树脂基碳纤维复合材料成型工艺现状及发展方向

行 研 究 和 创新 , 同时 应
加 大 对 相 关 企 业 的 投
入, 完善科研机制 , 实行 设 计 制 造一 体 化 , 高 提
对我 国几十年 的技术封锁 , 至今没能 实现大规模 工业 化生产 , 仅有的生产
传统 复合 材料 成 型工 艺的 缺 点 飞机研 制的频度 , 建立科技转化生 产
固化 过程产生的废 气 ; 复 公 司 的 T30级 原 丝 和 碳 纤 维 产 品 0 料还 在研 制之 中.工 业及 民用 领域 的边 角料 ;
5 航 空制 造技 术 · 0 8 第 1 6 20 年 0期
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真 正的科技转化 生产力
的 主体 , 技 转化 为 生 科 产 力体 制 , 制 的最 佳 机
模 式还没 有形成 . 为此 , 需 建立复合材料 发展战 略, 有组织 , 有规 划地进
2碳纤维依赖进 口, 国产化程 度低
我 国 自 2 世 纪 6 年 代 开 始碳 0 0 纤 维研 究开 发 , 今 已有近 4 至 0年 的 历史 , 但进 展缓 慢 , 无论军用 , 民用碳 纤维均不 能 自给 , 同时 由于发达 国家
1复合材料用量不高
统, 自动铺带 机, RTM 成型设备 , 缝 成本 昂贵 , 品成 型工 艺陈 旧, 合 制 复
当波音 , 空客等新机 型大规模采 合设备 以及 先进 的无 损检 测设备 等 材料 回收 再利 用 困难等 问题 亟待研 究解决 . 用复合材料后 , 国 目前 仅掌握 金属 基本上是从 国外进 口的 . 我 自动化和 数字化水 平低 飞机的研制能力 , 合材料 只能少量 4工 艺落后 , 复 以树 脂基碳 纤 维复 合材料 飞 机 地 用在飞机辅件上 , 结构上的应 在主
篇.
目前 , 国外新一代军机和 民用运 构 整体 成型技 术 列为其 最 主要 的关 输 机 已普遍 采用 高性 能树脂 基碳 纤 键 技术 之 一 , 于 2 0 年 开始 用 于 并 01
-3 J ) S 维复合材料 , 第四代战机复合材料 用 F 5( F 的验证上 .
量 占飞 机结 构 重量 的 2 % ～ 5 % , 0 0 现 代飞 机 复合材 料 构件 制造 技 干线客机约为 1% ～ 5 %. 0 0
水平较 低 .与欧美航空 工业相 比, 我
国航空企业还 没有成为
复 合材料 使用比例较大 , 直九 复合材 料 使用率 达到 了 2 %左右 . 国内无 3 人 机 因尺 寸 较 小 , 复合 材 料 用 量 较
大 , 般在 5 % ～ 8 %之 间, 爱生 一 0 0 如
系列 无人 机 .
手 能耗高 , 生产 力体制 , 机制 的航 空工业最佳模式 . 厂家还面 临国际的竞争和挤压 , 举步 是手工下料 , 工铺 放 , 成本 高 , 质量不 易控 制 , 不环保 .在 2实现高性能 , 高质量碳纤维 国产化 维 艰 .尤 其 是 像 T8 0 样 被 广 泛 0这 随 着我国经济的快速发展 , 纤 碳 应用于飞机制造 的复合材料 , 国还 整 个 工 艺 过 程 中产 生 的 废料 包 括 : 我 胶膜 , 窝下料 过程 中形 成 维 的需求 与 日俱增 , 蜂 虽然 国际上一些 不 能 生 产 .国 产 化 的 T30复合 材 预 浸料 , 0
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树脂基碳纤维复合材料 成型工艺现状及发展方向
Cu r n t t sa dDe eo m e t e d o o yRe i r o i e i f r e r e t a u n v lp n n f S Tr Ep x sn Ca b n F b rRen o c d
欧美等国家相 比, 差距仍然较大 .
热压罐尺 寸跟着加大 , 成本 问题 也随
哈 飞 用于 先进 复合 材料 生产 的 之突 出. 如 大 复 综上所述 , 国树脂基碳纤 维复 我 造 工艺 , 设计方法 与手 段严重落后等 主要 设备 , 固化炉 , 型热压罐 , 合材料 数控下料铣 , 激光铺 层定位系 合 材料制 造存 在着 原材 料和 制 品的 问题 , 且差距有进一步拉开的趋势 .
航 制造 工程专业 .获 工学硕 士学位 .现 任 西北 工业大学无人机研 究所 工程师 , 主要 从 事小 型无 人 机 制造 工艺 技 术研 究 ,曾主持过多个型 号无人 机的工艺技 术 工作.主要研究方 向为飞机装配理论
料 制造技术 , 以达到 降低 飞机全寿命 低 l % ～ 3 % , 5 0 制造成本大 幅降低 . 复合 材料 还克 服 了金属 材料 容 易出 周期 内成本 的 目的.
