航空航天領(lǐng)域的產(chǎn)品耗資巨大,即使是很小的減重也能對總成本產(chǎn)生巨大影響,因此材料的輕量化在航空航天領(lǐng)域至關(guān)重要。先進復(fù)合材料因其具有質(zhì)量輕、較高的比強度、比模量、較好的延展性、抗腐蝕、導(dǎo)熱、隔熱、隔音、減振、耐高(低)溫、耐燒蝕、透電磁波,吸波隱蔽性、可設(shè)計性、制備的靈活性和易加工性等特點,已經(jīng)成為飛船、衛(wèi)星、飛機、火箭、無人機等航空航天器的應(yīng)用材料。
進入二十一世紀以來,我國航空航天事業(yè)得到前所未有的發(fā)展,航空航天領(lǐng)域?qū)τ趶?fù)合材料性能的要求不斷提高,研發(fā)更高性能的復(fù)合材料成為必須解決的問題。在第26屆中國國際復(fù)合材料工業(yè)技術(shù)展覽會上,有一些優(yōu)秀的企業(yè)展示了其應(yīng)用在無人機、民用客機、導(dǎo)彈、飛行器等航空航天領(lǐng)域的成品部件和輔材產(chǎn)品,充分反映出我國先進復(fù)合材料在航空航天領(lǐng)域應(yīng)用水平的不斷提高。
技術(shù)開發(fā),成品部件為航空航天構(gòu)建新框架
海鷹空天材料研究院(蘇州):自動鋪絲整體成型的Φ4m復(fù)合材料后壓力框
海鷹空天材料研究院(蘇州)有限責任公司研發(fā)的自動鋪絲整體成型的Φ4m復(fù)合材料后壓力框在此次展會上精彩亮相。該產(chǎn)品是國內(nèi)首次采用自動鋪絲成型技術(shù)完成的Φ4m大尺寸等比例遠程寬體客機CR929后壓力框格柵加筋球皮復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件,實現(xiàn)了對結(jié)構(gòu)設(shè)計方案、工裝方案、設(shè)計工藝匹配性、鋪絲路徑規(guī)劃、設(shè)備能力驗證、工藝實施方案等全流程技術(shù)驗證,為后續(xù)CR929寬體客機項目結(jié)構(gòu)復(fù)合材料自動鋪絲成型工藝的設(shè)計和研制奠定了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。
該復(fù)合材料后壓力框是國內(nèi)首次采用陰模工裝鋪放并固化成型的大尺寸球皮復(fù)合材料結(jié)構(gòu),也是國內(nèi)首次針對大曲率密集格柵結(jié)構(gòu),進行涉及凈尺寸鋪放的纖維自動鋪絲路徑規(guī)劃。針對復(fù)雜結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的自動鋪絲工藝,研發(fā)人員首次采用工程化應(yīng)用結(jié)構(gòu)設(shè)計與成型工藝匹配協(xié)調(diào),同時驗證自動鋪絲工藝在高頻次連續(xù)分絲束切斷、重送的工藝精確度和重復(fù)穩(wěn)定性,驗證大尺寸、等比例、具備完整典型結(jié)構(gòu)特征的格柵加筋球皮結(jié)構(gòu)自動鋪絲工藝方案的可行性。
無人機的輕量化需求促使其機體材料不斷地更新?lián)Q代,繼鋁合金、鈦合金等輕質(zhì)化金屬材料之后,碳纖維復(fù)合材料成為無人機的“主力”材料,可以說,以碳纖維復(fù)合材料為核心的無人機結(jié)構(gòu)設(shè)計、制造技術(shù)成為無人機發(fā)展的關(guān)鍵性技術(shù)。
