無人駕駛飛行器(Unmanned Aerial Vehicle, UAV)，簡(jiǎn)稱“無人機(jī)”。伴隨著國(guó)內(nèi)無人機(jī)產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，無人機(jī)在航拍、農(nóng)業(yè)、勘探、通信、氣象以及軍事偵察等領(lǐng)域應(yīng)用的技術(shù)效果與經(jīng)濟(jì)效益都備受矚目。同時(shí)，纖維復(fù)合材料在大型客機(jī)輕量化上的成功應(yīng)用，也被認(rèn)為是無人機(jī)減重的最佳方案。以碳纖維復(fù)合材料為主體的無人機(jī)，憑借其具有輕質(zhì)、高強(qiáng)度、抗疲勞和耐候等特性，在無人機(jī)結(jié)構(gòu)的輕質(zhì)化、小型化和高性能化的道路上起到了至關(guān)重要的作用。

圖1 工作中的無人機(jī)

在很長(zhǎng)的一段時(shí)間里，人們普遍認(rèn)為熱塑性聚合物在使用溫度、力學(xué)性能、耐蠕變和抗老化性能上不如熱固性聚合物，因而在一些前沿領(lǐng)域熱塑性復(fù)合材料應(yīng)用受限。但近年來，由于全球發(fā)展對(duì)產(chǎn)品的可再生以及輕量化的要求，可回收的熱塑性復(fù)合材料得到了更加廣泛的關(guān)注。此外熱塑性復(fù)合材料還具有高韌性、高抗沖擊、耐濕性好、損傷容限高、耐腐蝕、易成型等優(yōu)異特性，使其在眾多領(lǐng)域中得到很好的應(yīng)用。具有更加優(yōu)異機(jī)械性能的連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料 (CFRTP) 也開始逐步進(jìn)入人們的視野，并在航空航天、軍事以及醫(yī)療等領(lǐng)域取得一定成果[1]。

值得注意的是，不同于CFRTP在大型飛機(jī)輕量化上取得的成果，國(guó)內(nèi)外使用CFRTP在無人機(jī)上的應(yīng)用鮮有報(bào)道。2021年，來自南洋理工大學(xué)新加坡3D打印中心的G.D. Goh等人報(bào)道了一項(xiàng)連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料用于無人機(jī)起落架的研究成果，在該成果中G.D Goh通過對(duì)無人機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化，利用3D打印技術(shù)對(duì)無人機(jī)起落架進(jìn)行了加工[2]。

圖2 3D打印連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料無人機(jī)起落架

2022年11月8日，在備受矚目的第十四屆中國(guó)航空航天博覽會(huì)上[3]，東華復(fù)材公司重點(diǎn)展示了自主研發(fā)的全國(guó)產(chǎn)化航空級(jí)碳纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料板及零件。其中連續(xù)纖維增強(qiáng)PPS、PEEK板材，經(jīng)第三方認(rèn)證機(jī)構(gòu)測(cè)試，板材綜合性能與國(guó)際先進(jìn)產(chǎn)品持平，部分性能優(yōu)勢(shì)凸顯，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到航空標(biāo)準(zhǔn)，主要應(yīng)用于飛機(jī)機(jī)艙地板、座椅背板以及無人機(jī)機(jī)架（主承力件）等。

圖3 東華復(fù)材展出可用于無人機(jī)機(jī)架的熱塑性碳纖維板

連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料作為一種相對(duì)較新的復(fù)合材料，在無人機(jī)的應(yīng)用上，其研究和應(yīng)用也正在不斷的發(fā)展和完善，總的來說：

1. 開發(fā)新的增強(qiáng)材料，提高復(fù)合材料性能以滿足制品的強(qiáng)度、剛度、韌性以及特殊工作環(huán)境下的其他性能；

2. 開發(fā)更佳的預(yù)浸帶加工設(shè)備與成型加工方法；

3. 研發(fā)新的助劑，提高表面浸漬效果，提高纖維和基體界面的結(jié)合強(qiáng)度；

4. 減少工藝周期，降低成本。

參考文獻(xiàn)&素材來源