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夾層結構復合材料芯材價值高

2016-11-10

核心提示:夾層結構復合材料芯材制造技術在多領域具有重要價值。夾層結構復合材料具有典型的高比強度、高比剛度的特點,其結構設計方案是


     夾層結構復合材料芯材制造技術在多領域具有重要價值。夾層結構復合材料具有典型的高比強度、高比剛度的特點,其結構設計方案是將面板的高強度和高模量與夾芯的低密度和高剛性有機結合起來,在航空、航天、船舶、軌道交通和電子等領域中有著極其重要的應用價值。目前應用到夾層結構復合材料中的芯材主要是芳綸紙蜂窩、鋁蜂窩和合成泡沫。芳綸紙蜂窩包括間位芳綸紙蜂窩及對位芳綸紙蜂窩,由美國杜邦(DuPont)公司先后研制成功的間位芳綸紙和對位芳綸紙制備而成,具有高強度、高剛度、低密度、良好的自熄性能、優異的絕緣性能以及優良的化學惰性等特點,已大量應用于航空航天結構和功能復合材料以及具有特殊要求的其他領域中。芳綸紙蜂窩的廣泛應用,推動了芳綸紙國產化的進程,目前國內煙臺美士達特種紙業公司、深圳昊天龍邦公司和華南理工大學等單位先后突破了纖維原纖化和纖維在漿粕中分散等關鍵技術,制備出了YT系列間位芳綸紙、HKD和PTF系列對位芳綸紙,可小批量穩定生產。


  用這幾個系列國產芳綸紙制造的芳綸紙蜂窩已在多個型號上得到應用,實現了芳綸紙蜂窩主要用原材料國內自主保障的目標。芳綸紙蜂窩芯是由芳綸紙經過涂膠、疊合、熱壓、拉伸定性、浸漬樹脂、固化和片切等工序加工制作而成的夾芯材料,目前主要的芳綸紙蜂窩芯的制備工藝流程如圖所示。涂膠技術 在芳綸紙蜂窩的制備工藝中,涂膠工序是制備芳綸紙蜂窩的關鍵工序,對蜂窩的孔格規整性以及節點強度有著至關重要的影響。中航工業復材先后研發了兩臺寬幅自動涂膠機,能夠在36英寸寬度的芳綸紙進行涂膠,并實現了膠液自動循環,膠液黏度自動檢測,自動收卷等功能,降低了生產成本,保證了蜂窩孔格規整性,工作效率得到大幅度提升。疊合技術 疊合定位的準確性與芳綸紙蜂窩孔格的規整性有密切的聯系,中航工業復材自主研發了國內第一臺自動疊合機,采取圖像定位方法,提高了膠線定位的準確性,精確度在?0.05毫米之內,相比人工疊合蜂窩的孔格規整性大大提高。此外,自動疊合的速度可達到360張/小時,是人工的1.5倍左右。


  自動疊合技術既提高了疊合的精確性又提高了生產效率,是保證芳綸紙蜂窩生產高效性和質量穩定性的關鍵技術。大高度蜂窩拉伸定型技術 在蜂窩拉伸定型工序,中航工業復材自主研發了可拉伸36英寸高度的蜂窩的拉伸機及工裝,配合垂直送風烘箱,采用接近芳綸紙的玻璃化轉變溫度的高溫定型工藝,取得了良好的定型效果,改善了蜂窩使用的尺寸穩定性,而且蜂窩浸膠后無須采用工藝裝備即可進行固化,省去了固化前的準備工作,節省了勞力與時間。浸膠固化技術 蜂窩的浸膠工序主要是對蜂窩的密度進行控制,密度控制不好將直接影響蜂窩芯材的成品率,中航工業復材研制的全自動浸膠機已完成全面工藝試驗,現已投入生產。多年來,影響蜂窩芯材外觀、性能和生產效率的關鍵工序浸膠,國內一直以半機械輔以手工的方式進行。該自動浸膠機的浸膠部分采用高精密導軌導向,由數控系統控制伺服電機完成蜂窩芯材浸膠的全部工藝動作,數控系統對蜂窩浸膠工藝中的浸泡、提升、叉接、翻轉、移料、稱重等全部過程實現自動控制。


  并配備了液位檢測系統、膠液循環系統、黏度檢測系統、膠液溫度控制系統,經數據轉換和計算機處理后能實現溶劑的及時補充和浸漬樹脂的配置。該設備的控制技術先進、自動化程度高,生產出的蜂窩芯材密度均勻性好,該設備的投產對提高蜂窩芯材質量和產量的效果顯著。在芳綸紙蜂窩固化方式上,烘房采用導向式水平送風方式,這樣熱風直接穿過蜂窩孔格,有利于將樹脂固化時所產生的熱量從蜂窩孔格內排放出來,保證固化的安全性和均勻性,而且效率較高。加工技術 在加工工序,利用先進的片切機和專用鋸條,可以做到對芳綸紙蜂窩高度尺寸精確控制,公差保證在?0.10毫米以內,另外,立式帶鋸和斜式帶鋸的應用不僅使芳綸紙蜂窩產品外觀更加美觀,也將復雜的異型截面變為可能,為蜂窩產品的應用打開了更寬闊的思路。芳綸紙蜂窩是應用于復合材料夾層結構的典型芯材,常用于前緣蒙皮、活動面蒙皮壁板、全高度蜂窩夾層結構操縱面、雷達罩以及梁、肋的腹板等。


