为了提高军用飞机性能,美国空军材料研究所(AFML)早在20世纪50年代中期就开始寻求比已经采用的铝合金、钛合金等金属材料的比强度、比模量更大的材料。为此,研究开发了先进复台材料、铝锂合金等轻质高性能材料。先进复合材料在航空、航天飞行器结构上应用获得了成功,现已成为飞机机体结构与铝合金、钛合金、钢并驾齐驱的四大结构材料之一。先进树睹基复台材料的用量已成为飞机先进性的一个重要标志。
先进复合材料的开发,基于对玻璃纤维增强塑料(玻璃钢GFRP)比重小、强度高而模量较低的认识和经验,重点研究高模量、高强度、比重小的增强纤维,开始研究生产硼纤维,因为从化学元素周期表看,硼(B)分子量小于玻璃纤维主要化学元素硅(Si)。
1960年钨丝芯硼纤维小批量生产,硼纤维直径约100μm、拉伸模量400GPa、拉伸强度3800MPa。硼纤维增强环氧的拉伸模量谜200GPa(密度2.0),比GFRP挝伸模量40GPa(密度1.8)大5倍,比铝合金拉伸模量70GPa(密度2.7)约大3倍。据此,美国空军材料研究所将硼纤维增强环氧命名为先进复合材料(advanced composite materials,ACM),简称复合材料,借此与以往的玻璃纤维增强塑料有所区别,并开始了用于飞机机体结构的应用研究。60年代末已研制山硼/环氧复合材料水平尾翼和垂直安定面翼盒结构件。
继之,1971年高强型碳纤维T300、AS4等小规模生产,并且价格优势日益明显。碳/环氧复合材料T300/5208,AS4/3501-6等耐湿热性能和工艺性均较好,因而在飞机结构上得到推广应用。
1980年后,中模量高强度碳纤维IM6、IM7、T800等开始批量生产,以及使用温度高、耐湿/热性能好的双马来酰亚胺树脂基体和增韧环氧基体相继商品化,从而促使复和材料,如IM6/5245C,IM7/5250-4和HTA/6376,IM7/977-3等得到大量应用,成为新一代飞机的主要结构材抖之一。
综上所述,先进复合材料主要指结构性能相当于或优于铝合金的复合材料,目前系指硼纤维、碳纤维、芳纶等纤维增强树脂基复台材料,现已成为飞机结构的主要材料之一。