大尺寸复合材料“工”形加筋壁板研制

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1、专题sPEC眦T。PIc大尺寸复合材料“工"形加筋壁板研制ManufacturingofLargeCompositesPanelWithI-Stiffeners中航工业复合材料技术中心杨博王菲陈永清侯军生[摘要】本文使用高温固化环氧碳纤维预浸料CCF300／BA9916-II，采用共固化的成型方案，研制了大尺寸复合材料“工”形加筋壁板，研制的加筋壁板很好地满足了设计要求，证明了共固化成型方案是切实可行的，为大尺寸复合材料加筋壁板研制提供了新的方案选择。关键词：“工”形加筋壁板大尺寸共固化复合材料IABSTRACT】Themanufacturingpro

2、cessoflargescaleCFRPpanelwithI-stiffenersusingCCF300／BA99l6-IIprepregisintroduced．Thequalityofthecompositepan-elperfectlymatchestheneedofdesigner,whichprovesthetechnologyofCO—curingisfeasible，anditprovidesanewchoiceforthemanufacturingoflargescaleCFRPpanel．Keywords：PanelwithI-sti

3、ffenersLargescaleCo-curingComposites复合材料以其高比强度／比刚度、抗疲劳、可设计性好和易于整体成形等一系列优点，在航空航天领域得到广泛应用．其用量高低成为衡量飞行器先进性的重要指标。近几年，复合材料在大飞机上的应用从次承力结构迅速扩展到主承力结构，其用量从25％左右激增到52％左右。在大飞机领域，空客军用运输机A400M在机翼上使用了复合材料，波音B787和空客A350在机翼和机身上均使用了复合材料。大尺寸复合材料加筋壁板是大飞机复合材料主承力结构的主要结构形式，其制造能力对扩大复合材料在大飞机上的应用具有重要影响。

4、本文介绍一种基于热压罐固化的大尺寸复合材料工字加筋壁板的制造技术。1大尺寸复合材料“工"形加筋壁板介绍1。1壁板结构复合材料加筋壁板长约10m，宽约3m；蒙皮厚度大，变厚度，蒙皮上有多处台阶，台阶坡度较大；长桁长约7m，其截面为工形，如图l所示。1t2壁板原材料预浸料：CCF300／BA9916一II预浸料，中航复合材料有限责任公司生产；胶粘剂：J—116B高温结构胶粘剂，112航空制造技术·2014年第15期黑龙江石油化工研究院生产。1．3主要技术指标(1)外观质量：外表面光滑平整；(2)内部质量：分层、脱粘等缺陷在可控范围；孔隙率<1．5％；(3)

5、厚度控制：理论厚度的±5％；(4)长桁轴线度：肋轴线处±lmm，其余处4-1．5mm；(5)贴模度：壁板在自由状态下的贴模度≤0．5mm；(6)随炉件力学性能满足相关材料技术规范。图1长桁的工形截面示意图Fig．1Structureofstringer2大尺寸复合材料“工"形加筋壁板研制2．1成型方案选择成型方案的选择是复合材料加筋壁板类零件制造的基础和关键问题。复合材料加筋壁板类零件常用的成型方案主要3种：胶接共固化(蒙皮先固化再与长桁胶接共固化、长桁先固化再与蒙皮胶接共固化)、共固化和二次胶接。成型方案选择的主要依据是：在保证复合材料零件成型质量的

6、前提下，尽量降低制造成本。针对需要研制的加筋壁板的结构特点(蒙皮变厚度，台阶多，台阶坡度大；壁板尺寸大；外形公差要求高)，为保证加筋壁板的质量(主要是胶接质量和外形尺寸)，选择了_[艺要求高的共固化成型方案，其成型方案的比较如表1。2．2制造工艺流程大尺寸复合材料工字加筋壁板的主要制造T艺流程如图2。复合材料构件制造技术表1壁板成型方案比较黼霜潜圈嘲秘圜嚣警瘸一一—_曩瞳i、《g目《R‘臻舅§《墨髓墨蒙皮和长桁分别固化，再通过胶工艺简单，但蒙皮和长桁尺寸大，胶接面的配台精度要求高，协调困难，胶接质量不易保证二次胶接膜进行胶接进罐成本：进罐次数多，成本高

7、蒙皮先固化．与未固化的长桁胶接共固化工艺较为简单，与二次胶接方案类似，胶接面的配合精度要求高，协长桁先固化，与未固化的蒙皮胶调困难。胶接质量不易保证胶接共固化接共固化进罐成本：进罐次数较多，成本较高将未固化的长桁和蒙皮一次同化T艺要求高，但胶接质量易于保证，且壁板外形好共固化而成进罐成本：进罐次数少，成本较低图2工艺流程图Fig．2Manufacturingprocess大尺寸复合材料加筋壁板的成型模具主要包括蒙皮成形模、长桁成型模和长桁定位工装等。2．3．1．1模具材料的选用复合材料的成型模具常用的材料有普通钢、殷钢和复合材料等，其优缺点见表2。对于

8、大尺寸复合材料，成型模具的热膨胀系数对复合材料零件质量的影响较大，为了保证零件的外形和内部质量