新质料故事 | 航空航天复合质料：唯有立异才华连续生长
来源：中国建材总院、哈玻院 宣布时间：2022-08-24
编者按
当质料醒来的那一刻，它将成为你生活中的一段感受？础⑻⒋ッ......置身其中，质料无处不在。中国建材集团的能工巧匠们，实验、坚守、立异，锲而不舍，只为成绩质料背后的可能，开发质料蕴含的宝藏。我们始终心怀“国之大者”，打造“国之大材”，效劳国防建设、效劳国家重大工程、效劳国民经济主战场、效劳人民美好生活......
《新质料故事》，将用通俗易懂的话语，让各人更好认识身边无处不在的新质料，为各人讲述我们与社会生长、人类生活齐步走的故事。
复合质料科普
复合质料是指由两种或两种以上差别性质的质料，通过物理或化学的要领，在宏观（微观）上组成具有新性能的质料。近代复合质料主要指人工特意复合而成的一种新型质料体系，乐成制造要从1942年开始算起。第二次世界大战期间，玻璃纤维增强聚酯树脂基复合质料被美国空军用于制造飞机构件。
复合质料生长第一代
1942——1960年，玻璃纤维增强塑料时代。
复合质料生长第二代
1960——1980年，先进复合质料生长时代，主要研究增强质料，英国研制碳纤维，美国研制了Kevlar纤维。碳纤维增强环氧树脂、Kevlar纤维增强环氧树脂复合质料用于飞机、火箭的主承力构件。
先进复合质料：进入20世纪70年代，开发了一批如碳纤维、碳化硅纤维、芳纶纤维、高密度聚乙烯纤维等高性能增强质料，并使用高性能树脂、金属与陶瓷为基体，制成先进复合质料(Advanced Composite Materials,简称ACM)，是用于飞机、火箭、卫星、飞船等航空航天航行器的理想质料。
复合质料生长第三代
1980——1990年，纤维增强金属基复合质料时代，其中铝基复合质料应用最广泛；同时陶瓷基复合质料也获得研究和生长。
复合质料生长第四代
1990——至今，多功效复合质料时代，压电复合质料、导电复合质料、磁性复合质料、摩擦功效复合质料、阻尼功效复合质料、机敏复合质料和智能复合质料，获得了研究和生长。
研发中的技术攻关
在复合质料研制的门路上历来没有坦途，只有依靠坚强意志和不懈坚持。上世纪60年代中期，“干法立式”纠葛工艺适用于制造玻璃钢发动机燃烧室壳体技术才成定论，干法工艺虽然有点明显，但对壳体几何的适应性有一定的限制，预浸质料制造工艺难度较大。相反，湿法工艺适应性强，基体质料的选择规模较宽，用途广泛，哈玻院选择湿法纠葛工艺作为研究重点，其时湿法工艺涉及的技术难题并不比干法少，在某些方面难度更大，无前路可循，只能靠自己蹚出一条路，要花更大的力气，流更多的汗水。
1966年，哈玻院开始研制新型的发动机壳体，1967年哈玻院研制大直径的玻璃钢壳体，对纠葛机、芯模和工艺参数等方面都是崭新的课题，技术上难度之大，可想而知。到上世纪70年代末，哈玻院解决了层间或界面的粘接剂和粘接工艺，最终解决了绝热包覆技术问题。从上世纪80年代初至今，几十年间，哈玻院针对玻璃钢壳体气密性问题形成完整解决计划，研制的玻璃钢壳体的可靠性大幅提升。1985年，哈玻院研制的固体火箭玻璃钢发动机壳体，通过国家建材局和航天工业部主持的部级技术鉴定。1988年，哈玻院担负了我国火箭用玻璃钢燃烧室壳体的研制任务。在前期研制基础上，进一步完善和革新发动机壳体芯模结构，包覆工艺和纠葛工艺，使壳体性能提高到一个新水平。在反喷管技术、工艺精度控制和质量包管技术方面也有新的突破。1990年7月19日，哈玻院研制的SPTM-14玻璃钢壳体用于运载火箭系统的卫星变轨发动机，加入了我国大推力捆绑式火箭的首次发射试验，乐成通过了航行考核，这是我国玻璃钢燃烧室壳体制造领域的重大突破，为我国进入国际卫星发射市场做出了孝敬。
复合质料网格加筋结构是由增强筋与蒙皮组成，增强筋形式多种，由一体成型的纵横筋、正多边形网格筋到由种种截面形状的增强肋与蒙皮后装配成型等等。哈玻院在海内率先进行复合质料网格加筋结构研究，起步于20世纪80年代。1982年针对航天需求，哈玻院开端探讨了复合质料加筋结构纵向和环向筋成型要领、通过胶接和铆接与蒙皮连接的结构形式和工艺历程，并进行了结构试验，试验证明了其结构效率远高于常用的复合质料光壳结构。哈玻院乐成将该技术应用于某型号碳纤维复合质料连接裙，相比铝合金结构减重33%以上。
1999年8月，为了实现复合质料构件的轻量化，哈玻院研究开发了网格结构的纠葛成型工艺技术，与此同时，哈玻院研制了碳纤维复合质料精密离心机大臂，经试验该部件满足了轴向强度高、轴向线膨胀系数险些为零的严苛技术要求，为今后研究开发航天用零膨胀系数的复合质料部件涤讪了技术基础。
上世纪90年代后期，哈玻院开始了纤维纠葛复合质料环形压力容器成型工艺及纠葛设备的研究，在海内研究开发出独吞的球形容器纠葛技术和环形容器纠葛技术，已在海内多项航天工程中获得应用。
产品应用
哈玻院抬头走过62年风雨年龄，哈玻人呕心沥血、砥砺奋进，立异传承了多项国家任务，在积累了相应的技术条件和结果的基础上，担负了国家科技攻关、高技术、重大装备工程配套等生长计划的研究课题，攻克并研发出一批科技结果进入并跑领跑阶段，广泛应用于航空航天、新能源汽车等领域。
卫星领域
哈玻院于1983年在空间卫星主承力结构上使用碳纤维环氧复合质料开展了预研事情，以卫星的主承力结构为模型，研制出主承力锥壳，加筋圆柱壳和支杆，相比原先的铝合金结构减轻结构质量30%以上，性能全部抵达了设计要求。
航空航天领域
哈玻院担负了神舟号飞船多种复合质料组件的研制事情，包括推进舱承力截锥、气瓶装置支架、轨道舱装置支板等组件，均获得圆满乐成，包管了神舟号飞船研制任务的顺利进行。为推动航天器使用大型高承载复合质料构件的技术进步，缩小我国载人航天技术与国际先进国家的技术差别做出了卓越的孝敬。
用户体验
哈玻院为航天部分研制的产品圆满完成各项重大工程任务，科研生产任务全面完成，实现了“十四五”良好开局；为长征五号火箭辅助动力系统配套生产的气瓶和贮箱复合质料装置支架生产工艺稳定、质量可靠，经偏激箭航行试验验证，完全满足航行使用要求；为天舟四号货运飞船研制的货运飞船推进舱推进分系统主承力结构体，该产品具有轻质高强高刚度、承载能力大、精度高等特点，解决型号任务研制各项技术难题；第三事业部“高铁要害复合质料构件项目”性能满足任务要求，经受住了挑战和考验，荣获全国机械冶金建材行业职工技术立异结果一等奖。