「層間功能化」提升複合材料層間韌性和導電性

較之金屬材料，碳纖維複合材料具有可設計性，更高的比強度、比剛度等諸多優勢。複合材料在民用飛機上的使用已經成為衡量飛機先進性的標準之一，以及凸顯市場競爭力的重要砝碼。例如，空客A350XWB客機結構中，複合材料使用比例就達到53%，是目前現役大型民用飛機中比例最高的。

碳纖維複合材料的優勢相對於金屬材料已經顯而易見，但複合材料本身也有它的劣勢，例如，導電性能較差，抗衝擊損傷性能較差等。另外，複合材料受到損傷後，在維護過程中不易被發現。從設計角度來說，飛機要把外殼體設計成為電磁屏蔽的（EMI）。金屬本身具備導電性能，在飛機上常使用的碳纖維增強複合材料主要由碳纖維和樹脂構成。碳纖維本身是導電的，但熱固性樹脂本身的絕緣性造成了複合材料的導電性能減弱。

針對複合材料自身結構所存在的缺陷和弊端，業內在不斷摸索和研究解決方案。目前，空客使用類似於搭鐵的方法（Electricbonding）保證電磁屏蔽。所謂「搭鐵」原理，就是通過噴砂、粘接等工藝，將複合材料表面鋪設銅網或鋁箔等金融物質，使零部件表面的電導率大幅提升。在防雷擊方面，目前空客使用的技術是被業內廣泛使用的金屬表面層技術。當遇到雷擊等損傷時，金屬表面層把能量吸收，作為犧牲層被氣化。通過這項技術的應用，可以提升複合材料的導電性，但是弊端也顯而易見，即金屬的使用將會給飛機增重。

中航工業復材科技委主任益小蘇提出的名為「層間功能化」（FIT）的解決方案同時提升了複合材料層間的韌性和導電性。

FIT技術源於一種用於提升層間衝擊容限的增韌技術，稱為離位增韌（ES），此項技術同樣由益小蘇發明。簡單來說，FIT技術就是向樹脂區引入增韌效果的熱塑網路結構，並進行預處理，並在其所有的纖維上附載納米尺度的導電線狀材料，再將處理過的熱塑性網路轉入複合材料的層間區域。最終，採用FIT技術製造的複合材料板同時具有優良的抗衝擊性能和出眾的面內及厚度方向電導率。上述性能提升使得FIT複合材料可以成功抵禦電擊。

益小蘇和空客公司的工程師進一步發現，連續性的熱塑性網路不僅是一種有效的柔性增韌劑，恰好也是在富樹脂區域構建導電通路的理想媒介。通過FIT技術，可對熱塑性網路進行預處理，並在其所有的纖維上附載納米尺度的導電線狀材料，再將處理過的熱塑性網路轉入複合材料的層間區域。至此，在FIT複合材料層合板內部，導電的熱塑性網路和本體導電的碳纖維絲束在板的厚度方向逐層堆疊，組合成全厚度的導電框架。最終，採用FIT技術製造的複合材料板同時具有優良的抗衝擊性能和出眾的面內及厚度方向電導率。FIT複合材料板的性能遠超空客前期提出的技術指標，其中複合材料各個向方向的電導率至少提高了一個數量級。上述性能提升使得FIT複合材料可以成功抵禦電擊。

在前期科研階段，在空客的幫助下，益小蘇對FIT技術進行了實驗室工程評測。接下來將進一步深化合作，力爭將研究成果早日實現產業化應用。

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