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(jì)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(duì)低成本的加熱源的理想選擇。
福克航空結(jié)構(gòu)件公司擁有豐富的超聲點(diǎn)焊經(jīng)驗(yàn)，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(diǎn)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(yàn)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(gè)10mm 條寬的2m×1m×1m 三維纖維鋪放設(shè)備單元。單向帶熔化時(shí)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(gè)始于福克內(nèi)部產(chǎn)品改進(jìn)實(shí)踐的產(chǎn)品研發(fā)技術(shù)，現(xiàn)在成為一個(gè)名為COALESCE（低成本高效率先進(jìn)前緣結(jié)構(gòu)）的歐洲框架項(xiàng)目的一部分。新型前緣是一個(gè)多肋薄蒙皮設(shè)計(jì)。肋為平板預(yù)制件，在產(chǎn)品熔化（共固結(jié)）過程中對(duì)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(shí)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(yàn)證件
雙曲面、7m 長的扭力盒是作為TAPAS 項(xiàng)目的一部分開發(fā)的，將于2011 年制造并驗(yàn)證完畢。該產(chǎn)品是對(duì)灣流G650 平尾中段重新設(shè)計(jì)的產(chǎn)物，其蒙皮的特點(diǎn)是整體對(duì)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(duì)材料的浪費(fèi)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(jì)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(shì)。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(chǔ)備方面所需投資最少。
TAPAS 項(xiàng)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(jì)算機(jī)分析取樣的結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)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(yàn)證件上得到驗(yàn)證。與此同時(shí)，空客公司還將這些技術(shù)集成到一個(gè)機(jī)身結(jié)構(gòu)驗(yàn)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(jì)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(gè)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(yàn)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(duì)接和負(fù)擔(dān)得起的材料等簡單設(shè)計(jì)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Α＠纾绻麩崴苄詮?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。