航空預(yù)浸料-熱壓罐工藝復(fù)合材料技術(shù)應(yīng)用概況

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1、二量．生幽蜒航空預(yù)浸料一熱壓罐工藝復(fù)合材料技術(shù)應(yīng)用概況ApplicationStatusofPrepreg-AutoclaveCompositesTechnologyinAviation中航工業(yè)北京航空制造工程研究所梁憲珠孫占紅張鋮劉天舒梁憲珠畢業(yè)于北京航空航天大學(xué)飛行器設(shè)計(jì)專業(yè)，研究員．畢業(yè)至今一直從事飛行器復(fù)合材料翻造技術(shù)研究工作．主持完成了多個(gè)型號(hào)的尾■、機(jī)翼和機(jī)身復(fù)合材辯結(jié)構(gòu)的制造技術(shù)攻關(guān)項(xiàng)目和預(yù)研課題。榮獲集團(tuán)科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)3項(xiàng)，二等獎(jiǎng)2項(xiàng)．三等獎(jiǎng)2項(xiàng)．國(guó)防科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)I項(xiàng)，三等獎(jiǎng)1項(xiàng)。先進(jìn)復(fù)合材料自問(wèn)世以來(lái)，由于其輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐疲勞、耐腐蝕等諸多優(yōu)勢(shì)，一直在航空材料領(lǐng)域

2、得到重視。隨著近幾十年來(lái)的發(fā)展，尤其是最近10年在大型飛機(jī)上井噴式的應(yīng)用，先進(jìn)復(fù)合材料已經(jīng)證明了其在未26航審制造技術(shù)·2011年第20期雖然近年來(lái)各種各樣的低成本制造技術(shù)層出不窮。也在航空飛行器復(fù)合材料結(jié)構(gòu)制造當(dāng)中得到較大的應(yīng)用。但預(yù)浸料一熱壓罐工藝仍以其優(yōu)異的產(chǎn)品質(zhì)量占據(jù)著重要的地位。且隨著自動(dòng)化、數(shù)字化水平的不斷提高及相關(guān)技術(shù)的不斷完善。其一直讓人詬病的成本高、周期長(zhǎng)的缺點(diǎn)也逐漸得到了改善，并被相關(guān)領(lǐng)域的人們所接受。來(lái)航空領(lǐng)域的重要地位，它在飛機(jī)上的用量和應(yīng)用部位也已經(jīng)成為衡量飛機(jī)結(jié)構(gòu)先進(jìn)性的重要標(biāo)志之一”1。如目前代表世界最先進(jìn)戰(zhàn)機(jī)的美國(guó)F一22和F一35．其復(fù)合材料占飛機(jī)結(jié)構(gòu)重

3、量達(dá)到了26％(F一22機(jī)身、機(jī)翼、襟翼、垂尾、副翼、口蓋、起落架艙門；F一35機(jī)身、機(jī)翼、進(jìn)氣道、操縱面、副翼、垂尾)，歐洲EF-2000戰(zhàn)機(jī)更是達(dá)到了35％一40％(機(jī)翼、垂尾、方向舵)[21；民機(jī)領(lǐng)域的兩大巨頭渡音和空客，在其最新型的大型客機(jī)波音787、A350XWB機(jī)型中，大幅使用復(fù)合材料，分別達(dá)到50％和52％p】，在機(jī)身主承力結(jié)構(gòu)中，除一些特殊需要外，基本上實(shí)現(xiàn)了全復(fù)合材料化。從當(dāng)前新機(jī)型的復(fù)合材料應(yīng)用來(lái)看，航空復(fù)合材料具備以下幾個(gè)方面的特點(diǎn)：在材料方面，飛機(jī)主承力結(jié)構(gòu)應(yīng)用高韌性復(fù)合材料；在工藝方面，呈現(xiàn)出以預(yù)浸料一熱壓罐工藝為主，積極開(kāi)發(fā)液體成型工藝及其他低成本成型工藝的態(tài)