与欧美 国家相 比 , 国复合材料 我 主 树 脂基碳纤维复合材料 .国产 客机 , 合材 料 构件 .固化 , 脱模 , 整后 的 制造技术各方面都存在 较大差距 , 修 运输机 主 , 次承力构件没有使用 复合 构件 经 无损检 测验证 合 格后进 入 下 要原 因是我 国科 技转 化为 生产 力的 材 料 的相关 报道 .国 内直 升 机领域 道装配工序 .
% 制造技术相结 合为手段的方 向发展 . 要用于飞机辅件 .但到波音 7 7 , 20 . 8时
为保 证 我 国大 飞机 研制项 目的顺利 复合材料 的使用 出现 了质的飞跃 , 其 3制造设备大型化
5 航 空 制造 技术 · 08年第 1 期 4 20 0
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在波音 7 7之前 , 8 飞机的机 身段 由约 2 0 个 配件 , 万 个 螺 钉 组 装 50 3
Baidu Nhomakorabea
术正 向着以共 固化 /共胶 接为核 心
以波音 7 7为例 , 7 在其机体 结构 起来 , 现在通过 采用集成化的 整体机
的大 型整体复合材料结构件 为对象 , 中, 合金 占 7%, 1%, 7 复 身结构 , 铝 0 钢 1 钛 %, 使生 产方式 更简单 , 更可靠 , 以低成 本为 目的 , 自动化和 数字化 合材料仅 占到 1%, 以 1 而且复合材料 主 且 显 著减 少 了零 件 数 目, 重 约达 减
国外 飞机碳纤维 复合材 料 制造技 术现状
1复合材料用 量大幅提 高
现疲劳和被腐 蚀的缺 点 , 了飞机 增加 的耐 用性 , 改善 了飞机 的维 修性 , 同 时也带来 了飞机 客舱 的舒适 性 . 美 国 CAI 划 将 复 合 材 料 结 计
与技术 ,复合材料结构 制造 计算机辅 助 技术 检 测技 术等 .发 表 论文 1余 0
Co p st sFo m i gPr c s m o i r n o es e
西北 工业大学 蔡 闻峰 周惠群 于凤 丽
现 代飞机 复合 材料 构 件 制造 技术正 向着 以共 固化 /
共胶 接为核 心的大型整体 复合材料 结构件为对 象 , 以低成
本 为 目的 , 自动化和数 字化制造技术 相结合为 手段 的方 以
向发展 .
实施 , 精化 传统 复合材 料 制造 模式 , 用量 已占到结构 重量的 5 %, 0 不仅数
进 行现 代 复合材 料飞 机构 件制 造技 量激 增 , 而且 已用于 飞机 的主承力构 术 的研究与扩大应用是十分必要的 .
件.
与金属材料相 比, 高性 能纤维复 2构件 集成 化 整体 化 , 大型化
的主要设备热压罐是从德 国 S o c 热压罐法 成型生产周期长 , c th 设备 费用 公 司引进 的 3 5 X1m 热 压罐 , 高 , .m 0 能源 消耗大 , 成本高 , 由于复合材
有 效 长 度 为 1m, 径 为 3 5 与 料零件 的整体尺寸越来越大 , 需的 0 直 .m, 所
结论与建议
用还需进 一步研 究 .
结构 件 为例 .传统 的生 产工 艺采 用 1 建 立适合 国情 的复 合材料 研发模 在热 压罐 式 国 内 18 9 5年 制 成 的 歼 8 强 5 预浸料铺 层干法成型工艺 , ,
机 垂直 尾翼 壁板 及垂直 尾翼 使用过 或烘箱 中加 热, 压 固化成型机体 复 加
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的需求长期依 赖进 口, 严重影响 了我 合 材料 零件 修整过 程 中打磨 和切 割 国高端技术 的发展 , 尤其制约 了航空 裁 边 时 产 生 的 固体粉 尘 , 固体 边 角
航天及 国防军 工事业 的发展 , 与我 国 料 ; 接过程 产生的废 气等 , 些 因 胶 这
的经济社会发展进程极不相称 .
素都 增加 了产品 的制造成本 , 对环 并
境造成 了破 坏. 自动 铺带 机 , 自动 丝束 铺放 机 ,
3制造设备尺寸小且 多数依赖进 口 国 内用于 复 合材料 生 产的 主要
关键设 备 与我 国要 开展 的大飞 机结 柔性数 控气 动卡具 的 出现部 分 解决 构尺 寸相 比 , 备尺 寸小 , 设 且大 多数 了手 工 铺 放 质 量 不 易控 制 的 缺 点 . 依赖 进 口. 不 过 , 目前为止 , 到 仍不 能完 全采 用 如西 飞用 于飞 机 复合 材料 制造 自动化设 备来替代手工铺 放.同时 ,
合 材料 成本高 , 所以必须在 纤维复合
复 合材 料是 大 型整 体化 结构 的
材 料结 构件 制造过 程 中广泛 实现 自 理想材料 , 与常规材料相 比可使飞机 动 化和 数字 化相 结合 的现 代复 合材 减 重 1% ～ 3 %, 构 设 计 成 本 降 5 0 结
蔡 闻峰 20年毕业于西北工业大学航空宇 06