2011-4-15 來源:中國聚合物網(wǎng)
關(guān)鍵詞：熱塑性復(fù)合材料 航空結(jié)構(gòu)件 設(shè)計理念
纖維超聲鋪放
纖維鋪放是指大面積、雙曲面產(chǎn)品所選擇的鋪疊技術(shù)。目前可用的纖維鋪放設(shè)備采用了熱氣和激光燈等各種加熱系統(tǒng)。2008年，福克航空結(jié)構(gòu)件公司開始尋求適合于纖維鋪放的設(shè)備。在需要大量投資的背景下，超聲波的出現(xiàn)成為相對低成本的加熱源的理想選擇。
�？撕娇战Y(jié)構(gòu)件公司擁有豐富的超聲點焊經(jīng)驗，如將注塑成型的零件焊接到熱塑性板件上。而且，A380 飛機(jī)的固定機(jī)翼前緣蒙皮就是超聲點焊的。超聲波焊接是一種很好的低成本焊接工藝。
雖然過去的經(jīng)驗證明，連續(xù)超聲焊接板與板是困難的，但將一條薄的碳/ 單向帶超聲焊接到單向帶疊層上似乎是可行的。最后，超聲焊接單元被集成到安裝在機(jī)械手上的纖維鋪放頭上。最初的嘗試是手工焊接1 條10mm 寬的碳/ 聚醚醚酮單向帶取得了成功，下一步是要在1 條線性軌道上焊接。2009 年年中，荷蘭航空專家鮑肯研制了1個10mm 條寬的2m×1m×1m 三維纖維鋪放設(shè)備單元。單向帶熔化時略超過其寬度，足以附著在帶子上。隨著超聲纖維鋪放的發(fā)展，面臨的挑戰(zhàn)是如何成功地高速讓1條帶子附著在位于其下的厚層板上，不因放慢過程而破壞效率。借助于纖維鋪放設(shè)備單元，一種新型的固定翼前緣的理念開始建立起來。
這個始于�？藘�(nèi)部產(chǎn)品改進(jìn)實踐的產(chǎn)品研發(fā)技術(shù)，現(xiàn)在成為一個名為COALESCE（低成本高效率先進(jìn)前緣結(jié)構(gòu)）的歐洲框架項目的一部分。新型前緣是一個多肋薄蒙皮設(shè)計。肋為平板預(yù)制件，在產(chǎn)品熔化（共固結(jié)）過程中對接到蒙皮上。蒙皮在一副陽模上用纖維鋪放而成。2 部分同時制造，接合處由1塊真空袋網(wǎng)膜板覆蓋，然后共固結(jié)。
7m 扭力盒驗證件
雙曲面、7m 長的扭力盒是作為TAPAS 項目的一部分開發(fā)的，將于2011 年制造并驗證完畢。該產(chǎn)品是對灣流G650 平尾中段重新設(shè)計的產(chǎn)物，其蒙皮的特點是整體對接T 形加強(qiáng)筋。研究還在繼續(xù)，以便確定熱壓罐外成型是否可行。纖維鋪放因其在鋪疊過程中對材料的浪費最少而成為首選的鋪疊技術(shù)。蒙皮鋪疊將采用專業(yè)化的纖維鋪放設(shè)備單元。該設(shè)備單元將安裝GTech的Vericut 復(fù)合材料程序模塊，以便將CATIA 設(shè)計與機(jī)械手軟件鏈接起來。該設(shè)備單元只需少量投資即可開發(fā)，滿足成批量生產(chǎn)12m 全尺寸蒙皮壁板的需求。
該設(shè)備典型地符合了當(dāng)代以零件為核心的航空制造趨勢。該設(shè)備為相關(guān)尺寸和外形、鋪疊和速率的產(chǎn)品量身定做，在材料儲備方面所需投資最少。
TAPAS 項目研究的其他技術(shù)包括創(chuàng)新肋和加強(qiáng)筋的壓力成型系統(tǒng)（由DTC 公司的荷蘭專家開發(fā)）、加強(qiáng)筋的焊接（由KVE 復(fù)合材料集團(tuán)開發(fā)）。計算機(jī)分析取樣的結(jié)構(gòu)監(jiān)測技術(shù)（由Technobis 纖維技術(shù)公司開發(fā)）也在研究之列，并將在扭力盒驗證件上得到驗證。與此同時，空客公司還將這些技術(shù)集成到一個機(jī)身結(jié)構(gòu)驗證件上。圖恩特和德爾福特理工大學(xué)正在開展建模技術(shù)和設(shè)計優(yōu)化領(lǐng)域的長期研究。
應(yīng)用與潛在發(fā)展
迄今為止，已經(jīng)為（熱塑性復(fù)合材料的）應(yīng)用建立起了一個合理的商業(yè)模式。該模式將重量輕和低成本有機(jī)地結(jié)合起來。熱塑性大型主結(jié)構(gòu)件的商業(yè)模式也需要驗證。與其他技術(shù)，如現(xiàn)代合金和最先進(jìn)的熱固性材料的解決方案在成本和重量上的比較工作目前也在進(jìn)行中。由于韌性好，熱塑性材料比熱固性復(fù)合材料能減重是肯定的；其良好的防火、防煙、防毒性能也為其加分；通過采用對接和負(fù)擔(dān)得起的材料等簡單設(shè)計理念和高速加工等，可以持續(xù)降低成本。因此，熱塑性復(fù)合材料具有巨大的發(fā)展?jié)摿�。例如，如果熱塑性�?fù)合材料因其高韌性、低加工成本和良好的防火性能而被選作未來客機(jī)的機(jī)身結(jié)構(gòu)材料，其用量將是巨大的。