光威復(fù)材在此次展會上對其自主研發(fā)的碳纖維無人機艙門進行了展示。碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用于該無人機后,具有質(zhì)量輕、零件集合度高等優(yōu)勢,極大提高了無人機巡航能力、機動靈活性,而且裝配工序得以簡化。光威復(fù)材采用自產(chǎn)碳纖維、預(yù)浸料、所制復(fù)材零件,具有質(zhì)量可控、交付周期可控、成本低等優(yōu)勢。公司表示,無人機復(fù)材單元的成功開發(fā)為公司以碳纖維為核心的業(yè)務(wù)向下游高端復(fù)合材料裝備領(lǐng)域延伸打開了一扇窗,公司也將以此為契機,充分利用公司全產(chǎn)業(yè)鏈布局優(yōu)勢,進一步提升公司在無人機復(fù)合材料單元的設(shè)計、制造、裝配等能力,尋求更多的業(yè)務(wù)機會和更大的發(fā)展空間。
神鷹復(fù)材:無人機部件
神鷹復(fù)材是一家集碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維、高強聚乙烯纖維等特種纖維織物、預(yù)浸料、短切、復(fù)合材料及其制品、配套模具開發(fā)、生產(chǎn)及銷售的專業(yè)化復(fù)合材料企業(yè),已成功開發(fā)出碳纖維LED板、碳纖維方艙、碳纖維機械手臂、碳纖維傳動軸、飛行器、碳纖維通訊器材等多種復(fù)合材料制品。在此次展會上,神鷹復(fù)材向大家展示了幾款碳纖維無人機部件產(chǎn)品。
神鷹復(fù)材碳纖維預(yù)浸料是高性能碳纖維預(yù)環(huán)氧樹脂基體通過二步膠膜法復(fù)合制備而成,是復(fù)合材料生產(chǎn)重要的中間體,具有理化性能穩(wěn)定,操作簡便,易于儲存等優(yōu)點,適用于模壓、熱壓罐、袋壓及OPP帶卷繞等多種工藝,在航空航天等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。
江蘇恒神:飛機機身壁板典型結(jié)構(gòu)件
江蘇恒神在此次展會上重點展示了其飛機機身壁板典型結(jié)構(gòu)件。
江蘇恒神展出的這款飛機機身壁板典型結(jié)構(gòu)件,其壁板由EH918/HF40/35預(yù)浸料體系自動鋪縫工藝制作而成;帽型長桁由EH918/HF40自動鋪絲工藝制成;復(fù)材窗框由HF10B-6K纖維、EH301D樹脂TFP鋪縫預(yù)制體制成,采用RTM工藝成型;Z型框為HF10B-12K、EH301D樹脂Braiding-RTM工藝制作;L型框為EH104/HF40模壓工藝制作。
吉林江機機械設(shè)備:飛機零部件
吉林市江機機械設(shè)備制造有限公司是中國兵器國營第五二四廠下屬的“吉林江機特種工業(yè)有限公司”改制組建的軍民結(jié)合型企業(yè),主要產(chǎn)品包括飛機、動車及汽車等復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件和覆蓋件、航空設(shè)備零部件、導(dǎo)彈零部件、防恐防爆器材、工業(yè)自動化專用設(shè)備等。在此次展會上,吉林江機機械展示了飛機天線吊艙組件、風(fēng)扇、導(dǎo)流器、飛機尾撐管組件、飛機天線罩等產(chǎn)品。
該款碳纖維蜂窩結(jié)構(gòu)飛機天線吊艙組件采用熱壓罐成型工藝制作而成,主要為飛機天線提供安裝空間。
