飞机制造商复合材料技术gydF4y2Ba

热塑性复合材料以来，自15年前出现以来，提供了具有强大，弹性结构复合材料的飞机制造商。航空航天设计允许数据库可用于商业和军事应用。gydF4y2Ba

商业侧占据了较大的应用，具有结构应用范围从前缘到发动机塔门梁和括号。用途是高度变量的，应用于从内部画廊和架空垃圾箱的广谱上应用于飞机发动机Nacelles上的声音抑制结构。gydF4y2Ba

图像信用：Toray高级复合材料gydF4y2Ba

OEM最近重新再次兴趣了热塑性塑料。各种主要原因正在推动这种趋势，所有令人振奋的热塑性复合材料的选择。gydF4y2Ba

首先，由于自动化解决方案和低空穴热塑性单元的发展，在不使用高压釜的情况下制造极低空穴含量热塑性结构成为可能。由ACM/Experion、自动化动力学、切削动力学和Fiberforge等设备和部件供应商开发的新型机械技术已经使复合材料零件生产变得先进。app亚博体育gydF4y2Ba

其次，利用电阻或感应焊接技术对热塑性塑料进行熔焊是一种可行的方法，通过消除紧固件来降低成本和重量。例如，湾流公司通过福克航空结构公司(Fokker Aerostructures)生产的G650公务机的机尾装配使用了感应焊接。与热固性复合材料结构相比，这种结构的重量减少了10%，成本降低了20%。gydF4y2Ba

最后，转换到复合机身需要拆除金属结构支架，并带来相关的电偶腐蚀效应。热塑性复合材料具有结构性能和非凡的防火性能。除此之外，它们还提供了一种通过压缩成型或热成型生产多个金属支架的成本效益高的程序。gydF4y2Ba

一些即将出现的自动化解决方案需要高一致性、低空隙率的热塑性预浸料。亚博网站下载快速生产自动化磁带解决方案受益于低含空磁带，这导致材料浸渍良好和低含空磁带的特点是首选作为起始材料。亚博网站下载gydF4y2Ba

今天在航亚博网站下载空航天中使用的材料和材料形式将是本文剩余部分的重点，特别关注使用的生产方法。gydF4y2Ba

聚合物技术gydF4y2Ba

热塑性聚合物可分为两类:非晶态和半晶态。gydF4y2Ba

无定形热塑性塑料亚类不形成晶体结构。玻璃化温度(TgydF4y2Ba_ggydF4y2Ba)，聚合物分子为固体，高于TgydF4y2Ba_ggydF4y2Ba有足够的能量使分子相互运动。gydF4y2Ba

在该温度下，可以模塑聚合物。通常，无定形热塑性塑料可以模制的温度更接近它们的T.gydF4y2Ba_ggydF4y2Ba比半晶状的聚合物。然而，应该注意的是，无定形热塑性塑料对某些溶剂的抵抗力很弱。gydF4y2Ba

在半结晶聚合物中，有一些区域聚合物紧密聚集在晶格中，但也有一些区域是无定形的。聚合物的类型和冷却速度在形成过程中使用的部分决定了一个特定的部分的结晶度。gydF4y2Ba

与非晶态热塑性聚合物亚型一样，半结晶聚合物具有TgydF4y2Ba_ggydF4y2Ba在那里非晶相有足够的能量开始移动。还有一个熔体温度(TgydF4y2Ba_mgydF4y2Ba)，这时晶体结构就会分解。gydF4y2Ba

当今复合材料中使用的主要热塑性塑料gydF4y2Ba

• 聚醚醚酮(PEEK):一种半结晶结构gydF4y2Ba
• 聚醚酮酮(PEKK):一种半结晶结构gydF4y2Ba
• 聚醚酰亚胺(PEI) -一种非晶态结构gydF4y2Ba
• 聚苯基 - 硫化物（PPS） - 半晶结构gydF4y2Ba
• 尼龙-可以是无定形或半结晶结构gydF4y2Ba

材料的形式gydF4y2Ba

有三种材料形式的热塑性材料类型。其中一种是织物预钉，它使用普通的碳或玻璃纤维编织材料，并将热塑性树脂融合到织物中。这些材料具亚博网站下载有一定的一致性，主要用于大型连续结构，如前缘、尾翼升降器、襟翼等。gydF4y2Ba

树脂主要在织物表面，在高温高压下进行浸渍，因此这些材料通常被称为“半浸料”。亚博网站下载东丽(Toray)的品牌名为Cetex，提供一系列使用碳或玻璃纤维织物和各种树脂(如PPS、PEEK、亚博网站下载PA和PEI树脂)的材料。gydF4y2Ba

另一种材料形式是增强的热塑性层压板。作为多层层压板，它们有一到20层，从4英尺宽到12英尺长。采用高压高温热成形循环，使RTL层压板获得高粘度热塑性树脂的良好纤维束浸渍。gydF4y2Ba

