连续纤维增强复合材料在无人机领域的应用

青岛奥湾影像

无人驾驶飞行器(Unmanned Aerial Vehicle, UAV)，简称“无人机”。伴随着国内无人机产业的蓬勃发展，无人机在航拍、农业、勘探、通信、气象以及军事侦察等领域应用的技术效果与经济效益都备受瞩目。同时，纤维复合材料在大型客机轻量化上的成功应用，也被认为是无人机减重的最佳方案。以碳纤维复合材料为主体的无人机，凭借其具有轻质、高强度、抗疲劳和耐候等特性，在无人机结构的轻质化、小型化和高性能化的道路上起到了至关重要的作用。



图1 工作中的无人机

在很长的一段时间里，人们普遍认为热塑性聚合物在使用温度、力学性能、耐蠕变和抗老化性能上不如热固性聚合物，因而在一些前沿领域热塑性复合材料应用受限。但近年来，由于全球发展对产品的可再生以及轻量化的要求，可回收的热塑性复合材料得到了更加广泛的关注。此外热塑性复合材料还具有高韧性、高抗冲击、耐湿性好、损伤容限高、耐腐蚀、易成型等优异特性，使其在众多领域中得到很好的应用。具有更加优异机械性能的连续纤维增强热塑性复合材料 (CFRTP) 也开始逐步进入人们的视野，并在航空航天、军事以及医疗等领域取得一定成果[1]。

值得注意的是，不同于CFRTP在大型飞机轻量化上取得的成果，国内外使用CFRTP在无人机上的应用鲜有报道。2021年，来自南洋理工大学新加坡3D打印中心的G.D. Goh等人报道了一项连续纤维增强热塑性复合材料用于无人机起落架的研究成果，在该成果中G.D Goh通过对无人机结构进行拓扑优化，利用3D打印技术对无人机起落架进行了加工[2]。



图2 3D打印连续纤维增强热塑性复合材料无人机起落架

2022年11月8日，在备受瞩目的第十四届中国航空航天博览会上[3]，东华复材公司重点展示了自主研发的全国产化航空级碳纤维增强热塑性复合材料板及零件。其中连续纤维增强PPS、PEEK板材，经第三方认证机构测试，板材综合性能与国际先进产品持平，部分性能优势凸显，各项指标均达到航空标准，主要应用于飞机机舱地板、座椅背板以及无人机机架（主承力件）等。



图3 东华复材展出可用于无人机机架的热塑性碳纤维板

连续纤维增强热塑性复合材料作为一种相对较新的复合材料，在无人机的应用上，其研究和应用也正在不断的发展和完善，总的来说：

1. 开发新的增强材料，提高复合材料性能以满足制品的强度、刚度、韧性以及特殊工作环境下的其他性能；

2. 开发更佳的预浸带加工设备与成型加工方法；

3. 研发新的助剂，提高表面浸渍效果，提高纤维和基体界面的结合强度；

4. 减少工艺周期，降低成本。

参考文献&素材来源



文章转载自organosheet



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