航空航天領域的產品耗資巨大,即使是很小的減重也能對總成本產生巨大影響,因此材料的輕量化在航空航天領域至關重要。先進復合材料因其具有質量輕、較高的比強度、比模量、較好的延展性、抗腐蝕、導熱、隔熱、隔音、減振、耐高(低)溫、耐燒蝕、透電磁波,吸波隱蔽性、可設計性、制備的靈活性和易加工性等特點,已經成為飛船、衛星、飛機、火箭、無人機等航空航天器的應用材料。
進入二十一世紀以來,我國航空航天事業得到前所未有的發展,航空航天領域對于復合材料性能的要求不斷提高,研發更高性能的復合材料成為必須解決的問題。在第26屆中國國際復合材料工業技術展覽會上,有一些優秀的企業展示了其應用在無人機、民用客機、導彈、飛行器等航空航天領域的成品部件和輔材產品,充分反映出我國先進復合材料在航空航天領域應用水平的不斷提高。
技術開發,成品部件為航空航天構建新框架
海鷹空天材料研究院(蘇州):自動鋪絲整體成型的Φ4m復合材料后壓力框
海鷹空天材料研究院(蘇州)有限責任公司研發的自動鋪絲整體成型的Φ4m復合材料后壓力框在此次展會上精彩亮相。該產品是國內首次采用自動鋪絲成型技術完成的Φ4m大尺寸等比例遠程寬體客機CR929后壓力框格柵加筋球皮復合材料結構件,實現了對結構設計方案、工裝方案、設計工藝匹配性、鋪絲路徑規劃、設備能力驗證、工藝實施方案等全流程技術驗證,為后續CR929寬體客機項目結構復合材料自動鋪絲成型工藝的設計和研制奠定了堅實的技術基礎。

該復合材料后壓力框是國內首次采用陰模工裝鋪放并固化成型的大尺寸球皮復合材料結構,也是國內首次針對大曲率密集格柵結構,進行涉及凈尺寸鋪放的纖維自動鋪絲路徑規劃。針對復雜結構復合材料的自動鋪絲工藝,研發人員首次采用工程化應用結構設計與成型工藝匹配協調,同時驗證自動鋪絲工藝在高頻次連續分絲束切斷、重送的工藝精確度和重復穩定性,驗證大尺寸、等比例、具備完整典型結構特征的格柵加筋球皮結構自動鋪絲工藝方案的可行性。
無人機的輕量化需求促使其機體材料不斷地更新換代,繼鋁合金、鈦合金等輕質化金屬材料之后,碳纖維復合材料成為無人機的“主力”材料,可以說,以碳纖維復合材料為核心的無人機結構設計、制造技術成為無人機發展的關鍵性技術。

光威復材在此次展會上對其自主研發的碳纖維無人機艙門進行了展示。碳纖維復合材料應用于該無人機后,具有質量輕、零件集合度高等優勢,極大提高了無人機巡航能力、機動靈活性,而且裝配工序得以簡化。光威復材采用自產碳纖維、預浸料、所制復材零件,具有質量可控、交付周期可控、成本低等優勢。公司表示,無人機復材單元的成功開發為公司以碳纖維為核心的業務向下游高端復合材料裝備領域延伸打開了一扇窗,公司也將以此為契機,充分利用公司全產業鏈布局優勢,進一步提升公司在無人機復合材料單元的設計、制造、裝配等能力,尋求更多的業務機會和更大的發展空間。
神鷹復材:無人機部件
神鷹復材是一家集碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維、高強聚乙烯纖維等特種纖維織物、預浸料、短切、復合材料及其制品、配套模具開發、生產及銷售的專業化復合材料企業,已成功開發出碳纖維LED板、碳纖維方艙、碳纖維機械手臂、碳纖維傳動軸、飛行器、碳纖維通訊器材等多種復合材料制品。在此次展會上,神鷹復材向大家展示了幾款碳纖維無人機部件產品。

神鷹復材碳纖維預浸料是高性能碳纖維預環氧樹脂基體通過二步膠膜法復合制備而成,是復合材料生產重要的中間體,具有理化性能穩定,操作簡便,易于儲存等優點,適用于模壓、熱壓罐、袋壓及OPP帶卷繞等多種工藝,在航空航天等領域有著廣泛的應用。
江蘇恒神:飛機機身壁板典型結構件

