耐高溫樹脂在復(fù)合材料領(lǐng)域的應(yīng)用有其特色與優(yōu)勢，該行業(yè)正進一步拓展對復(fù)材的適用性。

主要的耐高溫樹脂有雙馬來酰亞胺樹脂、聚酰亞胺（PI）、氰酸酯樹脂、耐高溫環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂及高溫熱塑性樹脂聚醚醚酮（PEEK）、聚苯硫醚（PPS）、聚苯砜(PPSU)、聚醚砜（PES）、聚醚酰亞胺(PEI)。

在復(fù)合材料高溫樹脂行業(yè)中，以聚酰亞胺與雙馬來酰亞胺樹脂使用率最高，合占全球市場60%以上的份額。聚酰亞胺占主導(dǎo)地位。聚酰亞胺復(fù)合材料制品可承受高達315 °C的連續(xù)使用溫度及高達480 °C的間歇使用溫度，并在高溫下表現(xiàn)出極高的尺寸穩(wěn)定性，主要用于高溫應(yīng)用中。聚酰亞胺復(fù)合材料部件具有耐久性，有助于降低維護/更換成本。發(fā)動機導(dǎo)管是聚酰亞胺樹脂的關(guān)鍵應(yīng)用。例如在波音F/A-18超級大黃蜂上的F414發(fā)動機的外部旁通管是由Composite Horizons公司使用碳纖/聚酰亞胺復(fù)合材料制造的。

雙馬樹脂材料具有耐高溫、耐濕熱、吸濕率低、模量高、熱膨脹系數(shù)小等優(yōu)點，由于其同時具有環(huán)氧樹脂良好的工藝操作性及聚酰亞胺樹脂的耐熱性，在工業(yè)領(lǐng)域特別是航空航天領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，如用于軍用飛機與商用飛機的引擎、機身、機艙、直通反向器與管道之中。近10年以來，雙馬來酰亞胺樹脂已被廣泛用于軍事飛機，尤其是第五代戰(zhàn)斗機，例如洛克希德·馬丁(Lockheed Martin)的F-22Raptor f-35與飛機。關(guān)于F-35飛機，其中35%的結(jié)構(gòu)組件均是復(fù)合材料，其中約50%是由碳纖維/BMI所組成，包括上下機翼，進氣罩，與發(fā)動機組件。目前F-35飛機的未履行訂單總額已超過12個國家的2691架飛機，這將在未來幾年內(nèi)大力推動BMI樹脂的需求。至于氰酸酯樹脂， 具有良好的耐高溫性能、介電性能好、熱脹系數(shù)小、吸水率低、耐射線和高能輻射的能力強等優(yōu)異的綜合性能，使氰酸酯在航空航天復(fù)合材料中倍受人們的青睞，其應(yīng)用愈來愈廣泛。Lonza公司是全球領(lǐng)先的供應(yīng)商，其Primaset品牌廣泛用于導(dǎo)彈組件，衛(wèi)星天線與其他太空應(yīng)用。

?

主要高溫樹脂的價格比較

?

環(huán)氧樹脂基體具有工藝性能良好、綜合力學(xué)性能好、成本低等優(yōu)點，是目前應(yīng)用最廣的結(jié)構(gòu)復(fù)合材料。國外先后發(fā)展了 977、M21 和 3900等系列 ,性能達到 第三代及以上水平, 抗沖擊損傷能力強, 已作為航空 主承力和次承力結(jié)構(gòu)件使用 。

?

在熱塑性樹脂中，聚苯(PPSU)，聚醚砜（PES），與聚醚酰亞胺(PEI)是主要的類別。其中PEI樹脂在飛機內(nèi)部的應(yīng)用是******。它具有出色的防火，防煙與防毒(PST)性能，與其他競爭性高溫材料相比，它的成本更低。但是其用途僅限于室內(nèi)。地板、地板型材、導(dǎo)軌組件、行李托架與飛機內(nèi)部托架是高溫熱塑性樹脂的關(guān)鍵應(yīng)用。

?

