环氧树脂在航空航天领域的应用进展

一、从“配角”到“主结构”的跃迁 

自上世纪七十年代开始，环氧树脂基碳纤维复合材料首先在军用飞机上以扰流板、副翼等次承力件的形式试水；进入二十一世纪，波音787、空客A350的机身筒体、机翼蒙皮已大面积采用环氧预浸料，主承力结构单架机用量超过35吨，减重幅度达20%以上，直接推升燃油效率10%～12%。随着高韧性、高耐温牌号的不断推出，环氧树脂正在向尾翼盒段、中央翼盒等极限载荷区域渗透，进一步替代传统铝合金和钛合金。

二、性能边界的三次突破 

1. 韧性提升 

早期环氧体系冲击后压缩强度（CAI）不足200 MPa，难以满足机翼主梁的损伤容限要求。通过引入核壳橡胶、热塑性微颗粒以及梯度交联技术，目前航空级增韧环氧的CAI已突破300 MPa，同时保持玻璃化转变温度（Tg）≥150℃，兼顾了耐温与抗冲击性能。 

2. 耐热跃级 

传统双酚A环氧在180 ℃有氧环境下即开始降解。最新研究采用含萘环、芴环或三嗪结构的环氧单体，配合芳香胺/酚醛协同固化，Tg可达250 ℃以上；在航天固体火箭发动机壳体应用中，短期耐温峰值已验证至300 ℃。 

3. 可修复与可回收 

欧盟AIRPOXY项目开发的动态芳香二硫键环氧体系，实现了热压条件下的多次再成型与分层自愈合，修复效率>90%，为降低航空复合材料20%～30%的报废率提供了现实路径。

三、关键应用进展 

1. 大型客机 

波音787主翼蒙皮采用东丽T800S/环氧3900-2体系，单块长26 m共固化整体成型，减少7000个铆钉和上千公斤结构重量。 

2. 高超声速飞行器 

鼻锥和前缘部位使用石英纤维/环氧-酚醛杂化基体，表面经陶瓷化烧蚀层改性，可抵御1800 ℃瞬时热冲。 

3. 卫星与深空探测 

欧洲织女星火箭整流罩采用低放气环氧预浸料，满足真空-辐射环境下10-7 Torr·L/s的放气率要求；美国“毅力号”火星探测器天线支撑结构使用环氧-碳纤维蜂窝夹层，实现40%质量减轻同时保持0.1 mm级形位精度。 

4. 透明航空结构 

AGY与Kaneka合作推出的S-2玻璃/环氧透明层压板，通过折射率匹配技术实现>85%透光率与防弹级冲击韧性，已在直升机风挡、无人机光电舱盖开展装机验证。

四、工艺革新助力规模化 

1. 低温快速固化 

新一代120 ℃/30 min快固环氧与自动铺丝（AFP）技术耦合，在空客A320后压力隔框试验件上将周期由8小时压缩至2小时，为窄体机月产60架以上的节拍需求提供了工艺基础。 

2. 非热压罐（OOA）预浸料 

真空袋-烘箱成型技术降低能耗40%，已用于国产支线客机ARJ21升降舵批量生产，孔隙率<1%。 

3. 3D打印环氧复合材料 

连续纤维增强环氧熔融沉积技术正在验证航天支架、无人机翼肋的小批量快速制造，打印方向强度保持率>75%，未来有望实现战场级快速维修备件。

五、挑战与发展方向 

1. 150 ℃以上长时耐温与韧性协同仍是环氧体系的“天花板”，需通过多官能度环氧-杂化网络设计继续突破。 

2. 阻燃、低烟、低毒需求推动磷系、硅-氮协效无卤阻燃体系的工程化应用，目标使舱内环氧复合材FAR 25.853烟密度Ds(4 min)＜100。 

3. 建立树脂-纤维-工艺一体化数据库，利用机器学习预测老化寿命，将地面加速试验与空中服役数据闭环，支撑未来30年寿命结构的适航验证。

结语 

从商用飞机的减重增效，到深空探测的极端服役，环氧树脂凭借可设计的分子结构、成熟的工艺窗口和持续进化的性能，已成为航空航天复合材料不可替代的基体。随着可修复、可回收、生物基新一代体系的成熟，环氧将继续在“更轻、更强、更绿色”的蓝天与太空征程中扮演核心角色。