本文是楊超凡研究員創(chuàng)作于2019年2月21日，已獲授權(quán)發(fā)布。

1.波音787和空客A350-900使用的復(fù)合材料形式

2.波音777X機(jī)翼復(fù)合材料

3.預(yù)浸樹脂的單向帶         4.預(yù)浸樹脂的narrow slit tape

               5.預(yù)浸樹脂的wide slit tape                                        6.包裝待運(yùn)預(yù)浸樹脂的wide slit tape

                          7.制造機(jī)翼蒙皮的ATL                  8.制造梁用的AFP                      9.制造蒙皮用的 AFP

10.制造波音787機(jī)身（右側(cè)藍(lán)色設(shè)備是AFP）

名詞解釋：

材料： 

波音787和777X用：東麗T800S/3900-2B

標(biāo)準(zhǔn)：BMS8-276

空客A350用： 赫氏 IMA/ HexPly?M21E

標(biāo)準(zhǔn): AIMS 05-27-002

單向帶（Unidirectional tape，簡寫UD）:

含10%緯紗的碳纖維紡織帶。帶寬，300、150、75mm（見圖3.）。緯紗起固定經(jīng)紗的作用，它不承受外力。它適合鋪放率曲不大、大面積的零件，如機(jī)翼、尾翼壁板蒙皮。由于單個帶較寬，對機(jī)身類的桶形件，特別是帶錐度的桶形件，纏繞時帶的邊緣不容易貼模。另外，10%不受力的緯紗，從碳纖維承受外力角度來看，顯然不是最佳。因此，對機(jī)身類的桶形件蒙皮采用多組寬度小的slit tape,進(jìn)行纏繞。

單向帶事先加入基材樹脂，就成為預(yù)浸單向帶。

預(yù)浸樹脂的slit tape: 

“slit tape”是將無捻的碳纖維紗拉直、壓平，然后分裂成所需要的寬度。它無維紗，也就不需要紡織。在分裂前將基材樹脂加入到碳纖維中。所加的基材樹脂要求重量精確、分布均勻。重量嚴(yán)格控制在35%（碳纖維占65%）。波音787、A350所用的是環(huán)氧樹脂基基材，要求在帶的背面有隔離帶（圖4中黃色是隔離帶，圖5、圖6）。

窄帶的寬度：3.2、6.4、12.7mm; 寬帶的寬度：38.1mm。兩種帶的厚度軍均為，0.19、0.25mm。

制成預(yù)浸樹脂的slit tape處于半固化狀態(tài)(B階段)，需要在 -17°C環(huán)境下保管、運(yùn)輸，而且還有一定的保管期。

預(yù)浸樹脂slit tape ，關(guān)鍵是如何保證帶的厚度和寬度。另一個是基材樹脂如何保質(zhì)保量地加入到帶中。

目前slit tape沒有統(tǒng)一的中文名稱。根據(jù)它的特征，建議用“碳纖維無捻紗帶”。簡稱“纖維帶”。

ATL( Automated Tape Laying ):

波音787、空客A350-900機(jī)翼蒙皮使用的是預(yù)浸樹脂的單向帶。鋪放帶的設(shè)備是用ATL(見圖7.)。ATL國內(nèi)多譯為，“自動鋪帶機(jī)”。

盡管單向帶的帶寬可達(dá)75mm,但是人們還是不滿意它的鋪放效率?？湛腿ツ陝傞_始交付的A350-1000,機(jī)翼蒙皮用預(yù)浸樹脂的slit tape窄帶。鋪放設(shè)備用自動鋪絲機(jī),一次可并列鋪放8個纖維帶，寬度可達(dá)100mm(見圖11)。

圖11. 西班牙MTorres公司制造的AFP

AFP( Automated Fiber Playing):

國內(nèi)有人直譯為“自動鋪絲機(jī)”。最初，它是將預(yù)浸樹脂的纖維帶，纏繞在機(jī)身桶體的旋轉(zhuǎn)芯模上，制成機(jī)身蒙皮（見圖10. ）。圖10中自動鋪絲機(jī)，可裝載32個窄纖維帶卷。一次可并列纏繞400多毫米寬。圖8. 的自動鋪絲機(jī)上可裝載16個窄纖維帶卷。后來，AFP用來制造機(jī)翼壁板蒙皮。

正在研制的波音777X，機(jī)翼用復(fù)合材料制造。所用的復(fù)合材料同787。機(jī)翼蒙皮采用38.1mm預(yù)浸樹脂的寬纖維帶（圖5.、圖6.）。所用的自動鋪絲機(jī)，見圖9。自動鋪絲機(jī)裝載的不再是纖維帶卷，而是像電影膠片圓盤架（見圖5.、圖6.）。設(shè)備的鋪放頭見下面圖12。此設(shè)備是美國ElectroImpact公司制造，是當(dāng)今最先進(jìn)設(shè)備。從發(fā)展趨勢來看，制造機(jī)身和機(jī)翼都要用自動鋪絲機(jī)。波音公司準(zhǔn)備新研制的中型寬體客機(jī)NMA(又稱波音797)，復(fù)合材料機(jī)翼也將用自動鋪絲機(jī)，鋪放預(yù)浸基材樹脂的纖維帶。自動鋪帶機(jī)（ATL）將退出。

圖12. 鋪放頭（兩邊各有10個卷有寬帶的圓盤架）

基材（matrix）:

在復(fù)合材料T800S/3900-2B和IMA/HexPly?M21E中，3900-2B和HexPly?M21E統(tǒng)稱“樹脂基材”。它是由環(huán)氧樹脂，加入固化劑、增塑劑、或其他功能材料混合組成的高分子化工產(chǎn)品。環(huán)氧樹脂基材固化時，為了保證固化后的產(chǎn)品性能和質(zhì)量穩(wěn)定、一致，需要在熱壓罐中經(jīng)高溫、高壓進(jìn)行固化。

總結(jié)：

通過以上敘述明確了，制造寬體客機(jī)機(jī)身蒙皮和機(jī)翼壁板蒙皮材料和工藝：

l 材料 ：高強(qiáng)度、中模量碳纖維；增韌環(huán)氧樹脂基材。

l 材料形式：預(yù)浸基材樹脂的纖維帶（slit tape）。

l 鋪放設(shè)備：自動鋪絲機(jī)（AFP）。

l 固化工藝：熱壓罐中高溫、高壓固化。

機(jī)翼長桁、機(jī)身長桁、框、等零件采用經(jīng)適航認(rèn)證過的碳纖維復(fù)合材料，常規(guī)制造工藝，絕大多數(shù)不進(jìn)熱壓罐固化，是在高溫爐中固化。

備注：本文除圖1.是自做外，其余圖片、技術(shù)數(shù)據(jù)均來自互聯(lián)網(wǎng)。

——完——

作者簡介：楊超凡，飛機(jī)制造高級專家，近年專攻民機(jī)復(fù)合材料。原陜飛副總工程師，原航空工業(yè)部首批研究員級高級工程師，享受國務(wù)院特殊津貼。