RTL层压板用户可以立即移动到一个短周期的热成型过程时，生产的部分。在几分钟内，层压板可以在陶瓷加热器下加热。gydF4y2Ba

然后，它被运送到一个地方，在那里热成型工艺复杂的钻头可以在5分钟内形成(肋加强件)。OEM通常用许多不同的方向、织物和树脂形式编写其规格，允许用户根据等级、类别、树脂和方向参考。这种材料亚博网站下载被Toray公司称为Cetex RTL, RLT是增强热塑性层压板的缩写。gydF4y2Ba

第三种材料形式是热塑性胶粘剂。这通常范围的宽度从八分之一英寸狭缝胶带(或切割成型复合等级)宽到6至12英寸。这种材料形式非常有益，因为它能够利用自动化胶带铺设和最有效的光纤铺设设备。app亚博体育gydF4y2Ba

更广泛的自动化解决方案可通过胶带铺设，连续压缩成型或纤维胶带放置(原地)。这些产品是由东丽提供的“Cetex thermolite”品牌名称。gydF4y2Ba

热塑性复合材料的现状gydF4y2Ba

几十年来，热塑性复合材料已经成功地实现了。热塑性塑料有几个优点:gydF4y2Ba

1. 良好的耐久性和抗损伤性gydF4y2Ba
2. 能够使用短周期热成型零件生产方法gydF4y2Ba
3. 在室温下的存储能够生产大结构而不限制Out-Time ConstraintsgydF4y2Ba
4. 有限的水分吸收gydF4y2Ba
5. 防火性gydF4y2Ba
6. 重新形成零件的能力gydF4y2Ba
7. 极低孔隙含量gydF4y2Ba
8. 零件生产的选项而不使用高压灭菌器gydF4y2Ba

与热固性材料相比，热塑性复合材料有一些缺点，如:gydF4y2Ba

1. 加工过程中的较高温度gydF4y2Ba
2. 与热固性材料相比，初始原料成本是原始的gydF4y2Ba
3. 通常更高的成本工具gydF4y2Ba
4. 传统的零件制造商对当前的热塑性复合材料加工方案缺乏经验gydF4y2Ba

当将复合材料用于结构目的时，最主要的担忧之一是它在受到冲击时吸收能量而不开裂的能力，或者在部件内部存在微小缺陷时抗裂纹扩展的能力。一般来说，热塑性塑料比热固性塑料更硬。这是一个重要的优势，考虑到即使内部损坏，复合材料通常不会显示表面损伤。gydF4y2Ba

复合材料表面可能存在内部裂纹而不存在损伤。正因为如此，一个较不容易受到损伤并能抵抗裂纹扩展的矩阵系统是有利的。热塑性塑料在标准航空航天测试中显示出更高的韧性，例如在第一模态(开启模态)和第二模态(滑动模态)测试中，在冲击后的压缩和扩展裂纹所需的能量方面。gydF4y2Ba

室温贮存gydF4y2Ba-由于在热塑性复合材料中没有需要担心的化学反应，预制桩在室温下不会降解，因此可以储存在那里。因此，消除了通常使热塑性塑料复合材料的物流使用困难的冷库和冷运输。此外，它消除了停机时间的因素，允许更复杂的部件成为可能。gydF4y2Ba

重组gydF4y2Ba-热塑性材料可以反复加热和冷却而亚博网站下载不影响其性能，因此可以重新成型。它还允许材料的回收，因为零件可以被分离，并在其他过程中用作饲料，如注射成亚博网站下载型或压缩成型。gydF4y2Ba

较高的处理温度gydF4y2Ba-在处理聚合物时，需要在玻璃化转变温度以上处理聚合物，这是处理热塑性复合材料时的问题之一。当与聚合物一起工作时，玻璃化转变温度通常被认为是使用温度。下表总结了不同热塑性聚合物的工艺温度和玻璃化转变温度。gydF4y2Ba

表1。gydF4y2Ba用于复合材料的热塑性聚合物gydF4y2Ba

聚合物gydF4y2Ba	TG.gydF4y2Ba	过程的温度gydF4y2Ba	形态gydF4y2Ba
偷看gydF4y2Ba	290°F(143°C)gydF4y2Ba	715°- 740°f(380°- 395°c)gydF4y2Ba	半晶状的gydF4y2Ba
裴gydF4y2Ba	423°F（217°C）gydF4y2Ba	575° - 625°F（300° - 330°C）gydF4y2Ba	无定形gydF4y2Ba
PPSgydF4y2Ba	192°F(89°C)gydF4y2Ba	温度范围:550°- 620°f(290°- 325°c)gydF4y2Ba	半晶状的gydF4y2Ba
PEKKgydF4y2Ba	312°F（156°C）gydF4y2Ba	645° - 690°F（340° - 365°C）gydF4y2Ba	半晶状的gydF4y2Ba
尼龙 - 11.gydF4y2Ba	108°F(42°C)gydF4y2Ba	360° - 400°F（180° - 205°C）gydF4y2Ba	半晶状的gydF4y2Ba
尼龙- 6gydF4y2Ba	116°F(47°C)gydF4y2Ba	415° - 450°F（210° - 230°C）gydF4y2Ba	半晶状的gydF4y2Ba

