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科技前沿

复合材料——热隔膜成型Hot Drape Forming(HDF)
来源:杨超凡  2021-03-03 10:19:01
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原文:http://www.chinacompositesexpo.com/cn/news-detail-288-10541.html
  
 
       2018年10月西班牙MTorres公司承担了,欧盟资助的IIAMS (创新的机身制造系统)研发项目。在这个项目中MTorres和其它公司合作,要为C-295双发涡轮螺旋桨军用运输机的左右外翼制造一个4米长的创新复合材料翼盒。2020年初,MTorres交出一套(左、右)创新的翼盒“U形”组件(见下图)。


       整个“U形”组件没有紧固件。零件之间没有粘结剂,一次灌注成形。不用热压罐固化(OOA)。零件成形采用热隔膜成形(HDF)技术。材料用MTorres开发的,用三菱人造丝50K高强度(HS)碳纤维制成的干纱带。干纱带宽0.25和0.5英寸。干纱带铺放采用MTorres自己的自动铺丝机(AFP)。灌注树脂用Hexcel RTM6环氧基材树脂。


 

 
       热 隔 膜 成 形 工 艺 过 程 :



















       制造过程补充说明:
 
       1. 第二步中的吊具是带真空吸盘。放置在热灌注中心时,要将可重复使用的硅胶真空袋(美国得克萨斯州沃思堡Mosites Rubber Co.)放置在坯料顶部。

       2. 长桁和翼梁加强筋,坯料形成两个L,然后将其背靠背放置在固化工具上,形成T形长桁/加强筋。六个长桁中的每一个都不相同,需要不同形状的坯料来制造预制件。24个梁加强筋中的每一个长度也不相同。

       3. 前后J形翼梁包括一个C形的坯料,其朝向机翼箱的内侧,以及另一个形成Z形的坯料,其朝向外侧-这两个坯料背靠背放置。翼梁的翼箱外侧也有正弦形状的角材(步骤7中的箭头)。

       4. 在步骤5左侧梁的端部和第3步中的两个梁端部可以看到用作定位元件的圆柱体。图中还显示了长桁和J形梁的白色定位装置。预制件装配中共有13个定位器,每个定位器都不相同。

       5. 模板(Caul plates)是用碳纤维复合材料制造的。它的热膨胀系数与制造零件材料的一致。它是预制件定位和放置系统的关键工具。

       6. 在灌注树脂前,用剥离层和真空袋膜覆盖完成的带有模板的干燥预制件组件。然后将蒙皮、桁条和翼梁的整个组件放入热灌注中心(ACTI)中,并将工具加热至120°C。将Hexcel RTM6环氧树脂加热至70°C并在通过单个树脂进料位置注入之前脱气。

       7. 热灌注中心(ACTI)使用具有气流的加热空气,该气流已被定义为在热隔膜成形和灌注过程中提供快速传热。”该方法的另一个关键方面是去除破坏性和非破坏性试验(NDT),而是依赖于在各个制造步骤中收集的工艺数据来验证工艺质量并标记不符合规范的参数。与ACTI一起使用的传感器收集温度、真空度、树脂流量和固化状态。空气温度和零件温度都受到监测。该工具集成了热电偶,可跟踪模具和零件表面的温度。所有数据都被记录、分析并用于打印图表,帮助指导制造决策。

       8. 使用PAM-RTM软件(法国巴黎ESI集团)进行了流动模拟(见下图)。树脂流动模拟中的红色区域显示输液过程中四个角落是最具挑战性的区域。翼箱中心的树脂流动更快,但要弄湿所有加强筋是一个挑战。拐角是最具挑战性的湿润区域。半透性VAP®膜对下蒙皮很有效。


       9. 覆盖材料还用到空客专利的半透性VAP®膜。在真空条件下,小分子的滞留空气和气体可以被可靠地去除,而大分子树脂在模具中保持稳定。在VAP®膜系统中,屏障层连接(层压)到织物基底。在制造过程中,通过部件和加工工艺的优化组合,可以精确地控制关键工艺参数:透气性和树脂阻隔性。


       结束语:
       
       复合材料热隔膜成形(HDF – hot drape forming)关键有三点:

       1. 增强材料纤维(碳纤维、玻璃纤维)加工成板材;

       2. 成形的模具热膨胀系数(CTE)与增强纤维一致;

       3. 基材树脂能够快速、均匀、渗透、包覆预成形件。

       本文制造的“U形”翼盒组件,材料用MTorres公司开发的干纱带。这种纱带纤维用50K碳纤维丝束或4800 tex玻璃纤维粗纱,纱带两面有热塑树脂面纱和静电低温粘合剂。用它铺放成毛坯板料,就可像金属板材一样进行热压加工。目前它有两种宽度0.5英寸(12.7mm)和2英寸(50.8mm)。此纱带显然比现有的便宜。玻纤纱带特别适用风电叶片、汽车等民用行业。2英寸(50.8mm)纱带可以用MTorres自动铺丝机铺放。
成形用的模具是用碳纤维复合材料制造的。保证了零件与模具的膨胀系数(CTE)一致。

       用高温热塑面纱代替缝合,静电低温粘合剂以提高AFP的可加工性,以及提高渗透性,无论是在平面内还是在整个厚度上,以实现更快更可靠的树脂灌注。”
MTorres原本是一家设计、制造航空、航天工装、设备的公司。现在开发出新型纤维纱带,又涉足制造复合材料产品的新工艺。这种一条龙式的发展思路,值得借鉴、学习。

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本文根据下列资料编译:
1. The path to OOA wings with minimal fasteners
2. Advancing the OOA infused wing box
3. Hot drape forming(HDF)
4. IIAMS wing box road map to certification
5. Novel dry tape for liquid molded composites 文章来源:http://www.chinacompositesexpo.com/cn/news-detail-288-10541.html