碳纤维复合材料成型工艺现状

 

国内飞机碳纤维复合材料制造技术现状

我国复合材料制造技术经过30 多年的研究和发展,已形成了一定的规模,达到了一定的水平。各主机生产厂均已建设了生产手段,完成了相应的设备改造和技术改造。各研究院所及重点高校培养了大量人才。国内从设计、材料到工艺有了一支配套的研发队伍。但与国外相比,还存在应用规模和水平、材料基础、制造工艺、设计方法与手段严重落后等问题,且差距有进一步拉开的趋势。

1 复合材料用量不高

当波音、空客等新机型大规模采用复合材料后,我国目前仅掌握金属飞机的研制能力,复合材料只能少量地用在飞机辅件上,在主结构上的应用还需进一步研究。国内1985 年制成的歼8、强5机垂直尾翼壁板及垂直尾翼使用过树脂基碳纤维复合材料。国产客机、运输机主、次承力构件没有使用复合材料的相关报道。国内直升机领域复合材料使用比例较大,直九复合材料使用率达到了23% 左右。国内无人机因尺寸较小,复合材料用量较大,一般在50% ~ 80% 之间,如爱生系列无人机。

2 碳纤维依赖进口,国产化程度低

我国自20 世纪60 年代开始碳纤维研究开发,至今已有近40 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,仅有的生产厂家还面临国际的竞争和挤压,举步维艰。尤其是像T800 这样被广泛应用于飞机制造的复合材料,我国还不能生产。国产化的T300 复合材料还在研制之中。工业及民用领域的需求长期依赖进口,严重影响了我国高端技术的发展,尤其制约了航空航天及国防军工事业的发展,与我国的经济社会发展进程极不相称。

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构尺寸相比,设备尺寸小,且大多数依赖进口。如西飞用于飞机复合材料制造的主要设备热压罐是从德国Scotch公司引进的φ 3.5m ×10m 热压罐,有效长度为10m,直径为3.5m,与欧美等国家相比,差距仍然较大。哈飞用于先进复合材料生产的主要设备,如固化炉、大型热压罐、复合材料数控下料铣、激光铺层定位系统、自动铺带机、R T M 成型设备、缝合设备以及先进的无损检测设备等基本上是从国外进口的。

4 工艺落后,自动化和数字化水平低

以树脂基碳纤维复合材料飞机结构件为例。传统的生产工艺采用预浸料铺层干法成型工艺,在热压罐或烘箱中加热、加压固化成型机体复合材料构件。固化、脱模、修整后的构件经无损检测验证合格后进入下道装配工序。传统复合材料成型工艺的缺点是手工下料、手工铺放,能耗高, 1

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