這款尼龍玻璃纖維絲結(jié)構(gòu)風(fēng)扇采用高溫高壓注射成型,安裝在飛機主減速器艙內(nèi),位于主減速器和滑油散熱器之間,用于抽吸滑油系統(tǒng)散熱所需的冷空氣。玻璃纖維塑料結(jié)構(gòu)導(dǎo)流器采用模壓成型工藝,安裝在飛機主減速器艙內(nèi),位于主減速器和滑油散熱器之間,用于傳導(dǎo)和整流冷卻滑油的熱空氣。
碳纖維錐形管結(jié)構(gòu)飛機尾撐管組件由四維三工位高精度纏繞機纏繞成型,用于將飛機尾翼連接到機身結(jié)構(gòu)。
碳纖維蜂窩結(jié)構(gòu)飛機天線罩采用熱壓罐成型工藝,為機身結(jié)構(gòu)提供整流,保證飛機氣動外形。為滿足其內(nèi)部機載設(shè)備功能要求,該產(chǎn)品具有透波功能,透波率達到95%以上。
雙一科技:無人機碳纖維高性能復(fù)合材料制品
山東雙一科技股份有限公司先進復(fù)合材料事業(yè)部致力于高端碳纖維、芳綸、玄武巖復(fù)合材料的生產(chǎn)研發(fā),為無人機、軍工、游艇、交通、石油、機械等多個領(lǐng)域設(shè)計生產(chǎn)相關(guān)制品。此次展會上,雙一科技重點展示了其無人機碳纖維高性能復(fù)合材料制品。
根據(jù)不同部件要求,通過閉合模壓、VARI、纏繞等高端復(fù)合材料成型工藝,生產(chǎn)出的碳纖維無人機部件,具有高輕、高強、高抗磨、耐高溫、耐腐蝕等特點,更好地保證了無人機在飛行過程中的穩(wěn)定性、機載性和遠程性。
豪爾新材:無人機機翼
廈門市豪爾新材料股份有限公司的高倍率HR-313/333系列發(fā)泡芯材適用于無人機機翼等制品的熱自膨脹模壓成型,發(fā)泡后芯材密度低至0.025g/cm3,發(fā)泡后芯材具有形狀記憶功能,適合復(fù)雜形狀制品的成型。
中科院寧波材料所:無人機碳纖維復(fù)合材料中央翼主梁
中科院寧波材料所在展會上對其無人機碳纖維復(fù)合材料中央翼主梁進行了展示。該無人機中央翼主梁主要材料為碳纖維和環(huán)氧樹脂,采用單向預(yù)浸帶連續(xù)纏繞工藝,可實現(xiàn)最大直徑Φ300mm、長15m的大長徑比圓管產(chǎn)品的制造。
西安航天復(fù)材研究所:空間環(huán)境用結(jié)構(gòu)功能復(fù)合材料制品
西安航天復(fù)材研究所研制設(shè)計適應(yīng)空間環(huán)境的高性能纖維增強結(jié)構(gòu)復(fù)合材料、炭基功能復(fù)合材料,開發(fā)的航空航天復(fù)合材料壓力容器、衛(wèi)星天線展開臂、衛(wèi)星天線承力筒、月基空間望遠鏡鏡筒、衛(wèi)星反射器、衛(wèi)星天線桿(管)件等多項產(chǎn)品,產(chǎn)品具有輕質(zhì)、高強度、高模量、低膨脹系數(shù)、高尺寸穩(wěn)定性及高配合精度等特點,產(chǎn)品通過了各項力學(xué)測試、反射波測試、高低溫試驗考核,可以滿足用戶使用需求。
在此次展會上,西安航天復(fù)材研究所展出了C/SiC空間反射鏡和空間望遠鏡炭/炭鏡筒。
上海玻璃鋼研究院:氮化硅增程減阻頭罩/多孔氮氧化物夾層結(jié)構(gòu)天線罩
上海玻璃鋼研究院對其自主研發(fā)的氮化硅增程減阻頭罩和多孔氮氧化物夾層結(jié)構(gòu)天線罩進行了展示。
氮化硅增程減阻頭罩適用于紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈增程減阻頭罩,具有高強度、高氣孔率和良好的抗熱震性能。多孔氮氧化物夾層結(jié)構(gòu)天線罩適用于雙頻帶、寬頻帶制導(dǎo)導(dǎo)彈天線罩,密度可控,結(jié)構(gòu)可設(shè)計,具有良好的介電性能和力學(xué)性能。
