
復合材料技術中心有限公司是空中客車公司的子公司,專業從事開發低成本并且適用于大規模批量生產的復合材料技術。2013年,CTC公司開展了一些研究,探索高效低成本制造CFRP(碳纖維增強復合材料)夾層結構的方法。(德國達姆施塔特市)贏創向CTC公司提交了其新款ROHACELL HERO PMI(聚甲基丙烯酰亞胺,高斷裂延伸率泡沫)閉孔泡沫的樣品,用于評價這種新型芯材替代傳統蜂窩芯材的效果。
贏創通過不懈的努力,開發出了這種新的優質PMI泡沫產品,能夠效仿蜂窩芯材的表現模式,即能呈現出可見的鋪層損傷。雖然泡沫塑料的優勢之一是能夠防止水進入表面受損的飛機零部件,但PMI泡沫的最大優勢體現在其他應用方面──其比蜂窩芯材產品具有更優異的抗沖擊強度,也使飛機在進行維護和維修時(MRO),能夠容易地通過目視辨識飛機夾層結構的損傷。贏創精心研發的HERO產品,完全滿足PMI泡沫工作性能的這一要求。
贏創ROHACELL加工部門通過數控加工,將密度為75千克/立方米的PMI泡沫預先成形,然后送達CTC公司。CTC公司評價了三個CFRP(碳纖維增強復合材料)夾層結構設計方案:
(1)熱壓罐成型、蜂窩夾芯、碳纖維/環氧樹脂預浸料;(2)熱壓罐成型、PMI夾芯、碳纖維/環氧樹脂預浸料;(3)熱壓罐外固化(OOA)替代法,其特點是PMI芯材鋪疊在碳纖維面蒙皮之間,并采用液態環氧樹脂灌注。
方案2和3比方案1顯著減少了制造時間和成本。方案3是最優的,比方案1減少了19%的重量和25%的成本。此外,方案3的制造時間也縮短了18個小時(節省了43%的制造時間),因為其取消了費時的芯材灌封工序,以及預浸料蒙皮和蜂窩芯材之間的二次膠結工藝。“制造一個簡單部件,就能顯著節省這么多的時間和成本。”CTC公司研發項目負責人Remo Hinz介紹說:“隨著零部件復雜度的提高,能夠節省的加工時間和成本呈指數級增長,說明灌注成型的泡沫芯材夾層設計明顯優于熱壓罐成型的蜂窩芯材夾層設計。”
根據CTC公司的評價結果,(德國布倫瑞克市)INVENT有限公司成功制造了多尼爾728飛機的前起落架艙門(左右兩側艙門),作為技術展示品。贏創ROHACELL型材部通過數控加工,將ROHACELL 71 HERO(75千克/立方米密度)預先成形。該芯材送達CTC公司后,被鋪疊在干燥的碳纖維織物之間。疊層灌注了(美國康涅狄格州斯坦福德市)赫氏公司經空客公司認證的RTM 6環氧灌注樹脂。贏創報告稱,該PMI芯材不但能防止出現蜂窩芯材結構的一些問題(如進水等),而且也杜絕了因灌封化合物退化導致的蒙皮剝離現象。
此外,該芯材提高了伸長率(9-10%)和抗沖擊強度,因此適用于制造飛機外部的零部件。(德國哈雷市)弗勞恩霍夫協會材料力學研究所依照ASTM D7766/D7766M-11標準,在35焦耳沖擊能條件下,對PMI芯材灌注成型層板和原有蜂窩芯材/預浸料層板的試件,進行了沖擊試驗。無損檢測結果證實了,各個試件的損傷尺寸及深度都是相似的。
CTC公司董事總經理Axel Herrmann教授總結道:“從技術上說,ROHACELL HERO是用來制造夾層結構的更優、更安全的材料,因為其不但消除了進水問題,而且顯著降低了層間剝離破壞的風險。”因此,贏創與空中客車公司開展合作,目前正在研究一些結構應用,并宣布首批采用其PMI泡沫制造的空客飛機零部件將于2015年投入使用。
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