復合材料技術

1、航空預浸料 航空預浸料- 熱壓罐工藝復合材料技術應用概況 熱壓罐工藝復合材料技術應用概況發(fā)布時間：2011-11-23 15:34:27先進復合材料自問世以來，由于其輕質、高強、耐疲勞、耐腐蝕等諸多優(yōu)勢，一直在航空材料領域得到重視。隨著近幾十年來的發(fā)展，尤其是最近10 年在大型飛機上井噴式的應用，先進復材料已經(jīng)證明了其在未來航空領域的重要地位，它在飛機上的用量和應用部位也已經(jīng)成為衡量飛結構先進性的重要標志之一 [1] 如目前代表世界最先

2、進戰(zhàn)機的美國 F-22 和 F-35，其復合材料占機結構重量達到了26%（F-22 機身、機翼、襟翼、垂尾、副翼、口蓋、起落架艙門；F-35 機身翼進氣道、 操縱面、副翼、 垂尾），歐洲 EF-2000 戰(zhàn)機更是達到了 35%~40%（機翼、垂尾、方向舵[2] ；民機領域的兩大巨頭波音和空客，在其最新型的大型客機波音787、A350XWB 機型中，大幅使用復合材料，分別達到 50% 和 52%[3],在機身主承力結構中，除一些特殊需要外

3、，基本上實現(xiàn)了全復合材料化。從當前的復合材料應用來看，航空復合材料具備以下幾個方面的特點：在材料方面，飛主承力結構應用高韌性復合材料； 在工藝方面， 呈現(xiàn)出以預浸料- 熱壓罐工藝為主， 積極開發(fā)液體成型工藝及其他低成本成型工藝的態(tài)勢，對復合材料構件的制造綜合考慮性能/ 成本因機[4] 設計理念的廣泛認知，復合材料已逐漸在主承力結構上站穩(wěn)了腳跟，而且，為了進一步將復合材料的優(yōu)點充分發(fā)揮，飛機結構設計越來越趨向于整體化和大型化。復合材料在主

4、承力結構上的應用技術是體現(xiàn)航空復合材料水平及應用程度的重要標志。目前復合材料主承力構件仍是以預浸料 -熱壓罐工藝為主?；诖?，本文旨在介紹目前與航空預浸料- 熱壓罐工藝相關的復合材料技術。主承力結構用預浸料 主承力結構用預浸料1 高性能復合材料體系“計是主導，材料是基礎，工藝是關鍵”[5]復合材料的制造技術與材料的發(fā)展息息相關。航空預浸料-熱壓罐工藝高性能復合材料到目前已經(jīng)歷了 3 個階段。第一階段的復合材料采用通用 T300 級碳纖維

5、和未增韌熱固性樹脂， 具有明顯的脆性材料特征， 主要用于飛機承力較小的結構件。 第二善， 應用范圍擴大到垂尾、 方向舵和平尾等部件。 第三階段的復合材料為高韌性復合材料，其應用擴大到機材料應用于飛機主承力結構，波音公司首先提出了高韌性復合材料預浸料標準BMS8-276，概述了主承力結構復合材料性能目標，并提出采用沖擊后壓縮強度體化制造工藝，將多個構件一體化制造，以減少復合材料之間的裝配連接。目前，預浸料 - 熱壓罐工藝的整體化制造技術可

6、分為共固化、共膠接和二次膠接 3 種方案。每種均有各自的特點，因此需根據(jù)實際的結構和工藝要求來選擇相應的整體化制造技術。 在整體化制造中， 各構件之間連最為關鍵的環(huán)節(jié)， 因為它往往是整個結構最為薄弱的環(huán)節(jié)。如盒段整體結構中，相比，其弱點是承受面外載荷的能力較差，因此需要使用一些手段對該位置面外拉伸方向的性能進行加強。從目前的研究來看， Z-PIN、縫合技術雖然能改善面外拉伸性能，但其對結構的面內(nèi)力學性能有一定的影響。針對整體化結構 R

7、區(qū)的面外承載能力弱的特點，國內(nèi)有關研究在這方面獨辟蹊徑，從提高材料性能的角度， 開發(fā)了 ZXC195、ZXC190、ZXC185 等系列增強芯材。 該類增強芯材主要通過改善整體結構中 R 區(qū)材料的韌性，來提高整體結構接頭的面外承載能力，因此對于該區(qū)域結構的面內(nèi)性能沒有任何影響。目前，部分增強芯材已完成了相關整體化結構的工程應用，并取得了很好的應用效果 [10] 。2 各主承力結構成型工藝 各主承力結構成型工藝2.1 壁板類成型工藝復合材

8、料壁板主要用于飛機尾翼、機翼和非筒體成型的機身。該類結構主要由蒙皮和長桁組成。由于復合材料結構設計經(jīng)歷過等代設計， 早期復合材料制造的壁板通常是由各自成形好的蒙皮和長桁通過機械連接組裝而成。 這樣的方式增加了結構的自重， 不能很好地發(fā)揮復合材料的優(yōu)點。 隨著復合材料整體化制造技術的出現(xiàn)，壁板類復合材料結構也逐漸擺脫了機械連接，實現(xiàn)了一體化制造。其制造工藝方案主要有以下幾類。（1） 蒙皮與長桁共固化。分別鋪疊蒙皮和長桁；通過模具工裝將其組

9、合在一起，接觸面鋪膠膜（或不鋪膠膜）；之后整體進熱壓罐完成共固化。（2） 蒙皮先固化，再與長桁共膠接。先蒙皮固化；鋪疊長桁，通過模具工裝將其固定在已固化好的蒙皮上，接觸面鋪膠膜，之后進罐完成共膠接。（3） 長桁先固化，再與蒙皮共膠接。先固化長桁，并進行必要的機加；鋪疊蒙皮，通過模具工裝將固化的長桁與其組裝，接觸面鋪膜，之后進熱壓罐完成共膠接。（4） 二次膠接。分別固化蒙皮和長桁；將長桁進行必要的加工；通過模具工裝將蒙皮與長桁組裝，接觸面