行业概述
先进的聚合物基复合材料市场主要由用环氧树脂、聚酰亚胺和双马来酰亚胺等热固性基体树脂加工的复合材料主导。这些复合材料已经在飞机、航空航天和国防领域得到广泛应用。
在过去的20年中，在完善热固性复合材料方面取得了相当大的进步。尽管取得了这些进展，但仍存在某些缺陷，包括保质期有限、韧性不足、失效应变低、成型加工时间长且刚性高以及对水分敏感等一系列问题。最近，出现了一系列基于热塑性基体树脂的商业复合材料，用于高温结构应用。这些较新的热塑性复合材料基于芳香族聚合物，克服了早期脂肪族热塑性聚合物的主要限制，例如低弹性模量、低玻璃化转变温度和较差的耐溶剂性。
用热塑性复合材料替代金属和纤维增强热固性部件的做法正在兴起。尽管它们不太可能完全取代热固性塑料，但至少在不久的将来，它们在要求苛刻的应用中提供了优于热固性塑料的潜在优势（这加强了这两类先进增强塑料之间的竞争）。一般来说，热塑性塑料具有无限的保质期、低吸湿性、出色的热稳定性、高韧性和损伤容限、短而简单的加工周期以及显着降低制造成本的潜力。此外，它们具有重新熔化和再加工的能力，并且损坏的飞机结构也可以通过施加热量和压力来修复。预计这些高性能热塑性树脂将越来越多地用于航空航天结构。
内容简介
作者在航空航天研究所的结构和材料实验室完成了此书，以确定热塑性复合材料的最新发展并评估其益处和这些材料用于航空航天的局限性。这篇书籍只考虑了有可能在结构航空航天应用中与连续纤维增强材料一起使用的热塑性基体树脂；这是一个进行了大量开发工作的行业。早先已经报道了一些关于先进热塑性复合材料的评论：其中包括美国国家研究委员会国家材料咨询委员会于年完成的对结构部件中热塑性复合材料的详细评论。
本书通过强调最新出版物来更新这些评论。之前的评论中讨论的一些方面，如短纤维和长纤维增强热塑性塑料被省略了，而其他方面已经添加或更详细地讨论了。本书籍中考虑的材料包括属于各种化学类别的热塑性聚合物，例如聚酮、聚芳硫醚、聚酰胺、聚酰亚胺、聚砜、液晶聚合物、聚苯并咪唑和聚苯喹喔啉，讨论了这些材料的主要特征。
本书的第一部分回顾了纯热塑性树脂的热性能和机械性能，以及它们的耐化学性、耐湿性和韧性。
本书的第二部分涉及用连续碳纤维增强的先进热塑性塑料的性能：介绍了机械性能、层间断裂韧性、损伤容限、疲劳和蠕变行为、抗电离辐射和热循环以及失效机制，与当前的环氧树脂、增韧环氧树脂和双马来酰亚胺基复合材料进行了一些比较。
有一节专门讨论半结晶热塑性塑料的形态对复合材料性能的影响，并讨论了影响半结晶热塑性塑料形态的因素。热塑性复合材料尚未得到广泛接受，这主要是由于可用数据有限、缺乏加工经验以及关于其疲劳和蠕变行为以及压缩性能差的未解决问题。生产高质量层压板的加工技术不如为先进的热固性复合材料开发的加工技术成熟。高熔体粘度和高加工温度是容易加工的重要障碍，尽管有相当大的动机来最小化这些加工参数。
另外本书概述了最近开发的一些用于结合纤维和热塑性聚合物以克服高熔体粘度问题的工艺。还描述了将与基体结合的纤维叠层转化为平坦的固结层压板或三维形状组件的不同加工技术。
介绍了用于连接热塑性复合材料的各种方法，包括机械紧固、粘合剂粘合和基于熔接的新技术。由于机械紧固和粘合剂粘合是连接热固性复合材料的常用方法，因此重点放在了热塑性复合材料的熔接技术上。尽管研究人员和工业工程师尚未完全解决加工技术、工具、连接和修复的问题，但热塑性复合材料的应用越来越受欢迎。一些主要和次要结构已经制造并进行了飞行测试。
回顾了飞机和航空航天领域的实践经验，以评估热塑性复合材料的加工和性能优势。该书就热塑性复合材料在飞机结构应用中的潜力提出了结论和建议，特别是与热固性复合材料相比。