夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料芯材價(jià)值高
2016-11-10
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夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料芯材價(jià)值高
2016-11-10
核心提示：夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料芯材制造技術(shù)在多領(lǐng)域具有重要價(jià)值。夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料具有典型的高比強(qiáng)度、高比剛度的特點(diǎn)，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案是
夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料芯材制造技術(shù)在多領(lǐng)域具有重要價(jià)值。夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料具有典型的高比強(qiáng)度、高比剛度的特點(diǎn)，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案是將面板的高強(qiáng)度和高模量與夾芯的低密度和高剛性有機(jī)結(jié)合起來，在航空、航天、船舶、軌道交通和電子等領(lǐng)域中有著極其重要的應(yīng)用價(jià)值。目前應(yīng)用到夾層結(jié)構(gòu)復(fù)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(qiáng)度、高剛度、低密度、良好的自熄性能、優(yōu)異的絕緣性能以及優(yōu)良的化學(xué)惰性等特點(diǎn)，已大量應(yīng)用于航空航天結(jié)構(gòu)和功能復(fù)合材料以及具有特殊要求的其他領(lǐng)域中。芳綸紙蜂窩的廣泛應(yīng)用，推動了芳綸紙國產(chǎn)化的進(jìn)程，目前國內(nèi)煙臺美士達(dá)特種紙業(yè)公司、深圳昊天龍邦公司和華南理工大學(xué)等單位先后突破了纖維原纖化和纖維在漿粕中分散等關(guān)鍵技術(shù)，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(wěn)定生產(chǎn)。
用這幾個(gè)系列國產(chǎn)芳綸紙制造的芳綸紙蜂窩已在多個(gè)型號上得到應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了芳綸紙蜂窩主要用原材料國內(nèi)自主保障的目標(biāo)。芳綸紙蜂窩芯是由芳綸紙經(jīng)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(shù) 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(guān)鍵工序，對蜂窩的孔格規(guī)整性以及節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度有著至關(guān)重要的影響。中航工業(yè)復(fù)材先后研發(fā)了兩臺寬幅自動涂膠機(jī)，能夠在36英寸寬度的芳綸紙進(jìn)行涂膠，并實(shí)現(xiàn)了膠液自動循環(huán)，膠液黏度自動檢測，自動收卷等功能，降低了生產(chǎn)成本，保證了蜂窩孔格規(guī)整性，工作效率得到大幅度提升。疊合技術(shù) 疊合定位的準(zhǔn)確性與芳綸紙蜂窩孔格的規(guī)整性有密切的聯(lián)系，中航工業(yè)復(fù)材自主研發(fā)了國內(nèi)第一臺自動疊合機(jī)，采取圖像定位方法，提高了膠線定位的準(zhǔn)確性，精確度在?0.05毫米之內(nèi)，相比人工疊合蜂窩的孔格規(guī)整性大大提高。此外，自動疊合的速度可達(dá)到360張/小時(shí)，是人工的1.5倍左右。
