
發(fā)明者黃水萍, 馬俊杰, 馬慶維, 韓杰 申請人:黑龍江鑫達企業(yè)集團有限公司