航空航天

高溫樹脂用于軍事與商用飛機發(fā)動機在復(fù)合材料工業(yè)中具有悠久的歷史。航空航天與國防工業(yè)在全球高溫復(fù)材樹脂市場中占有******份額。在復(fù)雜而高性能的航空航天領(lǐng)域，碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料可在高達130 °C的長期使用溫度下滿足多種功能要求，并能承受高達204 °C的短時峰值，滿足高性能發(fā)動機冷端部件對溫度、質(zhì) 量、強度、模量的要求，在風扇機匣及 包容環(huán)、風扇葉片、風扇帽罩、短艙和反推力裝置等部件具有廣泛應(yīng)用。雙馬樹脂材料的（長期）使用溫度范圍較寬，一般為130℃～260℃左右。廣泛應(yīng)用于航空和航天飛行器和發(fā)動機領(lǐng)域中的承力結(jié)構(gòu)以及耐熱結(jié)構(gòu)等。

當今航天器，新型商用飛機與第五代軍用戰(zhàn)斗機的設(shè)計要求已將持續(xù)使用溫度升高到316 °C至538 °C或更高的范圍，一般而言，聚酰亞胺樹脂（PI）在一級與二級復(fù)材結(jié)構(gòu)件之使溫度需達到350 °C。

聚酰亞胺樹脂（PI）在航空航天中的關(guān)鍵應(yīng)用包括發(fā)動機機艙，C型導(dǎo)管，壓縮機整流罩，推力反向器，天線罩，導(dǎo)彈推進系統(tǒng)，排氣系統(tǒng)零件，與絕緣材料等。通常，采用聚酰亞胺樹脂（PI）預(yù)浸料鋪層來制造復(fù)合材料零件。飛機上大多數(shù)結(jié)構(gòu)部件，例如發(fā)動機機頭，均暴露于極端高溫與高速的惡劣環(huán)境中。組件的故障可能導(dǎo)致整個系統(tǒng)的災(zāi)難性故障，并導(dǎo)致許多人喪生。高溫樹脂通過提高其承受極端熱量的能力來增強復(fù)材零件的性能。

?

熱塑性復(fù)合材料在航空航天領(lǐng)域應(yīng)用

?

軍用飛機是高溫復(fù)材樹脂的主要消費者。Lockheed Martin Dassault Aviation、Boeing、JSC Sukhoi 及HAL等各種原始設(shè)備制造商在各種發(fā)動機與機身復(fù)材部件中使用了高溫樹脂。Lockheed Martin公司的F-35飛機是最暢銷的軍用飛機，在其機身與發(fā)動機應(yīng)用中大量使用了碳纖/BMI復(fù)合材料。該公司在2017年交付了66架F-35飛機，較之2016年增長了40%。預(yù)計到2023年，其生產(chǎn)率將提高到160架，將大幅提升高溫復(fù)合材料的需求及增長率。

商用飛機也對高溫復(fù)材高溫樹脂產(chǎn)生大量需求，例如，Harris公司使用碳纖/BMI復(fù)材結(jié)構(gòu)制造了波音787發(fā)動機的VBV管道。

其他市場應(yīng)用

盡管大多數(shù)需求是在航空航天業(yè)領(lǐng)域，但運輸業(yè)是接受度提高的行業(yè)之一，主要是在發(fā)動機罩下的應(yīng)用。由于有關(guān)燃油經(jīng)濟性與減少碳排放的嚴格規(guī)定，汽車工業(yè)高度重視以輕質(zhì)復(fù)合材料零件代替金屬零件來減輕重量。燃油效率標準導(dǎo)致發(fā)動機尺寸縮小，從而產(chǎn)生了對更輕，更緊湊的組件需求。非常緊密的空間使引擎蓋下的許多部件更靠近發(fā)動機。引擎蓋下應(yīng)用中的新型動力總成與零件通常需要在200 °C以上的溫度下連續(xù)運行。例如一級方程式(F1)之類的賽車在各種應(yīng)用中也需要使用高溫樹脂，又如隔熱罩，其在一定程度上也產(chǎn)生對高溫復(fù)合樹脂的需求。其他應(yīng)用行業(yè)主要包括電氣、電子以及石油與天然氣。開關(guān)齒輪、斷路器、連接器與外殼是電子/電氣行業(yè)中可能使用高溫樹脂的關(guān)鍵復(fù)合材料應(yīng)用。

?

