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探秘空客复合材料民机流体膜压固结新工艺

来源:杨超凡 发布时间:2022-05-27 960
化工增强塑料工业金属加工
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空客准备在2030-2035年推出新单通道、 150座级民机。它将取代现在的 A320。新民机机翼用热固性、环氧树脂基碳纤维复合材料制造。机身用高性能热塑性树脂基,碳纤维复合材料制造。

空客准备在2030-2035年推出新单通道、 150座级民机。它将取代现在的 A320。新民机机翼用热固性、环氧树脂基碳纤维复合材料制造。机身用高性能热塑性树脂基,碳纤维复合材料制造。今年年底完成直径 4m、长 8m 的机身筒体试验件。试验件的零件连接采用焊接。装配中不钻孔、不打铆钉。机身筒体试验件,分成上下两半组件分别制造。

专家杨超凡:探秘空客复合材料民机流体膜压固结新工艺-CompositesPlus

空客计划每月将制造 70-100 架新民机。因此,零、组部件的制造速率得超过总装。最近报道一种流体膜压固结工艺(hydrostatic membrane press consolidationprocess) 代替热塑性焊接。同时展示了 1.2x 0.7m 碳纤维/聚芳醚酮(Carbon fiber/PAEK)复合材料预制长桁与蒙皮固结的试验件。这种工艺适合高速率连接机身长桁与蒙皮。

专家杨超凡:探秘空客复合材料民机流体膜压固结新工艺-CompositesPlus

流体膜压固结工艺, 热塑性碳纤维复合材料零件连接时,用同步加热、加油压将零件固结在一起, 取代焊接工艺。它是一个固结过程,而不是一个复杂形状的成形过程。

将预先制造好的长桁放入下部模具中,然后将蒙皮放置在顶部,再在蒙皮上面覆盖厚度小于 1.0mm 不锈钢薄膜。然后,进行固结过程。将上下模具加热到400°C,使蒙皮和长桁中热塑性基体达到的熔融温度。然后,使用压机保持模具关闭,同时在不锈钢膜片后面的油腔加压。在这个过程中,所有长桁和蒙皮都被完全重新熔化,然后冷却,形成一个整体的固结结构。

专家杨超凡:探秘空客复合材料民机流体膜压固结新工艺-CompositesPlus

总结试验件工作:

◆ 热塑性复合材料蒙皮单个组件<70 分钟周期内与长桁固结(该循环包括 30 分钟的上升、10 分钟的保持和 30 分钟的冷却) 。

◆ 在机加工模具/型芯中使用加热油、不锈钢膜和新合金(Kovar me
tal alloys) ,在整个蒙皮上均匀施加 20 巴的流体压力,包括蒙皮中的

铺层和 Z 形长桁腹板的正交压力。

◆ 消除真空袋和辅助材料,节省成本、时间和辅助材料。

科瓦尔(Kovar ) 是一种镍钴铁合金。

应用前景

目前已经开发了足够大的压力机和内膜模具的初始图纸,以固结由聚醚醚酮(PEEK)和聚芳醚酮(PAEK) 复合材料制成的高达 5 x 25 米的机身壁板。此工艺可用于热固性复合材料,最终固化。

由于制造周期短,有可能将这项技术转化为城市或先进的空中机动(UAM- Urban Air Mobility /AAM- Advanced Air Mobility) 和无人机。

编后语:

流体膜压固结工艺, 在民机制造中从未使用过。国内能看到的资料,也是最近的报道。蒙皮的下模具表面,开出诸多定位长桁的槽口。这种模具结构与波音 787 机身筒体模具有异曲同工之妙。它在制造中极大地缩短了机身蒙皮与几十根长桁连接工作和时间。油腔、不锈钢膜加压设计, 巧就巧在它不仅能够对较平坦的蒙皮、长桁均匀加压, 也能够对曲面蒙皮、长桁均匀加压。

本文是根据原文通过自己理解写成。对中文名词

定义和概念有异议,可交流、讨论。

杨超凡 2022.4

杨超凡简介:飞机制造高级专家,近年专攻民机复合材料。原航空工业部首批研究员级高级工程师,享受国务院特殊津贴。


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