自動疊合技術(shù)既提高了疊合的精確性又提高了生產(chǎn)效率，是保證芳綸紙蜂窩生產(chǎn)高效性和質(zhì)量穩(wěn)定性的關(guān)鍵技術(shù)。大高度蜂窩拉伸定型技術(shù) 在蜂窩拉伸定型工序，中航工業(yè)復(fù)材自主研發(fā)了可拉伸36英寸高度的蜂窩的拉伸機(jī)及工裝，配合垂直送風(fēng)烘箱，采用接近芳綸紙的玻璃化轉(zhuǎn)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(wěn)定性，而且蜂窩浸膠后無須采用工藝裝備即可進(jìn)行固化，省去了固化前的準(zhǔn)備工作，節(jié)省了勞力與時(shí)間。浸膠固化技術(shù) 蜂窩的浸膠工序主要是對蜂窩的密度進(jìn)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(yè)復(fù)材研制的全自動浸膠機(jī)已完成全面工藝試驗(yàn)，現(xiàn)已投入生產(chǎn)。多年來，影響蜂窩芯材外觀、性能和生產(chǎn)效率的關(guān)鍵工序浸膠，國內(nèi)一直以半機(jī)械輔以手工的方式進(jìn)行。該自動浸膠機(jī)的浸膠部分采用高精密導(dǎo)軌導(dǎo)向，由數(shù)控系統(tǒng)控制伺服電機(jī)完成蜂窩芯材浸膠的全部工藝動作，數(shù)控系統(tǒng)對蜂窩浸膠工藝中的浸泡、提升、叉接、翻轉(zhuǎn)、移料、稱重等全部過程實(shí)現(xiàn)自動控制。
并配備了液位檢測系統(tǒng)、膠液循環(huán)系統(tǒng)、黏度檢測系統(tǒng)、膠液溫度控制系統(tǒng)，經(jīng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和計(jì)算機(jī)處理后能實(shí)現(xiàn)溶劑的及時(shí)補(bǔ)充和浸漬樹脂的配置。該設(shè)備的控制技術(shù)先進(jìn)、自動化程度高，生產(chǎn)出的蜂窩芯材密度均勻性好，該設(shè)備的投產(chǎn)對提高蜂窩芯材質(zhì)量和產(chǎn)量的效果顯著。在芳綸紙蜂窩固化方式上，烘房采用導(dǎo)向式水平送風(fēng)方式，這樣熱風(fēng)直接穿過蜂窩孔格，有利于將樹脂固化時(shí)所產(chǎn)生的熱量從蜂窩孔格內(nèi)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(shù) 在加工工序，利用先進(jìn)的片切機(jī)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(nèi)，另外，立式帶鋸和斜式帶鋸的應(yīng)用不僅使芳綸紙蜂窩產(chǎn)品外觀更加美觀，也將復(fù)雜的異型截面變?yōu)榭赡埽瑸榉涓C產(chǎn)品的應(yīng)用打開了更寬闊的思路。芳綸紙蜂窩是應(yīng)用于復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)操縱面、雷達(dá)罩以及梁、肋的腹板等。
芳綸紙蜂窩具有優(yōu)良的工藝設(shè)計(jì)性能，與其他材質(zhì)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(jié)，適用于多種成型工藝，以制備出不同形狀的夾層結(jié)構(gòu)件。芳綸紙蜂窩的成型工藝參數(shù)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(yè)復(fù)材在芳綸紙蜂窩關(guān)鍵技術(shù)的突破基礎(chǔ)上，集成創(chuàng)新，已建成一條各工序基本實(shí)現(xiàn)自動化、具有國際先進(jìn)水平的芳綸紙蜂窩生產(chǎn)線，產(chǎn)能達(dá)到5000立方米/年。目前，中航工業(yè)復(fù)材研制生產(chǎn)的各種類型芳綸紙蜂窩已廣泛應(yīng)用于飛機(jī)結(jié)構(gòu)，并在航天、電子、船舶、軌道交通和體育用品等多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，占有國內(nèi)芳綸紙蜂窩市場份額的80%以上。隨著制造技術(shù)的提升，芳綸紙蜂窩質(zhì)量更加穩(wěn)定，吸引了國外航空市場的密切關(guān)注，波音、諾單、DIEHL等國外公司先后到訪中航工業(yè)復(fù)材尋求合作。其中諾單公司對中航工業(yè)復(fù)材公司生產(chǎn)的芳綸紙蜂窩進(jìn)行全面認(rèn)證，并給出結(jié)論：中航工業(yè)復(fù)材制造芳綸紙蜂窩各項(xiàng)性能及穩(wěn)定性與國外著名蜂窩廠商制造的蜂窩相當(dāng)。諾單公司已向中航工業(yè)復(fù)材發(fā)出訂單。
