近日，德国宇航中心(DLR)与PremiumAEROTEC公司、空客公司以及Aernnova合作，生产并成功交付了由碳纤维增强热塑性塑料制成的飞机机身部件——“多功能机身演示器”。
该部件的复合树脂采用了LMPAEK(低熔点聚芳醚酮)，其相较于铝制组件轻了将近1吨。此外，该部件使用了全新的生产和装配技术，不仅能实现降低成本和资源节约，同时还最大限度地减少了能源消耗。
何为“多功能机身演示器”?
多功能机身演示器(MFFD)于2014年构思，是欧盟资助的清洁天空2号倡议中的三个大型飞机演示器之一，旨在推进欧洲的创新技术、飞机可持续性和有竞争力的供应链。
在2017年发布时，MFFD计划建造一个8米长、4米直径的机身段，完全由碳纤维增强热塑性复合材料(CFRTP)制成，能够每月生产60-100架飞机，机身重量减少10%，经常性成本降低20%。
通过MFFD，DLR成功生产了世界上最大的由碳纤维复材制成的飞机部件。该项目开发的技术成熟度显著提高，且生态足迹非常低。
在成功交付后，该部件目前正被运送到位于施塔德的弗劳恩霍夫制造技术和先进材料研究所，在那里它将与来自荷兰的下壳(STUNNING项目)连接起来，在今年年底前形成完整的机身外壳部分。随后，空客公司将在汉堡应用航空研究中心对这些技术进行最终验证。
CF/PEEK好在哪?
碳纤维增强PEEK复合材料，指碳纤维以短碳纤维(SCF)、长碳纤维(LCF)和连续碳纤维(CCF)或者织物形式增强PEEK树脂基的复合材料。纯PEEK本身是一种特殊的工程塑料，具有抗辐射、自润滑、耐高温、耐磨损、抗疲劳等特点。经过碳纤维增强的PEEK材料性能比纯PEEK材料在诸多方面都有提升。
复合材料性能大幅增强
30%的短碳纤维增强聚醚醚酮复合材料在室温下，拉伸强度比未增强时增加至少1倍，在150℃下达到3倍，而聚丙烯氰基连续碳纤维以带状单项预浸增强聚醚醚酮材料在室温下拉伸强度是未增强聚醚醚酮材料的20倍。
同时增强后的复合材料在冲击强度、弯曲强度和模量方面也得到了大幅度的提升，伸长率急剧降低，热变形温度可超过300℃。复合材料的冲击能量吸收率直接影响到复合材料在承受冲击时的表现，碳纤维增强聚醚醚酮PEEK复合材料显示出高达180kJ/kg的比能吸收能力。
CF/PEEK板材
碳纤维的增强在一定程度上抵御PEEK的热软化，形成强度非常高的转移膜有效地保护接触区域，所以碳纤维增强聚醚醚酮PEEK复合材料的磨损率明显比纯PEEK要低。碳纤维增强PEEK复合材料用于零部件制作，可以有效避免金属或者陶瓷材料容易产生表面裂纹等这类问题，其优良的摩擦学性能甚至超过超高分子量聚乙烯。
低熔点的PEEK更易加工
对于高温条件下刚度和强度要求较高的应用来说，其所需的玻璃化温度也较高，因为当温度高于玻璃化温度时，聚合物即可从坚硬的玻璃态转变为柔软的高弹态。而更高的熔点意味着聚合物必须在更高的温度下加工。
通常情况下，PAEK的加工温度要比熔点高30-60°C。而实际上，如果温度远高于430°C，加工热塑性塑料就会变得困难。
为了解决这个问题，行业龙头威格斯开发出了LMPAEK(低熔点PAEK)，这些聚合物的Tm:Tg比通常较低，为1.35。这意味着熔点和加工温度降低了约40°C，加工条件进一步降低。
国产飞机应用情况
在今年五月份首飞的C919国产大飞机，同样使用了碳纤维复材。C919大型客机是国内首个使用T800级高强碳纤维复合材料的民机型号。相比T300级材料，T800级材料强度、模量更高，韧性更强，具备更好的抗冲击性，C919上受力较大的部件，如后机身和平垂尾等都使用了T800级碳纤维复合材料。
国产C919首飞
T300属于第一代民机复合材料，其树脂基体为未增韧的脆性环氧树脂基体，增强纤维为T300碳纤维，其拉伸强度约为3.5GPa，拉伸模量约为230GPa。T300呈现脆性材料性能特征，对冲击载荷引起的分层损伤比较敏感，因此只能用于受力不大的次承力结构。C919上使用的T800材料采用增韧环氧树脂基体，增强纤维为T800碳纤维。拉伸强度和拉伸模量较T300提高50%左右，也是目前国际上民机主承力结构应用最为广泛的复合材料。
近年来在航空领域，碳纤维作为21世纪新材料之王”已经成为各大公司制造飞机时的必要选项。
现实情况是，目前国外军机上碳纤维复合材料用量约占机重的20%—50%，而我国最先进的战斗机歼-20的含碳量也仅在20%左右，低代机型的碳纤维含量就更低了。在民用飞机领域，波音787和空客A350中的碳纤维复合材料用量占比已经达到50%以上，我国国产客机C919的碳纤维复合材料占比则只有约12%。
2005年之前，中国军用和民用碳纤维几乎全部依赖进口，而现在，国内基本能够满足40%的市场需求。踉踉跄跄，跌跌撞撞，但终究还是完成了从无到有、从有到大的突破。
龙头企业正逐步打破国外技术垄断。经过长期的技术积累，我国以吉林化纤、中复神鹰、宝旌、新创碳谷、恒神股份、光威复材等为代表的国内碳纤维龙头企业正逐步打破国外技术垄断，产能规模不断扩张，部分企业产品性能与国际龙头比肩。