复合材料液体成型在航空领域的应用

  目前,随着复合材料液体成型工艺的发展,许多新型成型工艺不断被开发出来。如在RTM的基础上,波音公司开发了可控压力树脂渗透成型技术,成功研制了波音B787机翼活动面,几乎达到了预浸料/热压罐技术成型复合材料制件的性能;空客公司开发了真空辅助成型(VAP)专利技术并研制了A380的复材襟翼,采用16根长桁对A400M长约7m、宽4m的大型运输机货舱门蒙皮内表面进行加强,使得货舱门整体成型减少了数千个连接件,减重效果明显;新型树脂浸渍模塑成型(SCRIMP)工艺的树脂分配系统能有效改善浸润效果,减少成型缺陷,SCRIMP应用于诸如大尺寸屋面、建筑平台等大型构件。

  反应注射成型(RIM)是将两种液体原料经反应、固化形成制品的成型工艺过程,而结构反应注射成型(SRIM)技术是集成RIM和RTM工艺的优点开发的一种新型液体成型工艺,SRTM技术已成功应用在包括RQ-1B的全球鹰无人机加长翼尖等飞机部件上;高压RTM(HP-RTM)工艺可高效用于成千上万复合材料零件的成型;连续树脂传递模塑成型技术(CRTM)有效结合了RTM和拉挤成型两者的优点,解决了传统拉挤成型工艺中树脂整体预成型困难以及RTM工艺中制件尺寸有限、在成型低树脂含量制件时气泡很难消除等难题,树脂充模时间短,充模压力和效率都很高,能生产具有优良表面光洁度的网状复合材料部件:软模辅助成型技术在各类成型工艺中以其独特的热膨胀性能使高性能复合料结构件不会发生变形并降低了生产成本,同时时该成型技术解决了刚性模具的密封问题,还实现了模具的减重。

  复合材料轻质、高效、低成本化仍然是飞机制造商普遍追求的目标。相关研究表明,热压罐/VARI组合新工艺结合了VARI成本低、易铺贴与热压罐成型压力高、表面质量好的特点,使复合材料制件在注胶及固化过程中的压力和温度相互独立可控,同时大大减少了孔隙、干斑等缺陷的存在。

  而且不同于VARI成型工艺对低黏度树脂的要求,热压罐/VARI工艺可适用于高黏度树脂。东华大学潘利剑研究团队通过大量的研究实验,引人新的成型理念,结合热压罐和液体成型各自的优势,设计出了新型热压罐/VARI组合工艺成型系统,并采用该工艺制备了碳纤维复合材料试样。结果表明,组合工艺制备的试样比VARI制备的试样有更小的厚度及更高的纤维体积分数。目前,热压罐/VARI组合工艺在德国宇航局生产的飞机整流罩、前门起落架,以及邦巴迪亚生产的升降舵尾翼等均成功实现了应用。

  中国商飞技术研究中心提出了一种针对阴模成型的新型泡沫填充T型加筋壁板共固化成型工艺,采用泡沫加筋芯与纤维铺覆导向板,对加筋区尺寸进行精确控制,解决了阴模加筋区填充困难、工艺复杂、不可重复、表面成型质量差的问题。在注胶过程中引入钢制均压板,采用单面模具得到双面光滑的T型加筋壁板结构件。经过大量研究实验,优选出适合无人机机体结构制造用的手糊/液体成型树脂体系。新型树脂体系黏度低、操作时间长、力学性能和环境适应性好,能提供更高的工作温度上限,满足液体成型无人机结构工艺要求,生产效率高,降低了化学品对人体的危害。

  我国复合材料研究起步较晚,不仅体现在国产客机C919与国外先进机型如B787/A350复合材料使用量的差距,还体现在复合材料低成本制造水平的差距,目前国内还没有一家公司具备自主进行一体化设计和制造的能力。

 

  阅读延伸:《复合材料液体成型(LCM)工艺应用现状