  芳綸紙蜂窩具有優良的工藝設計性能,與其他材質蜂窩芯相比,還具有與各種樹脂體系良好的相容性,與各種材料的蒙皮都能很好地黏結,適用于多種成型工藝,以制備出不同形狀的夾層結構件。芳綸紙蜂窩的成型工藝參數主要取決于蒙皮材料和粘接材料,一般壓力不大于0.5MPa,固化溫度不大于200℃。中航工業復材在芳綸紙蜂窩關鍵技術的突破基礎上,集成創新,已建成一條各工序基本實現自動化、具有國際先進水平的芳綸紙蜂窩生產線,產能達到5000立方米/年。目前,中航工業復材研制生產的各種類型芳綸紙蜂窩已廣泛應用于飛機結構,并在航天、電子、船舶、軌道交通和體育用品等多領域得到廣泛應用,占有國內芳綸紙蜂窩市場份額的80%以上。隨著制造技術的提升,芳綸紙蜂窩質量更加穩定,吸引了國外航空市場的密切關注,波音、諾單、DIEHL等國外公司先后到訪中航工業復材尋求合作。其中諾單公司對中航工業復材公司生產的芳綸紙蜂窩進行全面認證,并給出結論:中航工業復材制造芳綸紙蜂窩各項性能及穩定性與國外著名蜂窩廠商制造的蜂窩相當。諾單公司已向中航工業復材發出訂單。


  美國雅琦公司已與中航工業復材合作,成為中航工業復材蜂窩代理商。今后兩年,由中航工業復材生產的芳綸紙蜂窩將陸續通過國外相關公司的認證,全面進入國際航空市場。鋁蜂窩制造技術:中航工業復材具備所有規格耐久鋁蜂窩芯材制造能力及根據客戶要求進行耐久鋁蜂窩芯材定制的能力,擁有多項處于國內領先的關鍵技術:大幅寬、高密度耐久鋁蜂窩芯材涂膠壓制技術 經過多年技術攻關,中航工業復材已突破密度為170kg/m3的大高度耐久鋁蜂窩芯材涂膠、壓制技術,HB 5443-90夾層結構用耐久鋁蜂窩芯材規范內最高密度為140kg/m3。高密度、大高度、大尺寸耐久鋁蜂窩芯材拉伸技術 鋁蜂窩主要通過耐腐蝕底膠浸漬、涂膠、疊合、壓制、拉伸等工序制作而成,經過多年技術積累,中航工業復材實現了國內最大高度、尺寸、密度耐久鋁蜂窩芯材制造。中航工業復材擁有用從鋁箔表面處理到蜂窩疊層板切割、拉伸及后續夾層結構制造的全套生產設備,該套設備具有自動化程度高,控制精度好等特點,整套設備處于國內領先水平。整條耐久鋁蜂窩芯生產線年產能約為50噸。


   PMI泡沫制造技術——同密度的情況下,PMI泡沫具有比其他聚合物泡沫材料更高的抗壓縮強度和剛度、更優異的耐高溫和耐濕熱性能、以及更好的抗高溫蠕變性能和尺寸穩定性。其突出的耐熱性能和高溫下優異的抗蠕變性能使其能承受碳纖維/環氧、碳纖維/雙馬等樹脂復合材料的高溫固化工藝條件,可實現泡沫夾芯與預浸料的一次共固化,廣泛應用于復合材料泡沫夾層結構件的制造。中航工業復材通過技術引進的方式已經掌握了PMI泡沫預聚板成型技術、PMI泡沫發泡技術、后處理技術和加工技術等四項關鍵技術,所生產的PMI泡沫質量在國內處于領先地位,力學性能與Degussa泡沫的力學性能基本相當,設計年生產能力為1000m3水平。優秀的團隊是推動蜂窩生產技術的奠基石。中航工業復材蜂窩及芯材事業部團隊專業性強,經過長期建設,本團隊已有成員30人,其中研究員2人,高級工程師6人,技師3人;1人擁有博士學位,6人有研究生學位,6人有學士學位。


   本團隊先后承擔了多項國家科研課題:中、高密度蜂窩的研制,直升機用國產芳綸紙蜂窩工程化研究、高性能國產芳綸紙蜂窩研制等多項型號攻關和科研課題,完善了芳綸紙蜂窩的種類和規格,突破了多種牌號規格的國產芳綸紙蜂窩的制造技術,擺脫了國外對芳綸紙技術封鎖的束縛,實現了國產芳綸紙蜂窩的批量生產。蜂窩及芯材生產團隊有著和諧的工作氛圍和較強的凝聚力。團隊中,多名成員是國內蜂窩制造技術的奠基人,從20世紀80年代國內蜂窩材料開始研制時便一直從事蜂窩的研究生產工作,有著豐富的蜂窩生產經驗和豐碩的研究成果,其嚴謹的態度、踏實的工作作風對中青年成員起到了極好的示范效應。在團隊建設中,經常舉辦“工作經驗交流會”,團隊成員間的經驗得以自由交流,工作中的問題得到及時充分的交流和啟發,在寬松、和諧的氛圍中,實現團隊的整體進步。


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