集成創(chuàng)新,輔材產(chǎn)品為航空航天打造新動能
上海瀝高:耐高溫密封膠帶-LG235G/真空袋LVF1000G
上海瀝高科技股份有限公司為大家展示了其創(chuàng)新產(chǎn)品——耐高溫密封膠帶-LG235G和真空袋LVF1000G。
LG235G是專門為航空航天工業(yè)細分市場開發(fā)研制的密封膠帶,最高使用溫度235℃,同時具有優(yōu)異的氣密性、高粘結(jié)性、可清除性及抗老化特性??捎糜诃h(huán)氧、酚醛、雙馬等體系,適合鋪層和真空密封操作,是理想的熱壓罐成型工藝輔助材料。
LG235G高溫密封膠帶采用新型環(huán)保型硫化促進劑,經(jīng)高分散三段混煉工藝制備。生產(chǎn)工藝全程可追溯,混煉工藝可監(jiān)控,有效保證LG235G密封膠帶生產(chǎn)質(zhì)量和工藝管控的穩(wěn)定性。其剪切強度為0.15MPa,比重為1.121g/cm3 。膠帶硬度適中,常溫針入度為60,可使用溫區(qū)區(qū)間為80℃~235℃,耐溫235℃。產(chǎn)品氣密性優(yōu)異,有效期長達12個月。目前,該產(chǎn)品已經(jīng)投入批量生產(chǎn)。
真空袋LVF1000G是專門為航空航天工業(yè)開發(fā)研制的一款耐高溫柔性真空袋薄膜,最高耐溫200℃,拉伸強度高,斷裂伸長率大,彈性模量低,從而獲得極其柔軟的特性。操作中不會形成普通尼龍薄膜由于移動接觸導(dǎo)致的折印和折痕,特別適用于先進復(fù)合材料的加工生產(chǎn)工藝以及其他對真空袋柔韌性、可操作性、密封性能要求較高的復(fù)合材料成型工藝。
在技術(shù)上,該產(chǎn)品選用耐高溫尼龍和熱穩(wěn)定劑等原材料,并添加特有的增韌劑,通過吹膜方式生產(chǎn)出真空袋柔性薄膜LVF1000G,來降低薄膜的硬度,提高柔韌性,實現(xiàn)強度和硬度之間較佳的平衡。產(chǎn)品MD方向拉伸強度≥70MPa,伸長率≥350% ;TD方向拉伸強度≥70MPa,伸長率≥350% ;彈性模量≤300MPa。目前,該產(chǎn)品已投入批量生產(chǎn)。
上海瀝高下屬公司寧波瀝高復(fù)合材料有限公司也在展會上展出了雷達罩模具、無人機機翼等產(chǎn)品。
無錫市鼎麟:展寬PBO預(yù)浸料/展寬碳化硅板材
無錫市鼎麟新材料股份有限公司的創(chuàng)新產(chǎn)品展寬PBO預(yù)浸料和展寬碳化硅板材在展會上精彩亮相。
新一代的復(fù)合材料在高端領(lǐng)域的應(yīng)用逐漸興起,滿足了不斷提高的性能要求,為了更方便地用于前沿制造,適應(yīng)尖端需求,無錫鼎麟最新研發(fā)出超輕克重和高強度展寬PBO預(yù)浸料。這種展寬PBO預(yù)浸料具有在最輕的克重下實現(xiàn)高韌性、抗沖擊、耐摩擦、耐熱阻燃、透波、質(zhì)輕而柔軟的特點。
這款新型展寬PBO預(yù)浸料主要用于裝甲和導(dǎo)彈,技術(shù)上采用了先進的具有全套自有知識產(chǎn)權(quán)的展寬和編織設(shè)備與工藝,產(chǎn)品性能達到在最輕克重下的較高水平,國際上尚未見到同類產(chǎn)品。該產(chǎn)品強度5.8GPa,模量280GPa,單位面積克重為40g,所涉及的核心技術(shù)已獲得授權(quán)專利15項。目前已向國防軍工領(lǐng)域推廣,暫不適合民用。
