飞机复合材料先进制造技术探究

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1、飞机复合材料先进制造技术探究[]随着先进复合材料技术和工艺技术的迅速发展，复合材料在飞机上的应用比例稳步增长，应用部位从非承力、次承力结构向主承力和核心部件扩展，本文总结了近年来推动复合材料发展的先进材料技术和制造工艺技术。[关键词]航空先进复合材料；材料技术；工艺技术：V258：A：1009-914X（2018）01-0310-011.引言航空复合材料是一种由高强度、高刚度增强材料构成的新型材料，具有良好的抗疲劳性、抗腐蚀性等一系列优点。复合材料是综合权衡飞机减重、性能、成本三方面因素的理想材料，在飞机上大量应用可以明显减轻飞机的结构重量，提高飞机的性能。2.

2、航空先进复合材料发展分析复合材料原材料方面，航空用各种树脂基复合材料水平有大幅度提高。在碳纤维材料方面，大丝束12k、24k已逐渐代替3k及6k，高强度的T700S及T800S已开始广泛生产。以977-3/IM7和3900/T800S为代表的环氧树脂复合材料已发展到第二代，其CAI达到245～315MPa，堪称首屈一指。以5250-4/IM7为代表的双马基高温复合材料已发展到第二代，工作温度达到177℃，广泛用于飞机高温部位。聚酰亚胺复合材料广泛用于发动机高温部位，缺点是含二氨基二苯甲烷（MDA）有毒，美国研究出无MDA的预浸带可用于发动机及飞机；因钛合金稀缺，

3、聚酰亚胺预浸带正研究用来代替500℃以下的钛合金。美国Amber公司开发的C740阻燃氰酸乙酯树脂与碳纤维组成的材料固化后工作温度可达344℃，可用作无人机S-100的尾喷管及发动机。3.航空复合材料先进工艺技术发展分析航空复合材料先进工艺技术方面，数字化技术、自动化技术、低成本技术以及先进工艺装备的应用和发展，推动了复合材料工艺技术从以手工制造、模拟量传递为特征的传统技术迅速转变为以自动化制造、数字量传递为特征的先进技术，目前在航空复合材料中得到广泛认可和推广应用的先进制造技术如下：3.1数字化技术广泛应用采用数字量形式对产品进行全面描述和数据传递，实现了设计

4、与制造之间的无缝对接。目前复合材料构件数字化制造主要体现在预浸料自动下料、激光铺层定位和纤维自动铺放等方面。3.2自动化技术迅猛发展自动铺叠可成型超大尺寸和形状复杂的复合材料制件，而且质量稳定，工件净近成形，加工切削加工及原材料耗费减少。自动铺带及丝束铺放的材料利用率达到80%～97%，而手工铺层的材料利用率仅为40%，先进铺带技术可降低制造成本30%～50%。据统计，2001年前全球只有不足100台自动化复合材料铺层机，到2007年全球拥有自动化复合材料结构制造用机器人设备250台。2007年大型民机复合材料结构只有43%是用自动化制造的，预计10年内将达到6

5、4%。复合材料自动化技术包括自动铺带技术（ATL）和自动铺丝（AFP）技术。目前最先进的第五代铺带机是带有双超声切割刀和缝隙光学探测器的十轴铺带机，铺带宽度最大可达到300mm，铺带速度达（1.3～20.4）kg/h，生产效率可达到手工铺叠的数十倍。所有波音787翼面及翼盒构件均采用自动铺带技术制造。针对复杂双曲率型面，由Hercules率先开发了自动丝束铺放（ATP）。其结合了自动铺带和纤维缠绕技术的优点，铺束头把缠绕技术所用的不同预浸纱束独立输送和铺带技术所用的压实、切割、重送功能结合在一起，由铺束头将数根预浸纱束在压辊下集束成为一条宽度可变的预浸带，然后铺

6、放在芯模表面，铺放过程中加热软化预浸纱束并压实定型。目前最新的Viper6000系统可以铺放并控制32个纤维束，每束宽3.2mm，铺层带宽达到10.2cm，铺丝速度可达6.8～11.3kg/h，最高可达23kg/h，丝束的铺放精度达到±1.3mm。除广泛采用自动化铺层设备外，还广泛采用了大型自动化高速喷水切割机、超声切割机、数控自动化钻铆机、大型剪切螺栓紧固机等。3.3液态成型、非热压罐固化等多种工艺日趋成熟VARTM技术是目前液态成形技术中发展得较为完善的一种，在CRJ700/900支线飞机、A380、787机身后压力隔框及A400M货舱门上广泛应用了VAP技

7、术，纤维体积密度达到65%，孔隙率小于0.2%。非热压罐固化虽会使纤维体积含量减少，但其影响甚小，如在VARTM技术中，单向带及织物的纤维体积含量已分别达到60%和56%，而热压罐固化所能达到的相应值也仅为62%和58%。较之VARTM和RTM更接近传统方法的是采用为非热压罐固化开发的专用预浸料，然后在固化炉中固化。目前，先进复合材料公司的首个热压罐外固化复合材料MTM44-1已取得空客认可用做结构件。3.4先进无损检测技术的应用复合材料制件无损检测设备主要需要配置大型超声C扫描设备和X光无损检测设备。此外激光剪切摄影及激光超声检测也是主要发展方向。在超声检验技

8、术上最重要的进展之一是相