航空航天领域的产品耗资巨大,即使是很小的减重也能对总成本产生巨大影响,因此材料的轻量化在航空航天领域至关重要。先进复合材料因其具有质量轻、较高的比强度、比模量、较好的延展性、抗腐蚀、导热、隔热、隔音、减振、耐高(低)温、耐烧蚀、透电磁波,吸波隐蔽性、可设计性、制备的灵活性和易加工性等特点,已经成为飞船、卫星、飞机、火箭、无人机等航空航天器的应用材料。
进入二十一世纪以来,我国航空航天事业得到前所未有的发展,航空航天领域对于复合材料性能的要求不断提高,研发更高性能的复合材料成为必须解决的问题。在第26届中国国际复合材料工业技术展览会上,有一些优秀的企业展示了其应用在无人机、民用客机、导弹、飞行器等航空航天领域的成品部件和辅材产品,充分反映出我国先进复合材料在航空航天领域应用水平的不断提高。
技术开发,成品部件为航空航天构建新框架
海鹰空天材料研究院(苏州):自动铺丝整体成型的Φ4m复合材料后压力框
海鹰空天材料研究院(苏州)有限责任公司研发的自动铺丝整体成型的Φ4m复合材料后压力框在此次展会上精彩亮相。该产品是国内首次采用自动铺丝成型技术完成的Φ4m大尺寸等比例远程宽体客机CR929后压力框格栅加筋球皮复合材料结构件,实现了对结构设计方案、工装方案、设计工艺匹配性、铺丝路径规划、设备能力验证、工艺实施方案等全流程技术验证,为后续CR929宽体客机项目结构复合材料自动铺丝成型工艺的设计和研制奠定了坚实的技术基础。
该复合材料后压力框是国内首次采用阴模工装铺放并固化成型的大尺寸球皮复合材料结构,也是国内首次针对大曲率密集格栅结构,进行涉及净尺寸铺放的纤维自动铺丝路径规划。针对复杂结构复合材料的自动铺丝工艺,研发人员首次采用工程化应用结构设计与成型工艺匹配协调,同时验证自动铺丝工艺在高频次连续分丝束切断、重送的工艺精确度和重复稳定性,验证大尺寸、等比例、具备完整典型结构特征的格栅加筋球皮结构自动铺丝工艺方案的可行性。
光威复材:碳纤维无人机舱门
无人机的轻量化需求促使其机体材料不断地更新换代,继铝合金、钛合金等轻质化金属材料之后,碳纤维复合材料成为无人机的“主力”材料,可以说,以碳纤维复合材料为核心的无人机结构设计、制造技术成为无人机发展的关键性技术。
光威复材在此次展会上对其自主研发的碳纤维无人机舱门进行了展示。碳纤维复合材料应用于该无人机后,具有质量轻、零件集合度高等优势,极大提高了无人机巡航能力、机动灵活性,而且装配工序得以简化。光威复材采用自产碳纤维、预浸料、所制复材零件,具有质量可控、交付周期可控、成本低等优势。公司表示,无人机复材单元的成功开发为公司以碳纤维为核心的业务向下游高端复合材料装备领域延伸打开了一扇窗,公司也将以此为契机,充分利用公司全产业链布局优势,进一步提升公司在无人机复合材料单元的设计、制造、装配等能力,寻求更多的业务机会和更大的发展空间。
神鹰复材:无人机部件
神鹰复材是一家集碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、高强聚乙烯纤维等特种纤维织物、预浸料、短切、复合材料及其制品、配套模具开发、生产及销售的专业化复合材料企业,已成功开发出碳纤维LED板、碳纤维方舱、碳纤维机械手臂、碳纤维传动轴、飞行器、碳纤维通讯器材等多种复合材料制品。在此次展会上,神鹰复材向大家展示了几款碳纤维无人机部件产品。
神鹰复材碳纤维预浸料是高性能碳纤维预环氧树脂基体通过二步胶膜法复合制备而成,是复合材料生产重要的中间体,具有理化性能稳定,操作简便,易于储存等优点,适用于模压、热压罐、袋压及OPP带卷绕等多种工艺,在航空航天等领域有着广泛的应用。
江苏恒神:飞机机身壁板典型结构件
江苏恒神在此次展会上重点展示了其飞机机身壁板典型结构件。
江苏恒神展出的这款飞机机身壁板典型结构件,其壁板由EH918/HF40/35预浸料体系自动铺缝工艺制作而成;帽型长桁由EH918/HF40自动铺丝工艺制成;复材窗框由HF10B-6K纤维、EH301D树脂TFP铺缝预制体制成,采用RTM工艺成型;Z型框为HF10B-12K、EH301D树脂Braiding-RTM工艺制作;L型框为EH104/HF40模压工艺制作。