北美洲和歐洲市場集中度高

北美是Lockheed Martin、Cessna、Gulfsteam、Boeing等公司主要OEM的所在地，對全球高溫復(fù)材樹脂的需求******，美國占該地區(qū)90%以上的份額。Lockheed Martin公司在美國佛羅里達州開設(shè)了一家新的制造廠，以提升F-35飛機的生產(chǎn)率。歐洲第二大地區(qū)也有主要的OEM廠商，包括Dassault Aviation (達索航空)，BAE Systems，與Airbus Group (空客集團)，均推動了對高溫復(fù)材樹脂的需求。德國、法國、與英國是排名前三的國家，占歐洲需求近4/5。在未來幾年中，亞太地區(qū)將產(chǎn)生蓬勃的需求，主要在中國與印度等地區(qū)會有一些重大發(fā)展。作為對F-35第五代戰(zhàn)斗機的回應(yīng)，中國還推出了成都J-20第五代戰(zhàn)斗機，證實了對高溫復(fù)合材料的需求。

印度也可能會有令人注目的增長，各種原始設(shè)備制造商在該國投資為其飛機項目建立制造基地。最近，在印度已經(jīng)出現(xiàn)了OEM之間的合作伙伴關(guān)系。例如，SAAB Group與印度的Adani Group (阿達尼集團)簽訂了合資協(xié)議，在該國制造“獅驚”戰(zhàn)斗機。HAL (印度斯坦航空有限公司)是印度主要的軍用飛機原始設(shè)備制造商，在其Tejas或LCA專業(yè)計劃中均采用高溫復(fù)材樹脂。

競爭性低的市場

該市場的特點是市場集中度高，前三名分別是: Solvay S.A.、Koninklijke TenCatenv及Hexcel，其市場份額超過60%。市場由少數(shù)專注于選擇性高溫樹脂系統(tǒng)的公司組成。北美是高溫復(fù)材樹脂的制造中心，主要的樹脂制造商，最終用途行業(yè)的OEM參與者與復(fù)材零件制造商都在這里。在三巨頭中，Solvay S.A.與Koninklijke TenCate B.V均只立足于北美地區(qū)，其主要集中度均在選擇性高溫樹脂系統(tǒng)上，例如，Lonza集團推出了一系列新的氰酸酯樹脂——Primasetce-320，以滿足汽車市場對短周期制程的需求，而Huntsman 公司提供一系統(tǒng)的環(huán)氧酚醛樹脂樹脂，與未經(jīng)改性的固態(tài)環(huán)氧樹脂相比，具有更好的耐熱性與耐化學(xué)性。

未來的廣泛應(yīng)用

在目標應(yīng)用中，高溫樹脂正在與諸如鎳、鈦、及其合金等金屬競爭。高溫樹脂的高成本是大規(guī)模應(yīng)用中的主要瓶頸之一。但是，隨著發(fā)動機小型化與輕量化的持續(xù)趨勢，他們將在高端行業(yè)的高性能應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)新的增長前景。未來加強創(chuàng)新，通過AFP/ATL工藝降低樹脂成本與增加樹脂使用率，將是提高市場占有的關(guān)鍵。

樹脂基體是纖維增強復(fù)合材料中最薄弱、最先受到破壞的組分，對復(fù)合材料整體性能的發(fā)揮起著關(guān)鍵作用。我國在樹脂基體方面仍存在各種問題和差距。因此，第六屆碳纖維及碳/碳復(fù)合材料論壇特設(shè)高性能樹脂主題，以期能更好的促進行業(yè)發(fā)展！

?

?

?