ProAcoustics丨可以改变飞机设计的生物基复合材料

Original ProAcoustics Prosynx 2023-02-13

轻巧、高强度的材料一直在节油、高性能飞机的设计和制造中起着关键作用。如今，由生物来源的原材料制成的生物复合材料为工程师提供了有关如何改善未来飞机的环境性能的新见解。

也许难以置信，但是在五十年前，多达70％的飞机是由单一材料制成的：铝。从机身到其他主要发动机零件，铝被用于制造各种飞机部件，重量轻、价格便宜且用途广泛。从那时起，从金属（钛、钢、新型AI合金）到复合材料（碳和玻璃纤维、聚合物和环氧树脂）的其他尖端材料都逐步改善了飞机的设计。

如今，随着工程师致力于释放其在未来飞机中使用的潜力，一种新型的高性能材料- 生物复合材料- 正在出现，为改善环境性能提供了更加令人兴奋的可能性。

由于其众多的优势，生物复合材料在工业应用中得到越来越多的应用，它们具有轻巧、灵活、经济高效且可回收的特点。

生物复合材料：轻巧且可回收

像今天的复合材料一样，生物来源的复合材料由基质（树脂）和纤维形成，但具有生物起源。由于它们的众多优点，它们越来越多的应用于工业，它们轻巧、灵活、经济高效且可回收。

生物复合材料的原料来自自然可再生资源：生物质、植物、农作物、微生物、动物、矿物质和生物废物等。需要化学和/或机械转化将这些原料转化为生物复合材料，这些生物复合材料可以单独使用，也可以与标准材料（例如碳和/或玻璃纤维）互补使用。

如今，生物复合材料可以由以下一种或几种成分组成：

- 天然纤维：这些纤维可以从动物、植物或矿物质中获得。它们不需要碳化过程（即将有机物质转化为碳或含碳残基的过程）。

- 生物质碳纤维：生物质（即藻类、纤维素、木质素）用于生产基料和原料，以进一步转化为纤维和树脂。

- 生物树脂：树脂是高粘性物质，可以转化为聚合物（即材料）。生物树脂是生物来源的，主要来自植物油、生物质或生物废料。

在航空航天工业中，生物基复合材料可用于以下领域：

- 机舱和货舱：这些应用需要与阻燃性、烟雾密度和毒性（FST）、减振降噪性能和放热有关的高级属性相关联。

- 一级和二级结构：这些应用涉及较高的结构载荷，因此需要改善其机械性能和耐用性。

- 辅助材料：这些应用需要非飞行材料的功能性或用于在工业工厂生产复合材料部件的任何方法。

看看生物复合材料中的原材料

甘蔗废料，也称为“甘蔗渣”，是一种干燥的纸浆状材料，在从甘蔗茎中提取汁液后仍然存在。因为甘蔗是可广泛获得的并且是太阳能的高效转换器，所以它能够产生大量的生物质。

甘蔗废料是纤维素纤维的极好来源，可用作生物复合材料的“填充剂”。它也可以用于通过化学转化或生物精炼获得的生物基呋喃树脂。呋喃生物聚合物与合适的天然或回收纤维（例如回收碳纤维）结合可用于飞机内部。

从微观物种到大型海藻，水藻是简单的光合作用生物，能够结合大气中的二氧化碳并将其转移到生物质中。

像其他生物质一样，藻类也可以用作碳原料，在标准复合材料中复制用于生产当今碳纤维前体或树脂的单体。因此，这种方法可以使生物复合材料提供与飞机应用中现有复合材料相同的机械性能。

玄武岩纤维是由火山岩制成的，主要存在于地球和月球表面。玄武岩纤维无害、具有出色的抗冲击性和耐火性，其机械性能与玻璃纤维相似，但由于其组成不复杂，因此具有制造工艺更简单的优点。

直接从月球岩石中提取的纤维可用于多种用途。这包括稳定月球站的3D打印结构、产生隔热层、改进过滤系统以及为宇航员套装提供纺织品。

竹是一种轻质、快速生长且具有高弹性的材料，是一种天然复合材料，由嵌入木质素基质中的纤维素纤维组成。

天然竹纤维与生物基或标准树脂的结合可以带来很多好处。这些措施包括减少环境影响和改善机械性能等。

图文来源于空中客车官网。请点击阅读原文查看。