吉林江机机械设备:飞机零部件
吉林市江机机械设备制造有限公司是中国兵器国营第五二四厂下属的“吉林江机特种工业有限公司”改制组建的军民结合型企业,主要产品包括飞机、动车及汽车等复合材料结构件和覆盖件、航空设备零部件、导弹零部件、防恐防爆器材、工业自动化专用设备等。在此次展会上,吉林江机机械展示了飞机天线吊舱组件、风扇、导流器、飞机尾撑管组件、飞机天线罩等产品。
该款碳纤维蜂窝结构飞机天线吊舱组件采用热压罐成型工艺制作而成,主要为飞机天线提供安装空间。
这款尼龙玻璃纤维丝结构风扇采用高温高压注射成型,安装在飞机主减速器舱内,位于主减速器和滑油散热器之间,用于抽吸滑油系统散热所需的冷空气。玻璃纤维塑料结构导流器采用模压成型工艺,安装在飞机主减速器舱内,位于主减速器和滑油散热器之间,用于传导和整流冷却滑油的热空气。
碳纤维锥形管结构飞机尾撑管组件由四维三工位高精度缠绕机缠绕成型,用于将飞机尾翼连接到机身结构。
碳纤维蜂窝结构飞机天线罩采用热压罐成型工艺,为机身结构提供整流,保证飞机气动外形。为满足其内部机载设备功能要求,该产品具有透波功能,透波率达到95%以上。
双一科技:无人机碳纤维高性能复合材料制品
山东双一科技股份有限公司先进复合材料事业部致力于高端碳纤维、芳纶、玄武岩复合材料的生产研发,为无人机、军工、游艇、交通、石油、机械等多个领域设计生产相关制品。此次展会上,双一科技重点展示了其无人机碳纤维高性能复合材料制品。
根据不同部件要求,通过闭合模压、VARI、缠绕等高端复合材料成型工艺,生产出的碳纤维无人机部件,具有高轻、高强、高抗磨、耐高温、耐腐蚀等特点,更好地保证了无人机在飞行过程中的稳定性、机载性和远程性。
豪尔新材:无人机机翼
厦门市豪尔新材料股份有限公司的高倍率HR-313/333系列发泡芯材适用于无人机机翼等制品的热自膨胀模压成型,发泡后芯材密度低至0.025g/cm3,发泡后芯材具有形状记忆功能,适合复杂形状制品的成型。
中科院宁波材料所:无人机碳纤维复合材料中央翼主梁
中科院宁波材料所在展会上对其无人机碳纤维复合材料中央翼主梁进行了展示。该无人机中央翼主梁主要材料为碳纤维和环氧树脂,采用单向预浸带连续缠绕工艺,可实现最大直径Φ300mm、长15m的大长径比圆管产品的制造。
西安航天复材研究所:空间环境用结构功能复合材料制品
西安航天复材研究所研制设计适应空间环境的高性能纤维增强结构复合材料、炭基功能复合材料,开发的航空航天复合材料压力容器、卫星天线展开臂、卫星天线承力筒、月基空间望远镜镜筒、卫星反射器、卫星天线杆(管)件等多项产品,产品具有轻质、高强度、高模量、低膨胀系数、高尺寸稳定性及高配合精度等特点,产品通过了各项力学测试、反射波测试、高低温试验考核,可以满足用户使用需求。
在此次展会上,西安航天复材研究所展出了C/SiC空间反射镜和空间望远镜炭/炭镜筒。
上海玻璃钢研究院:氮化硅增程减阻头罩/多孔氮氧化物夹层结构天线罩
上海玻璃钢研究院对其自主研发的氮化硅增程减阻头罩和多孔氮氧化物夹层结构天线罩进行了展示。
氮化硅增程减阻头罩适用于红外制导导弹增程减阻头罩,具有高强度、高气孔率和良好的抗热震性能。多孔氮氧化物夹层结构天线罩适用于双频带、宽频带制导导弹天线罩,密度可控,结构可设计,具有良好的介电性能和力学性能。
集成创新,辅材产品为航空航天打造新动能
上海沥高:耐高温密封胶带-LG235G/真空袋LVF1000G
上海沥高科技股份有限公司为大家展示了其创新产品——耐高温密封胶带-LG235G和真空袋LVF1000G。
LG235G是专门为航空航天工业细分市场开发研制的密封胶带,最高使用温度235℃,同时具有优异的气密性、高粘结性、可清除性及抗老化特性。可用于环氧、酚醛、双马等体系,适合铺层和真空密封操作,是理想的热压罐成型工艺辅助材料。
LG235G高温密封胶带采用新型环保型硫化促进剂,经高分散三段混炼工艺制备。生产工艺全程可追溯,混炼工艺可监控,有效保证LG235G密封胶带生产质量和工艺管控的稳定性。其剪切强度为0.15MPa,比重为1.121g/cm3 。胶带硬度适中,常温针入度为60,可使用温区区间为80℃~235℃,耐温235℃。产品气密性优异,有效期长达12个月。目前,该产品已经投入批量生产。