美國雅琦公司已與中航工業(yè)復(fù)材合作，成為中航工業(yè)復(fù)材蜂窩代理商。今后兩年，由中航工業(yè)復(fù)材生產(chǎn)的芳綸紙蜂窩將陸續(xù)通過國外相關(guān)公司的認(rèn)證，全面進(jìn)入國際航空市場。鋁蜂窩制造技術(shù)：中航工業(yè)復(fù)材具備所有規(guī)格耐久鋁蜂窩芯材制造能力及根據(jù)客戶要求進(jìn)行耐久鋁蜂窩芯材定制的能力，擁有多項(xiàng)處于國內(nèi)領(lǐng)先的關(guān)鍵技術(shù)：大幅寬、高密度耐久鋁蜂窩芯材涂膠壓制技術(shù) 經(jīng)過多年技術(shù)攻關(guān)，中航工業(yè)復(fù)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(shù)，HB 5443-90夾層結(jié)構(gòu)用耐久鋁蜂窩芯材規(guī)范內(nèi)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(shù) 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(jīng)過多年技術(shù)積累，中航工業(yè)復(fù)材實(shí)現(xiàn)了國內(nèi)最大高度、尺寸、密度耐久鋁蜂窩芯材制造。中航工業(yè)復(fù)材擁有用從鋁箔表面處理到蜂窩疊層板切割、拉伸及后續(xù)夾層結(jié)構(gòu)制造的全套生產(chǎn)設(shè)備，該套設(shè)備具有自動化程度高，控制精度好等特點(diǎn)，整套設(shè)備處于國內(nèi)領(lǐng)先水平。整條耐久鋁蜂窩芯生產(chǎn)線年產(chǎn)能約為50噸。
PMI泡沫制造技術(shù)——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(qiáng)度和剛度、更優(yōu)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(wěn)定性。其突出的耐熱性能和高溫下優(yōu)異的抗蠕變性能使其能承受碳纖維/環(huán)氧、碳纖維/雙馬等樹脂復(fù)合材料的高溫固化工藝條件，可實(shí)現(xiàn)泡沫夾芯與預(yù)浸料的一次共固化，廣泛應(yīng)用于復(fù)合材料泡沫夾層結(jié)構(gòu)件的制造。中航工業(yè)復(fù)材通過技術(shù)引進(jìn)的方式已經(jīng)掌握了PMI泡沫預(yù)聚板成型技術(shù)、PMI泡沫發(fā)泡技術(shù)、后處理技術(shù)和加工技術(shù)等四項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，所生產(chǎn)的PMI泡沫質(zhì)量在國內(nèi)處于領(lǐng)先地位，力學(xué)性能與Degussa泡沫的力學(xué)性能基本相當(dāng)，設(shè)計(jì)年生產(chǎn)能力為1000m3水平。優(yōu)秀的團(tuán)隊(duì)是推動蜂窩生產(chǎn)技術(shù)的奠基石。中航工業(yè)復(fù)材蜂窩及芯材事業(yè)部團(tuán)隊(duì)專業(yè)性強(qiáng)，經(jīng)過長期建設(shè)，本團(tuán)隊(duì)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(xué)位，6人有研究生學(xué)位，6人有學(xué)士學(xué)位。
本團(tuán)隊(duì)先后承擔(dān)了多項(xiàng)國家科研課題：中、高密度蜂窩的研制，直升機(jī)用國產(chǎn)芳綸紙蜂窩工程化研究、高性能國產(chǎn)芳綸紙蜂窩研制等多項(xiàng)型號攻關(guān)和科研課題，完善了芳綸紙蜂窩的種類和規(guī)格，突破了多種牌號規(guī)格的國產(chǎn)芳綸紙蜂窩的制造技術(shù)，擺脫了國外對芳綸紙技術(shù)封鎖的束縛，實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)芳綸紙蜂窩的批量生產(chǎn)。蜂窩及芯材生產(chǎn)團(tuán)隊(duì)有著和諧的工作氛圍和較強(qiáng)的凝聚力。團(tuán)隊(duì)中，多名成員是國內(nèi)蜂窩制造技術(shù)的奠基人，從20世紀(jì)80年代國內(nèi)蜂窩材料開始研制時(shí)便一直從事蜂窩的研究生產(chǎn)工作，有著豐富的蜂窩生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和豐碩的研究成果，其嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度、踏實(shí)的工作作風(fēng)對中青年成員起到了極好的示范效應(yīng)。在團(tuán)隊(duì)建設(shè)中，經(jīng)常舉辦“工作經(jīng)驗(yàn)交流會”，團(tuán)隊(duì)成員間的經(jīng)驗(yàn)得以自由交流，工作中的問題得到及時(shí)充分的交流和啟發(fā)，在寬松、和諧的氛圍中，實(shí)現(xiàn)團(tuán)隊(duì)的整體進(jìn)步。
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