树脂基复合材料成形工艺进展（四）

HEATS

　　(7)层板及蜂窝结构制造技术。

8 W' e7 q" {! D) J& ]

　　纤维增强金属层板(FRML)是由金属薄板和纤维树脂预浸料交替铺放胶合而成的混杂复合材料。改变金属类型和厚度、纤维树脂预浸料系统、铺贴顺序、纤维方向、金属表面处理和后拉伸度等可改变FRML的性能，以用于不同地方。现在的FRML主要使用铝合金薄板。由于使用铝锂合金可提高FRML的比刚度，使用钛合金可大大可提高FRML的耐温性，所以以铝锂合金或钛合金为基的FRML也在考虑和研究中。FRML中的纤维可以是玻璃纤维、芳纶纤维和碳纤维，它们各自与铝合金板组合后可构成三种性能不同的FRML，分别称为GLARE、ARALL和CARE。如今，FRML多指这三种材料。纤维预浸料用的胶主要是热固性的环氧树脂胶，也可使用热塑性塑料如PEEK、聚苯硫醚和聚酰胺等取代热固性树脂胶。胶接蜂窝夹层结构也是一种特殊的结构用复合材料，它把蜂窝开关的夹芯材料夹在两块面板之间并用胶粘剂粘接。因为具有良好的比强度和比刚度，因此在未来的大型军用运输机及无人机等机体具有相当广泛的应用前景。

3 F6 i& K( k; p1 B* j5 Q! t$ x' x

　　这些技术虽然民用更为广泛，但在军用飞机上的应用潜力也很大。如A380在复合材料成熟技术支撑下，除碳纤维复合材料之外，空客还选定玻璃纤维增强的铝合金层板Glare来制造27块机身壁板。这一技术是A380大型运输机将大范围地采用创新材料的一个关键里程碑，StorkFokker公司的工厂已开始使用新型加工工艺大批量地生产该机机身壁板。被称为Glare的材料，是一种短玻璃纤维增强铝合金，这种材料是由铝合金薄板与环氧树脂玻璃纤维夹芯粘接在一起形成的金属和复合材料交叠结构。Glare大约比铝合金轻25%，有更好的抗疲劳强度和抗冲击性。Glare材料的一个优点是成形零件可以像铝合金构件一样铆接到飞机上。事实上，Glare材料可以如同整体铝合金件一样钻孔和切削，因此可以使用同样的工具进行修理。Glare材料的使用将使A380飞机减重近1t(800kg)，上机身壁板使用面积达470m2，共使用27块Glare壁板，最长的达11m。生产厂扩建了12000m2以适应这种材料的制造，目前已经制造了机身壁板。但是Glare板比铝合金昂贵，但如果成形为零件，如双曲度壁板，则最终成本与拉伸铝合金壁板几乎一样。这一技术在大型军用运输机上具有广泛的应用前景。

　　复合材料零件成形及制造技术

^8 o4 C k y0 |) h3 n ' z( I0 o" t2 b) p% V! C

　　目前在飞机机体上采用的复合材料零件成形技术主要包括：

2 m- C1 F( M+ Z

　　(1)树脂转移模塑成形技术。

% ^+ u. y' l: c* b9 o2 v

　　RTM工艺的主要原理是在模腔中铺放按性能和结构要求设计的增强材料预成形体，采用注射设备将专用树脂体系注入闭合模腔，模具具有周边密封和紧固以及注射及排气系统，以保证树脂流动流畅并排出模腔中的全部气体和彻底浸润纤维，还具有加热系统，可加热固化成形复合材料构件。它是一种不采用预浸料，也不采用热压罐的成形方法。因此，具有效率高、投资、绿色等优点，是未来新一代飞机机体有发展潜力的制造技术。

, l _3 r- |3 b2 g" I2 z, t' E/ N

　　树脂转移模塑成形技术是一种低成本复合材料制造方法，最初主要用于飞机次承力结构件，如舱门和检查口盖。1996年美国防务预研局开展了高强度主承力构件的低成本RTM制造技术研究。目前中小型复合材料RTM零件的制造已经获得了较广泛的应用，而大型RTM件也在JSF的垂尾上应用成功。该方法的优点是环保、形成的层合板性能好且双面质量好，在航空中应用不仅能够减少本身劳动量，而且由于能够成形大型整体件，使装配工作量减少。但是树脂通过压力注射进入模腔形成的零件存在着孔隙含量较大、纤维含量较低、树脂在纤维中分布不匀、树脂对纤维浸渍不充分等缺陷，因此该技术还有改进潜力。