無人駕駛飛行器(Unmanned Aerial Vehicle, UAV)，簡稱“無人機”。伴隨著國內(nèi)無人機產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，無人機在航拍、農(nóng)業(yè)、勘探、通信、氣象以及軍事偵察等領域應用的技術(shù)效果與經(jīng)濟效益都備受矚目。同時，纖維復合材料在大型客機輕量化上的成功應用，也被認為是無人機減重的最佳方案。以碳纖維復合材料為主體的無人機，憑借其具有輕質(zhì)、高強度、抗疲勞和耐候等特性，在無人機結(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重要的作用。

圖1 工作中的無人機

在很長的一段時間里，人們普遍認為熱塑性聚合物在使用溫度、力學性能、耐蠕變和抗老化性能上不如熱固性聚合物，因而在一些前沿領域熱塑性復合材料應用受限。但近年來，由于全球發(fā)展對產(chǎn)品的可再生以及輕量化的要求，可回收的熱塑性復合材料得到了更加廣泛的關注。此外熱塑性復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，使其在眾多領域中得到很好的應用。具有更加優(yōu)異機械性能的連續(xù)纖維增強熱塑性復合材料 (CFRTP) 也開始逐步進入人們的視野，并在航空航天、軍事以及醫(yī)療等領域取得一定成果[1]。

值得注意的是，不同于CFRTP在大型飛機輕量化上取得的成果，國內(nèi)外使用CFRTP在無人機上的應用鮮有報道。2021年，來自南洋理工大學新加坡3D打印中心的G.D. Goh等人報道了一項連續(xù)纖維增強熱塑性復合材料用于無人機起落架的研究成果，在該成果中G.D Goh通過對無人機結(jié)構(gòu)進行拓撲優(yōu)化，利用3D打印技術(shù)對無人機起落架進行了加工[2]。

圖2 3D打印連續(xù)纖維增強熱塑性復合材料無人機起落架

2022年11月8日，在備受矚目的第十四屆中國航空航天博覽會上[3]，東華復材公司重點展示了自主研發(fā)的全國產(chǎn)化航空級碳纖維增強熱塑性復合材料板及零件。其中連續(xù)纖維增強PPS、PEEK板材，經(jīng)第三方認證機構(gòu)測試，板材綜合性能與國際先進產(chǎn)品持平，部分性能優(yōu)勢凸顯，各項指標均達到航空標準，主要應用于飛機機艙地板、座椅背板以及無人機機架（主承力件）等。

圖3 東華復材展出可用于無人機機架的熱塑性碳纖維板

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

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

2. 開發(fā)更佳的預浸帶加工設備與成型加工方法；

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)合強度；

4. 減少工藝周期，降低成本。

參考文獻&素材來源