4、勢(shì)，對(duì)復(fù)合材料構(gòu)件的制造綜合考慮性能／成本因素；在結(jié)構(gòu)方面，隨著全復(fù)合材料飛機(jī)[4J設(shè)計(jì)理念的廣泛認(rèn)知，復(fù)合材料已逐漸在主承力結(jié)構(gòu)上站穩(wěn)了腳跟，而且，為了進(jìn)一步將復(fù)合材料的優(yōu)點(diǎn)充分發(fā)揮，飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)越來(lái)越趨向于整體化和大型化。復(fù)合材料在主承力結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用技術(shù)是體現(xiàn)航空復(fù)合材料水平及應(yīng)用程度的重要標(biāo)志。目前復(fù)合材料主承力構(gòu)件仍是以預(yù)浸料一熱壓罐工藝為主?；诖?，本文旨在介紹目前與航空預(yù)浸料一熱壓罐工藝相關(guān)的復(fù)合材料技術(shù)。主承力結(jié)構(gòu)用預(yù)漫料1高性能復(fù)合材料體系斟噬二墮“設(shè)計(jì)是主導(dǎo)，材料是基礎(chǔ)，工藝是關(guān)鍵”【5】。復(fù)合材料的制造技術(shù)與材料的發(fā)展息息相關(guān)。航空預(yù)浸料一熱壓罐工藝高性能復(fù)合材料到目

5、前已經(jīng)歷了3個(gè)階段。第一階段的復(fù)合材料采用通用T300級(jí)碳纖維和未增韌熱固性樹(shù)脂，具有明顯的脆性材料特征，主要用于飛機(jī)承力較小的結(jié)構(gòu)件。第二階段的復(fù)合材料其韌性有了較大改善，應(yīng)用范圍擴(kuò)大到垂尾、方向舵和平尾等部件。第三階段的復(fù)合材料為高韌性復(fù)合材料，其應(yīng)用擴(kuò)大到機(jī)翼、機(jī)身等主承力結(jié)構(gòu)。為了將復(fù)合材料應(yīng)用于飛機(jī)主承力結(jié)構(gòu)，波音公司首先提出了高韌性復(fù)合材料預(yù)浸料標(biāo)準(zhǔn)BMS8—276，概述了主承力結(jié)構(gòu)復(fù)合材料性能目標(biāo)，并提出采用沖擊后壓縮強(qiáng)度(CAI)作為復(fù)合材料結(jié)構(gòu)應(yīng)用性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)。據(jù)此波音公司進(jìn)一步提出改進(jìn)通用碳纖維性能，要求碳纖維拉伸彈性模量提高30％、拉伸強(qiáng)度提高50％，同時(shí)，開(kāi)發(fā)高

6、抗分層能力的韌性樹(shù)脂基體，以將復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)許用應(yīng)變提高到0．6％～0．8％。1985年NASA發(fā)布RPl142碳纖維，熱固性韌性樹(shù)脂復(fù)合材料標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。1989年中模／高強(qiáng)碳纖維T800達(dá)到波音公司碳纖維材料標(biāo)準(zhǔn)BMS9—17要求，并與同期研發(fā)的180℃固化高韌性環(huán)氧樹(shù)脂構(gòu)成的復(fù)合材料(如T800H／3900—2)達(dá)到波音公司材料標(biāo)準(zhǔn)BMS8—276要求【6l。國(guó)外部分飛機(jī)主要復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)選材見(jiàn)表1。國(guó)內(nèi)復(fù)合材料體系的發(fā)展也同樣經(jīng)歷相應(yīng)的表1國(guó)外部分飛機(jī)主要復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)選材州k機(jī)型部位預(yù)浸料0水平安定面翼盒蒙皮垂直安定面翼盒蒙皮T800S／HexplyM21IM600／Cyte

7、c977-2A380中機(jī)身翼盒蒙皮后機(jī)身蒙皮AS4／Hexply8552機(jī)身筒形件波音787T800S／3900一2機(jī)翼壁板F一22機(jī)翼蒙皮IM7／5250-4表2國(guó)內(nèi)外部分雙馬樹(shù)脂基韌性復(fù)合材料性能唧龜．性譬碳Ⅶ／QY961lIM—。7／5250—．4CCF300／QY951§室溫150℃／濕室溫150。C／．耋CAI，MPa322214239，開(kāi)孔拉伸強(qiáng)度／MPa52951l441396356、開(kāi)孔壓縮強(qiáng)度／MPa3772783