一、“非热压罐”工艺为航空航天结构创新带来更多可能2019年，麻省理工学院和梅蒂斯设计公司（Metis Design Corp）合作，展示一种“非热压罐”复合材料固化工艺，这种工艺摆脱了传统基于热压罐固化过程的限制。使用传统热压罐工艺的缺点主要包括能量效率差、操作成本高、固化时间长，且对被固化的复合材料零部件几何外形有一定约束。2019年8月，联合研究团队验证了用于传导性固化复合材料结构的碳纳米管加热装置，去除了热压罐，与传统固化复合材料方法相比，实现等效的热物理和机械性能同时，还进一步减少了近60%的固化时间，能量消耗减少了近两个数量级。研究团队认为，这一工艺创新将有助于通过利用纳米工程层压材料的功能特性，如传感、结构健康检测和防冰系统等，设计和制造新一代多功能航空航天结构部件。2019年7月，KAI有限责任公司、德克萨斯大学奥斯汀分校、澳大利亚墨尔本皇家理工大学、阿科玛公司和西华盛顿大学联合开展了一项研究，利用高温熔融纤维制造技术，开发了五种独特的超高性能聚合物，这五种新牌号分别是：SABIC PEI（聚醚酰亚胺） ULTEM 9085，Roboze PEEK（聚醚醚酮），智能材料3D打印PEEK（聚醚醚酮），阿科玛Kepstan 7002 PEKK（聚醚酮酮）和改性的PEI（聚醚酰亚胺）ULTEM 1010材料。这些材料可在低热通量的航天器中应用。此项研究的主要目标是开发一类材料和增材制造工艺，以期在未来大幅降低空间飞行器热保护系统的制造和装配成本。所有的五种超高性能热塑性复合材料均能够在每平方厘米100瓦热通量的气动热测试坚持30秒而不发生结构破坏和分解。根据热重分析焦炭产率结果，Kepstan 7002 PEKK（聚醚酮酮）的焦炭产率最高，为64%，而ULTEM 9085的焦炭产率最低，为43%。高焦炭率通常是指材料具有良好的烧蚀性能。除了实验研究，科研人员还利用计算流体动力学分析了在各种情况下获得的样品之间的热传递，并与实验获得的材料进行了对比。将3D打印的超高性能热塑性聚合物样品（右上方）通过乙炔焊炬（中心）加热，并在30秒的时间内拍照。左侧显示了经过测试后的热解区（上图）和烧焦的表面（下图）。图片来源：KAI公司 |