工具gydF4y2Ba- 金属工具通常用于热塑性件，因为在一些成形过程中使用的加工和更高的压力所需的温度较高。最初这可能是肋骨，但是，可以在原型设计期间使用铝制工具。这通过降低成本和交换时间来帮助调解。通常建议钢制工具进行生产应用。gydF4y2Ba

与热塑性塑料有关的其他考虑gydF4y2Ba

半结晶热塑性塑料的独特之处在于其结晶度和结晶度对其性能的影响。结晶度可以很容易地用常见的分析设备测量，例如差示扫描量热计或DSC。app亚博体育gydF4y2Ba

对于大多数热塑性塑料，较低的结晶度与增加的韧性有关，但也增加了对溶剂的脆弱性。工程热塑性塑料通常具有快速的结晶速度，这意味着在标准生产过程中发现的冷却速度范围内，部分产品的结晶度几乎没有偏差。gydF4y2Ba

复合结构如何连接到结构的其他部分也是一个重要的问题。热塑性塑料有几种方法，通过类似于热固性复合材料的粘接方式或通过一些焊接技术。gydF4y2Ba

焊接时，需要将粘合线加热到加工温度，使材料软化。为防止分层，加热区域应保持压力。热可以使用几种技术，如感应、电阻、摩擦、超声波和激光。gydF4y2Ba

生产流程gydF4y2Ba

通过改进自动化技术，促进了成本效益的热塑性生产。这些改进解决了复合行业的愿望，以减少复合部件处理成本。gydF4y2Ba

由于热塑性塑料的性质，有几种技术可以更快地制作零件更快和更便宜。在加工温度下，它们快速形成。没有化​​学反应，意味着经典的热塑性固结循环需要材料在加工温度下足够的时间来允许整个部分达到加工温度。gydF4y2Ba

大多数热塑性塑料可以用快速循环的压力机压成各种形状。许多公司正在开发自动化技术，以提高生产速度和热塑性零件的质量。一些比较流行的技巧有:gydF4y2Ba

• 自动放置纤维和胶带gydF4y2Ba
  • 一些公司使用的热塑性复合拖带和狭缝胶带制造零件。这里，将胶带放置在压力和温度下的心轴或工具上，在定位时固结材料。这意味着不需要额外的处理。gydF4y2Ba

Fiberforge。图像信用：Toray高级复合材料gydF4y2Ba

• 由于是一个相对低压的过程，所使用的单元需要有较低的空隙含量。东丽技术用于生产热塑性单套塑料本身提供了低空隙，以及特殊的聚合物分布。下面的显微照片显示了在低压下产生的热塑性单片复合材料。gydF4y2Ba

东丽TC1200 PEEK贴片的横截面照片。请注意碳纤维束周围的树脂分布非常均匀，层压板中的空隙含量也很低。图像信用：Toray高级复合材料gydF4y2Ba

• 热成型gydF4y2Ba
  • 热塑性复合材料和非增强塑料的热成形过程是类似的。这一过程包括将固结的热塑性层压板加热到加工温度。这通常是使用红外线加热器来完成的，这可能需要几秒钟或几分钟的时间来将部件加热到正确的温度。然后将该零件移动到冲压工位，在那里该零件由公模和母模成形。热成型过程通常需要不到5分钟。gydF4y2Ba
• 机器人停止gydF4y2Ba
  • 按照设计需要的纤维方向铺设热塑性胶带可以通过机械快速完成。利用一个局部热源，层板被固定在一起，产生的毛坯可以被压实和热成型成零件。gydF4y2Ba

ACM / Experion。图像信用：Toray高级复合材料gydF4y2Ba

• 连续压缩成型（CCM）gydF4y2Ba
  • CCM是一种自动化的、半连续的生产工艺，能够使用热塑性复合材料生产高度形状的型材或长度基本不受限制的平板。gydF4y2Ba

总结gydF4y2Ba

在结构复合材料这一分支中有许多可供选择的材料。目前，寻找更廉价的生产技术，以帮助最小化部件成本是复合材料行业的主要焦点。这部分是通过不需要热压罐生产部件的过程实现的。当复合材料由热塑性聚合物增强时，它给设计师和制造工程师提供了几个选择，以快速和可靠地制造零件。gydF4y2Ba

热塑性塑料将继续寻找更多的应用，其额外的韧性优点，通过焊接加入结构的能力，在室温下储存，靠近自由的保质期，以及自动化的新进步。gydF4y2Ba

此信息已采购，从Toray Advanced Composites - 航空航天提供的材料提供和调整。亚博网站下载gydF4y2Ba

有关此来源的更多信息，请访问东丽先进复合材料-航空航天。gydF4y2Ba