江蘇恒神在此次展會上重點展示了其飛機機身壁板典型結構件。
江蘇恒神展出的這款飛機機身壁板典型結構件,其壁板由EH918/HF40/35預浸料體系自動鋪縫工藝制作而成;帽型長桁由EH918/HF40自動鋪絲工藝制成;復材窗框由HF10B-6K纖維、EH301D樹脂TFP鋪縫預制體制成,采用RTM工藝成型;Z型框為HF10B-12K、EH301D樹脂Braiding-RTM工藝制作;L型框為EH104/HF40模壓工藝制作。
吉林江機機械設備:飛機零部件
吉林市江機機械設備制造有限公司是中國兵器國營第五二四廠下屬的“吉林江機特種工業有限公司”改制組建的軍民結合型企業,主要產品包括飛機、動車及汽車等復合材料結構件和覆蓋件、航空設備零部件、導彈零部件、防恐防爆器材、工業自動化專用設備等。在此次展會上,吉林江機機械展示了飛機天線吊艙組件、風扇、導流器、飛機尾撐管組件、飛機天線罩等產品。

該款碳纖維蜂窩結構飛機天線吊艙組件采用熱壓罐成型工藝制作而成,主要為飛機天線提供安裝空間。

這款尼龍玻璃纖維絲結構風扇采用高溫高壓注射成型,安裝在飛機主減速器艙內,位于主減速器和滑油散熱器之間,用于抽吸滑油系統散熱所需的冷空氣。玻璃纖維塑料結構導流器采用模壓成型工藝,安裝在飛機主減速器艙內,位于主減速器和滑油散熱器之間,用于傳導和整流冷卻滑油的熱空氣。

碳纖維錐形管結構飛機尾撐管組件由四維三工位高精度纏繞機纏繞成型,用于將飛機尾翼連接到機身結構。

碳纖維蜂窩結構飛機天線罩采用熱壓罐成型工藝,為機身結構提供整流,保證飛機氣動外形。為滿足其內部機載設備功能要求,該產品具有透波功能,透波率達到95%以上。
雙一科技:無人機碳纖維高性能復合材料制品
山東雙一科技股份有限公司先進復合材料事業部致力于高端碳纖維、芳綸、玄武巖復合材料的生產研發,為無人機、軍工、游艇、交通、石油、機械等多個領域設計生產相關制品。此次展會上,雙一科技重點展示了其無人機碳纖維高性能復合材料制品。

根據不同部件要求,通過閉合模壓、VARI、纏繞等高端復合材料成型工藝,生產出的碳纖維無人機部件,具有高輕、高強、高抗磨、耐高溫、耐腐蝕等特點,更好地保證了無人機在飛行過程中的穩定性、機載性和遠程性。
豪爾新材:無人機機翼

廈門市豪爾新材料股份有限公司的高倍率HR-313/333系列發泡芯材適用于無人機機翼等制品的熱自膨脹模壓成型,發泡后芯材密度低至0.025g/cm3,發泡后芯材具有形狀記憶功能,適合復雜形狀制品的成型。
中科院寧波材料所:無人機碳纖維復合材料中央翼主梁

中科院寧波材料所在展會上對其無人機碳纖維復合材料中央翼主梁進行了展示。該無人機中央翼主梁主要材料為碳纖維和環氧樹脂,采用單向預浸帶連續纏繞工藝,可實現最大直徑Φ300mm、長15m的大長徑比圓管產品的制造。
西安航天復材研究所:空間環境用結構功能復合材料制品
西安航天復材研究所研制設計適應空間環境的高性能纖維增強結構復合材料、炭基功能復合材料,開發的航空航天復合材料壓力容器、衛星天線展開臂、衛星天線承力筒、月基空間望遠鏡鏡筒、衛星反射器、衛星天線桿(管)件等多項產品,產品具有輕質、高強度、高模量、低膨脹系數、高尺寸穩定性及高配合精度等特點,產品通過了各項力學測試、反射波測試、高低溫試驗考核,可以滿足用戶使用需求。

在此次展會上,西安航天復材研究所展出了C/SiC空間反射鏡和空間望遠鏡炭/炭鏡筒。
上海玻璃鋼研究院:氮化硅增程減阻頭罩/多孔氮氧化物夾層結構天線罩
上海玻璃鋼研究院對其自主研發的氮化硅增程減阻頭罩和多孔氮氧化物夾層結構天線罩進行了展示。