無錫鼎麟帶來的另一款產(chǎn)品是展寬碳化硅板材。這款新型碳化硅展寬布做的板材,技術(shù)上同樣采用了先進的具有全套自有知識產(chǎn)權(quán)的展寬和編織設(shè)備與工藝,在低克重條件下,達到了高硬度、高耐磨、高導(dǎo)熱、耐高溫、抗沖擊等優(yōu)異特性,國際上未見同類產(chǎn)品。
該產(chǎn)品強度達到2800Mpa,模量250GPa,克重100g,共有10層碳化硅展寬布,總厚度為1.7mm。產(chǎn)品技術(shù)已獲得國家授權(quán)專利15項,另有受理專利8項。
該產(chǎn)品主要用于火箭和衛(wèi)星,目前還處于小批量試制階段,產(chǎn)品樣品已送交相關(guān)企業(yè)試用。
中科院蘇州納米所南昌研究院:金屬復(fù)合碳纖維
中科院蘇州納米所南昌研究院在創(chuàng)新產(chǎn)品展示區(qū)對其金屬復(fù)合碳纖維進行了展示。金屬復(fù)合碳纖維是在碳纖維表面連續(xù)納米改性的基礎(chǔ)上將金屬鍍層均勻包覆在碳纖維絲表面的特種纖維,兼具碳纖維輕質(zhì)、高強及金屬的高導(dǎo)電、高屏蔽性能優(yōu)點,在航空航天、軍工器械、軌道交通、通訊電子及新能源汽車等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用。該產(chǎn)品絲束規(guī)格目前已實現(xiàn)全覆蓋(1k~50k),可根據(jù)需求在碳纖維上復(fù)合單層或多層金屬層(鎳、銅)。
目前,鎳復(fù)合碳纖維已在直升機機翼除冰系統(tǒng)、某型號炮筒和高鐵屏蔽箱體上得到應(yīng)用。
四川玻纖:2221T玻纖布/BW200玄武巖機織布
四川玻纖作為我國玻纖布品種規(guī)格最齊全的生產(chǎn)企業(yè)之一,其產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于電子、電工、環(huán)保、航空航天、國防軍工等高新技術(shù)領(lǐng)域。在此次展會上,四川玻纖向大家展示了2221T玻纖布和BW200玄武巖機織布兩款應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域的產(chǎn)品。
2221T玻纖布具有優(yōu)異的力學(xué)性能和防火阻燃性,主要作為航空領(lǐng)域用內(nèi)飾材料。
BW200玄武巖機織布具有良好的力學(xué)性能、電氣性能及化學(xué)穩(wěn)定性,主要應(yīng)用于高壓絕緣板材、印刷線路板和航空航天領(lǐng)域。
先進復(fù)合材料的應(yīng)用已經(jīng)成為評價航空航天器制造水平的重要標準,同時也是提高航空航天器結(jié)構(gòu)先進性的重要物質(zhì)基礎(chǔ)和先導(dǎo)技術(shù)。經(jīng)過40多年的發(fā)展,我國先進復(fù)合材料工業(yè)已經(jīng)發(fā)展成一個較成熟的體系,并且在航空航天領(lǐng)域得到了實踐應(yīng)用。未來,我國先進復(fù)合材料研究、研發(fā)人員和生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)該加快先進復(fù)合材料結(jié)構(gòu)、制造技術(shù)、生產(chǎn)工藝等方面的研究,同時借鑒國外的相關(guān)技術(shù)和經(jīng)驗,解決現(xiàn)存的以及可能出現(xiàn)的問題,以此進一步提高我國航空航天領(lǐng)域的技術(shù)水平。