人會疲勞，有壽命。機械、材料也是一樣，也有相對應的壽命，到了一定情況下，就會失去其本身的性能，叫結構疲勞。在航空航天部件中就特別關注材料的結構疲勞，實際應用中，就要考慮到材料的損傷容限，更好的保證安全。現(xiàn)如今的備受歡迎的熱塑性碳纖維復合材料被廣泛應用到航空航天中，其中一個重要的原因就是該材料的損傷容限特別高。本文我們就從損傷容限知識點到熱塑性碳纖維應用的優(yōu)勢來給大家說說。

　　什么是損傷容限

　　講解損傷容限，先來了解結構疲勞。

　　結構疲勞指的是材料在受到應力或者應變的作用下，性能發(fā)生變化。當我們機械結構在受到靜力載荷，當載荷較大時，結構一般會發(fā)生明顯變形(如頸縮現(xiàn)象)，我們能從變形量感知到結構即將破壞，從而可以避免繼續(xù)加載使得結構發(fā)生斷裂;與靜載荷相比，機械結構在疲勞載荷作用下沒有顯著的變形預警，在累積到某個循環(huán)時極有可能突然發(fā)生斷裂。

　　通俗的理解，就是一根鐵絲，你開始掰彎是不會斷裂，但是你反復掰來掰去，它就會斷的，這就是結構疲勞的原因。

　　那每個材料都有一定的使用壽命，沒有哪個材料完全沒有結構疲勞，那在應用到高性能需求的地方，就不能用嗎?還是要應用，這里面就引出材料的損傷容限。

　　比如航空航天中常見的飛船、飛機，它們在設計的時候，就要考慮到性能、安全、成本三方面，從而取得平衡。損傷容限的能力就確保了飛機在應用中的能夠有更好的安全保證。從開始的“安全壽命”到“破損安全”再到現(xiàn)如今的“損傷容限”，這里面有血的教訓，從而才有了現(xiàn)如今關于這類機械零部件新的的標準結構設計準則，需要結合飛機實際負載跟設計負載相結合來確保飛行的安全。

　　所以在飛機結構強度設計規(guī)范要求中規(guī)定“設計使用壽命和設計使用方法下,機體結構應有足夠的損傷容限能力,即在存在材料、制造及工藝缺陷以及在正常使用和維護中引起的損傷的情況下,直到損傷在定期的計劃檢查時被查出,機體的飛行安全結構和其他的選定結構應具有足夠的剩余強度。”這里面主要就是包括：初始缺陷尺寸、剩余強度要求以及損傷擴展限制。這里面知識點比較多，這里就不展開來說，我們只是作為了解。

　　熱塑性碳纖維的損傷容限

　　空客、波音飛機上面大量應用碳纖維復合材料，部分機型的碳纖維復合材料占比更是高達50%以上。但更多的是應用到內部材料結構件，采用的是傳統(tǒng)熱固性碳纖維，起到輕量化的效果，在發(fā)動機等重要結構件上沒有廣泛的應用，這其實就是跟傳統(tǒng)熱固性碳纖維材料損傷容限有關。伴隨著熱塑性碳纖維研究取得的成功下，就在把熱塑性碳纖維制作動力結構件上應用，從而獲得更好的損傷容限，降低自重的情況下，又有更好的安全保障。

　　熱塑性碳纖維之所以有非常好的損傷容限，就是跟其樹脂基體有很大的關系，相比較傳統(tǒng)的熱固性樹脂來說，熱塑性樹脂的分子結構都是線性結構，都是由聚合樹脂和部分分縮合樹脂，具有受熱軟化、冷卻硬化、高比強度和硬度、優(yōu)異的斷裂韌性和損傷容限、優(yōu)良的耐疲勞性能、能夠模塑成型復雜幾何形狀和結構、可調的導熱性、可回收性、在惡劣環(huán)境的穩(wěn)定性好、可重復成型、可焊接和修補等特點。

　　熱塑性樹脂也能夠具有這樣的優(yōu)勢，加入連續(xù)碳纖維增強的復合材料之后的性能進一步提高，在應用到航空航天中就更加的得心應手。

　　這樣損傷容限高的熱塑性碳纖維在汽車、船舶領域中也非常受歡迎，在海洋設備、賽車上面都有了應用，具備更好的損傷容限之外，還具有非常好的環(huán)境適應性，耐濕熱老化、耐酸堿腐蝕、耐鹽霧、防霉菌等優(yōu)勢體現(xiàn)。

　　國內熱塑性碳纖維廠家

　　熱塑性碳纖維尤其是連續(xù)碳纖維增強熱塑性復合材料是國外技術壁壘，我國也一直研究，從現(xiàn)階段的市場看，國內已經有成功完成了該材料研發(fā)到量產廠家，打破國外技術壁壘，實現(xiàn)高性能碳纖維國產化道路成功邁出。智上新材就是其中一家成功完成了連續(xù)碳纖維增強熱塑性復合材料的公司，現(xiàn)有的熱塑性碳纖維單向帶量產的有尼龍(PA6)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)這幾種，可以根據(jù)客戶需要進行不同尺寸、不同含量定制。其所含熱塑性樹脂的量可控且精確，樹脂能充分穿透碳纖維絲束且均勻分布。預浸帶下機幅寬在300mm-600mm，可根據(jù)需要分切成各種寬度以便制成多種類的碳纖維熱塑性零部件。就有跟多家飛機廠家對接，進行產品應用。

　　“損傷容限”就是描述結構帶損傷繼續(xù)工作的能力就好比人帶病還能活下去的能力，那熱塑性碳纖維就具備這樣的性能，能夠被應用到更多高性能領域中的重要原因。