航空用熱壓罐外固化預浸料復合材料的應用

1、航空用熱壓罐外固化預浸料復合材料的應用公布時間：2022-10-18 13:06:25目前，航空構造用復合材料主要承受預浸料和熱壓罐固化工藝制造。盡管熱壓罐成型工藝制備的復合材料性能優(yōu)異、質量穩(wěn)定牢靠，但其昂揚的工藝本錢始終被人詬病1，熱壓罐設備本錢比一樣容積的烘箱高于大型整體化零件的成型2。因此，熱壓罐外固化主要是指烘箱固化預浸料成型技術應運而生。Out-of-AutoclavePrepregNon-AutoclavePrepregV a c u u m - B a g - O n l y - C u r a b l e Prepregs，2090 年月提出，此后歐洲和美國投入了大量精力用于

2、爭辯熱壓罐外固化預浸料復合材料技術，一些支持工程如：歐洲的CASCADECivilStructuralCompositesApplication,DevelopmentandExploitation、EFFICOMPLowTemperatureCure Cost Effective C o m p o s i t e M a t e r i a l s f o r A i r c r a f t Structure using OutofAutoclaveProcessingALCAAdvancedLowCostAircraftStructureNGCNextGenerationComposi

3、te Wing和美國的LCSLightweight Composite Structures3-4。一般熱壓罐外固化預浸；烘箱的外形和尺寸更簡潔按零件大小要求定制，適合大型零件整體化成型。因10熱壓罐外固化預浸料的特點航空構造用復合材料承受熱壓罐固化的主要作用是限制層合板內的孔隙量，對于主承力構造件，孔隙1%；對于次承力構造件，孔隙含量應低于2%。熱壓罐的高壓作用可以使鋪層內的剩余空氣和其他揮施加一個大氣壓。假設傳統(tǒng)的熱壓罐固化預浸料體系在熱壓罐外如烘箱固化時，固化后層合板內孔隙含量可5%10%6。因此，開發(fā)熱壓罐外固化預浸料體系面臨的首要挑戰(zhàn)就是如何在一個大氣壓的工藝壓力下， 降低復合材料的

4、孔隙含量，以滿足主承力構造件性能要求。量、黏度和反響活性等，這也是熱壓罐外固化預浸料體系與傳統(tǒng)熱壓罐固化預浸料的區(qū)分所在4。預浸料形式2 種形式：盡可能浸漬纖維使預浸料中干纖維的量最少；自動鋪絲和自動鋪帶技術，后者更適用于手工鋪層。對于織物形式的預浸料，無論是承受雙膜還是單膜制備，局部浸漬更有利。承受雙膜制造的預浸料產品，可有意使樹脂分布不平衡，以把握排氣通道和黏性水平。預浸料黏性化去除防粘紙和聚酯膜，并避開在壓實頭處裹入空氣；對于手工鋪層，適當?shù)酿ば詣t有助于簡潔幾何面處的鋪層，防止纖維滑移。樹脂中揮發(fā)份含量外固化材料體系包括膠黏劑和外表膜中都不行用。樹脂黏度熱壓罐外固化預浸料通常被認為具有“

5、可控流淌性”。為保證其熱壓罐外成型成功，應認真設計其黏50000 Pas 時，2Pas1 為 為適用于液態(tài)成型工藝的低溫固化樹脂，MTM44-1、MTM45-1XMTM47 適用于預浸料的中溫固化樹脂。樹脂反響活性預浸料的外置時間Out-time是制造大型整體構造件必需要關注的性能。由于大型簡潔構造通常需活性與外置時間是一項挑戰(zhàn)，既要延長外置時間滿足大型簡潔構造的鋪層時間要求30天左右，又要具備抱負的固化速度以提高固化效率，這可以通過調整樹脂的埋伏性來把握。除了滿足上述工藝性要求外，熱壓罐外固化預浸料樹脂體系還需滿足復合材料的性能需求，如航空復合材料構造尤為關注的沖擊后壓縮性能、干/度等。目前

6、，已經(jīng)商業(yè)化的航空用熱壓罐外固化預浸料樹脂體系主要為環(huán)氧樹脂體系1。復合材料成型工藝把握及其力學性能復合材料成型工藝5 點7：鋪層過程中造成的氣穴和皺褶；溶解在樹脂里的氣體在加熱時逸出；固化過程中架橋和內部纖維終止區(qū)域限制了樹脂流淌；顆粒團聚造成架橋；纖維毛團、絲束彎曲以及纖維斷裂造成氣泡殘留。能施加一個大氣壓以減小孔隙率，因此其工藝把握更微妙，可能承受的方法如下：2335min，過度預壓實會造成氣體排出通道閉合8-9；和干纖維，尤其是對于某些低粘度樹脂體系；沿著纖維束方向透氣性遠大于厚度方向8層玻璃纖維織物以利于邊緣透氣，又叫工程真空通道EVaCchannels3，10230.62 /min

7、。熱壓罐外固化復合材料力學性能目前，國外已經(jīng)商品化的熱壓罐外固化預浸料制備復合材料的孔隙率已滿足航空構造用先進復合1，112。另外，對于航空構造用先進復合材料，其沖擊后壓縮強度CAI反映了材料抵抗沖擊損傷的力氣，濕態(tài)下的玻璃化轉變溫度可以確定復合材料的使用溫度，因此，作為航空構造用復合材料，這兩項性能尤為被人們關注。圖 4 為不同熱壓罐外固化預浸料體系與熱壓罐固化復合材料體系的沖擊后壓縮強度和濕態(tài)玻璃化轉變溫度比照，可以覺察熱壓罐外固化預浸料體系的這兩項性能指標已與目前航空領域大量使用的典型熱壓罐固化復合材料體系相當。應用現(xiàn)狀先進復合材料的要求，并于近幾年已經(jīng)開頭應用于飛機構造上。值得留意的是

8、，不同機型的大量飛機構造驗證件的爭辯工作也正在開展中，這將為將來幾年熱壓罐外固化預浸料體系的廣泛應用奠定根底。先進復合材料運輸機ACCADornier 32819.8mACG 公司的熱MTM45-1 由Lockheed Martin 公司制造5，20226GE 承受ACGMTM44-1ACGMTM44-1 和HexcelHexPly M56A3206。另外，AirbusGEA350XWB機翼次承力構造件，包括擾流板、外翼和固定后緣、機翼前/ 后緣和副翼以及機翼壁板等。，Boeing21m7AuroraFlightSciencesPhantom Eye11.6m8202211ScaledSpac

9、eShipOne，WhiteKnightOneGlobal Flyer， BoeingX45A，Lockheed Martin 公Darkstar 以及 McDonnell DouglasBird of Prey 上都在承受熱壓罐外固化預浸料體系制造9ALCAS 工程的一局部，GKN 航空承受自動鋪放技術對熱MTM44-1A400M10.5mBoeing 和HITCO1012壓罐外固化預浸料體系還用在了油箱蓋、次承力構造貨倉斜臺和主承力構造框、縱梁極其共固化組件上。進展趨勢目前，適合航空構造件的熱壓罐外固化預浸料用樹脂體系只限于中溫使用的環(huán)氧樹脂體系。ACG EF5710，OoA10 年對于熱壓罐外預浸料將會是