非金属材料的主要性能指标与检测方法分析

非金属材料的主要性能指标与检测方法分析

杜永强

沈阳飞机工业集团（有限）公司 辽宁 沈阳 110850

摘要：近几年，我国行业得到了飞速发展，人们也加强了对飞机的研究的，在飞机建设过程中应用了大量的非金属材料，各种非金属材料的性能都会对飞机的性能和质量造成一定影响。因此，为了确保最终建设的飞机可以满足应用需求，要加强对飞机中采用的非金属材料性能的检测。下面，针对飞机中应用的非金属材料的主要性能指标，以及相应的检测方法进行全面分析，希望文中内容对整个行业的发展可以有所帮助。

关键词：飞机；非金属材料；机械性能；变形情况

飞机中的各项零件都是由不同类型材料构成的，一些是金属材料，一些是非金属材料，还有一些为特殊材料，在飞机制造中更是如此。飞机中会存在大量的非金属材料和金属材料，在飞机中制造中对各种复合型材料进行应用，进而使飞机性能得到进一步提升，同时，为了确保飞机具有良好的性能，要对非金属材料性能进行检测。

1 飞机中采用的非金属材料

制造飞机过程中会采用大量的非金属材料，但是，对于各种非金属材料都不可以单独使用，通过合理方式进行合成，进而形成复合材料，然后将其加工成飞机制造过程中应用的各项零件。飞机中采用的非金属材料的一项主要特点就是硬度较低，但是，其弹性大，而且热性强，同时，其也具有良好的绝缘性，其导热性低，耐热性差，而且，在高温环境下，容易出现融化现象^[1]。

塑料是飞机机舱内中最常用的一种非金属材料，例如，飞机中的座椅把手、行李架等采用都为塑料，飞机中的这些构件都是利用塑料制作而成的。塑料主要是由固化剂、树脂、稳定剂、阻燃剂等各种不同类型的材料组合而成的^[2]。

近几年，我国航空事业得到了快速发展，人们对飞机中采用的复合材料性能也提出了更高的要求，而要想使复合材料性能能够满足应用需求，必须提高树脂性能^[3]。

2 检测非金属材料机械性能

2.1 检测非金属材料抵抗断裂能力

采用冲击试验对非金属材料抵抗外界冲击而出现断裂能力的评估。冲击试验一共分为简支梁冲击和简支梁冲击两种。两种方法在应用时的区别在于，前者是通过垂直方式放置条形样品，固定住样品下半部，摆锤运动平面与样条长度在同一平面；后者是水平放置简支梁冲击，摆锤运动平面与垂直与样条^[4]。样品可以是无缺口，或者有缺口的，摆锤冲击会破坏样品，完成冲击后，依据摆锤残留的预留，对样品被破坏需要的能量进行量测，进而实现对样品能够承受的冲击强度的明确。

2.2 测量样品弯曲强度与模量

通过对三点式弯曲模型进行试验，在具体试验期间，要通过两个支撑对样品下规定长度的两端进行支撑，利用速度可控压头，向中心点样品施加相应的压力，通过压力作用，使样品发生弯曲变形。在该期间，要对样品受力发生的弯曲情况进行详细记录，进而完成对样品弯曲强度、弯曲模量情况的精准测量。

2.3 测量样品抗拉伸性能

通过拉伸试验可以对飞机中采用的非金属材料的抗拉性能进行检验，通过拉伸，非金属材料会被拉长，发生变形，甚至会断裂。进行拉伸实验室，夹住标准试样的两头，通过分离夹具的方式，对待检测样品进行拉伸，在具体试验时，可以控制分离夹具速度进行控制^[5]。进行拉伸试验时，要对整个拉伸过程中，要对样品的具体受力情况进行详细记录，而且要在样品上做两个明确的标记，整个试验直到样品发生断裂为止。在拉伸试验过程中，样品的变化流程如图1所示。

无变化

变长

断裂

图1 样品拉伸发生的变化流程

通过对样品进行测定，可以完成对非金属材料样品拉伸强度、拉伸模量、拉伸断裂强度等各项性能的检测。

3 检测非金属材料的耐热性

3.1 热变形温度

热变形温度主要是对非金属材料的耐热机械性能进行合理评估。在具体试验期间采用长方体样条，在样品长度规定范围内，采用支撑头完成对样品的支撑，在支撑中心部，利用压头向样品时间规定负荷，在该期间，对样品进行加热，使其温不断升高，样品受热后，其将会被软化，从而发生变形。从样品受热变形的具体情况来看，随着温度的不断升高，样品软化程度将会不断变大，而变形扰度也会变大，如果温度使样品材料了发生了变形，这一温度值也就是试验条件下，材料的变形温度。

3.2 维卡软化温度

该温度指的是将热塑性材料放入到液体传热介质中，在一定的等速升温和一定负荷条件，检测试样被1mm²的压头针压入1mm时的温度。维卡软化温度是评价非金属材料在具体应用期间，材料的耐热性能对标准。

3.3 球压试验

飞机中采用的聚合物材料受热会被软化，这会对材料的机械性能、电绝缘性能，以及其他性能造成直接影响，这会导致产品在应用期间存在较为严重的安全隐患。压球试验是飞机零件的非金属材料的具体耐热试验，对飞机中零件的固体绝缘材料在具体应用期间的耐热性进行评估。具体试验期间，采用19.8N-20.2N的负荷，利用直径为5.0mm的钢球压在一个面积不小于3.0mm

²的平面样品，在具体试验过程中，要让样品在试验温度内持续60min，当温度降低，冷却后，对压痕尺寸进行测量。完成上述试验后，通过压痕尺寸，对样品在试验温度下，对耐热软化情况进行明确，压痕尺寸在2.0mm以内，则表面样品的性能可以满足应用需求。

除了以上内容之外，还要对飞机中采用的非金属材料的阻燃性能、加工成型性能、耐老化性能等多个方面的检测，确保最终采用的非金属材料的性能可以满足飞机的应用需求。

4结语：

现代飞机制造过程中采用了大量的非金属材料，在对非金属材料进行应用前，要对采用的非金属材料的具体性能进行检测。在实际检测期间，要确保最终检测结果的合理性，保证应用在飞机上非金属材料作用能够得到合理发挥，提高飞机性能。

参考文献：

[1]陈金伟,杨铃,吴丽旋,等.新型高分子材料透明制品内应力分布检测装置的研制[J].工程塑料应用,2020,48(06):113-117.

[2]包福军.浅谈非金属材料的球压试验及其不确定度的评定[J].中国检验检测,2020,28(03):40-41.

[3]牛奕,甘玲童,马云.基于红外无损检测的非金属材料粘贴缺陷识别[J].红外技术,2020,42(04):393-398.

[4]王建强,周苏枫,马君峰，等.飞机典型金属材料振动疲劳历程中模态阻尼比获取方法研究[J].实验力学,2018,33(02):318-324.

[5]魏晓娟.PEEK代替金属材料应用在飞机舱门配件中[J].现代塑料加工应用,2016,28(01):37.