真空袋LVF1000G是专门为航空航天工业开发研制的一款耐高温柔性真空袋薄膜,最高耐温200℃,拉伸强度高,断裂伸长率大,弹性模量低,从而获得极其柔软的特性。操作中不会形成普通尼龙薄膜由于移动接触导致的折印和折痕,特别适用于先进复合材料的加工生产工艺以及其他对真空袋柔韧性、可操作性、密封性能要求较高的复合材料成型工艺。
在技术上,该产品选用耐高温尼龙和热稳定剂等原材料,并添加特有的增韧剂,通过吹膜方式生产出真空袋柔性薄膜LVF1000G,来降低薄膜的硬度,提高柔韧性,实现强度和硬度之间较佳的平衡。产品MD方向拉伸强度≥70MPa,伸长率≥350% ;TD方向拉伸强度≥70MPa,伸长率≥350% ;弹性模量≤300MPa。目前,该产品已投入批量生产。
上海沥高下属公司宁波沥高复合材料有限公司也在展会上展出了雷达罩模具、无人机机翼等产品。
无锡市鼎麟:展宽PBO预浸料/展宽碳化硅板材
无锡市鼎麟新材料股份有限公司的创新产品展宽PBO预浸料和展宽碳化硅板材在展会上精彩亮相。
新一代的复合材料在高端领域的应用逐渐兴起,满足了不断提高的性能要求,为了更方便地用于前沿制造,适应尖端需求,无锡鼎麟最新研发出超轻克重和高强度展宽PBO预浸料。这种展宽PBO预浸料具有在最轻的克重下实现高韧性、抗冲击、耐摩擦、耐热阻燃、透波、质轻而柔软的特点。
这款新型展宽PBO预浸料主要用于装甲和导弹,技术上采用了先进的具有全套自有知识产权的展宽和编织设备与工艺,产品性能达到在最轻克重下的较高水平,国际上尚未见到同类产品。该产品强度5.8GPa,模量280GPa,单位面积克重为40g,所涉及的核心技术已获得授权专利15项。目前已向国防军工领域推广,暂不适合民用。
无锡鼎麟带来的另一款产品是展宽碳化硅板材。这款新型碳化硅展宽布做的板材,技术上同样采用了先进的具有全套自有知识产权的展宽和编织设备与工艺,在低克重条件下,达到了高硬度、高耐磨、高导热、耐高温、抗冲击等优异特性,国际上未见同类产品。
该产品强度达到2800Mpa,模量250GPa,克重100g,共有10层碳化硅展宽布,总厚度为1.7mm。产品技术已获得国家授权专利15项,另有受理专利8项。
该产品主要用于火箭和卫星,目前还处于小批量试制阶段,产品样品已送交相关企业试用。
中科院苏州纳米所南昌研究院:金属复合碳纤维
中科院苏州纳米所南昌研究院在创新产品展示区对其金属复合碳纤维进行了展示。金属复合碳纤维是在碳纤维表面连续纳米改性的基础上将金属镀层均匀包覆在碳纤维丝表面的特种纤维,兼具碳纤维轻质、高强及金属的高导电、高屏蔽性能优点,在航空航天、军工器械、轨道交通、通讯电子及新能源汽车等领域具有重要应用。该产品丝束规格目前已实现全覆盖(1k~50k),可根据需求在碳纤维上复合单层或多层金属层(镍、铜)。
目前,镍复合碳纤维已在直升机机翼除冰系统、某型号炮筒和高铁屏蔽箱体上得到应用。
四川玻纤:2221T玻纤布/BW200玄武岩机织布
四川玻纤作为我国玻纤布品种规格最齐全的生产企业之一,其产品广泛应用于电子、电工、环保、航空航天、国防军工等高新技术领域。在此次展会上,四川玻纤向大家展示了2221T玻纤布和BW200玄武岩机织布两款应用于航空航天领域的产品。
2221T玻纤布具有优异的力学性能和防火阻燃性,主要作为航空领域用内饰材料。
BW200玄武岩机织布具有良好的力学性能、电气性能及化学稳定性,主要应用于高压绝缘板材、印刷线路板和航空航天领域。
先进复合材料的应用已经成为评价航空航天器制造水平的重要标准,同时也是提高航空航天器结构先进性的重要物质基础和先导技术。经过40多年的发展,我国先进复合材料工业已经发展成一个较成熟的体系,并且在航空航天领域得到了实践应用。未来,我国先进复合材料研究、研发人员和生产企业应该加快先进复合材料结构、制造技术、生产工艺等方面的研究,同时借鉴国外的相关技术和经验,解决现存的以及可能出现的问题,以此进一步提高我国航空航天领域的技术水平。