氮化硅增程減阻頭罩適用于紅外制導導彈增程減阻頭罩,具有高強度、高氣孔率和良好的抗熱震性能。多孔氮氧化物夾層結構天線罩適用于雙頻帶、寬頻帶制導導彈天線罩,密度可控,結構可設計,具有良好的介電性能和力學性能。
集成創新,輔材產品為航空航天打造新動能
上海瀝高:耐高溫密封膠帶-LG235G/真空袋LVF1000G

上海瀝高科技股份有限公司為大家展示了其創新產品——耐高溫密封膠帶-LG235G和真空袋LVF1000G。
LG235G是專門為航空航天工業細分市場開發研制的密封膠帶,最高使用溫度235℃,同時具有優異的氣密性、高粘結性、可清除性及抗老化特性。可用于環氧、酚醛、雙馬等體系,適合鋪層和真空密封操作,是理想的熱壓罐成型工藝輔助材料。
LG235G高溫密封膠帶采用新型環保型硫化促進劑,經高分散三段混煉工藝制備。生產工藝全程可追溯,混煉工藝可監控,有效保證LG235G密封膠帶生產質量和工藝管控的穩定性。其剪切強度為0.15MPa,比重為1.121g/cm3 。膠帶硬度適中,常溫針入度為60,可使用溫區區間為80℃~235℃,耐溫235℃。產品氣密性優異,有效期長達12個月。目前,該產品已經投入批量生產。
真空袋LVF1000G是專門為航空航天工業開發研制的一款耐高溫柔性真空袋薄膜,最高耐溫200℃,拉伸強度高,斷裂伸長率大,彈性模量低,從而獲得極其柔軟的特性。操作中不會形成普通尼龍薄膜由于移動接觸導致的折印和折痕,特別適用于先進復合材料的加工生產工藝以及其他對真空袋柔韌性、可操作性、密封性能要求較高的復合材料成型工藝。
在技術上,該產品選用耐高溫尼龍和熱穩定劑等原材料,并添加特有的增韌劑,通過吹膜方式生產出真空袋柔性薄膜LVF1000G,來降低薄膜的硬度,提高柔韌性,實現強度和硬度之間較佳的平衡。產品MD方向拉伸強度≥70MPa,伸長率≥350% ;TD方向拉伸強度≥70MPa,伸長率≥350% ;彈性模量≤300MPa。目前,該產品已投入批量生產。

上海瀝高下屬公司寧波瀝高復合材料有限公司也在展會上展出了雷達罩模具、無人機機翼等產品。

無錫市鼎麟:展寬PBO預浸料/展寬碳化硅板材
無錫市鼎麟新材料股份有限公司的創新產品展寬PBO預浸料和展寬碳化硅板材在展會上精彩亮相。
新一代的復合材料在高端領域的應用逐漸興起,滿足了不斷提高的性能要求,為了更方便地用于前沿制造,適應尖端需求,無錫鼎麟最新研發出超輕克重和高強度展寬PBO預浸料。這種展寬PBO預浸料具有在最輕的克重下實現高韌性、抗沖擊、耐摩擦、耐熱阻燃、透波、質輕而柔軟的特點。

這款新型展寬PBO預浸料主要用于裝甲和導彈,技術上采用了先進的具有全套自有知識產權的展寬和編織設備與工藝,產品性能達到在最輕克重下的較高水平,國際上尚未見到同類產品。該產品強度5.8GPa,模量280GPa,單位面積克重為40g,所涉及的核心技術已獲得授權專利15項。目前已向國防軍工領域推廣,暫不適合民用。

無錫鼎麟帶來的另一款產品是展寬碳化硅板材。這款新型碳化硅展寬布做的板材,技術上同樣采用了先進的具有全套自有知識產權的展寬和編織設備與工藝,在低克重條件下,達到了高硬度、高耐磨、高導熱、耐高溫、抗沖擊等優異特性,國際上未見同類產品。
該產品強度達到2800Mpa,模量250GPa,克重100g,共有10層碳化硅展寬布,總厚度為1.7mm。產品技術已獲得國家授權專利15項,另有受理專利8項。
該產品主要用于火箭和衛星,目前還處于小批量試制階段,產品樣品已送交相關企業試用。
中科院蘇州納米所南昌研究院:金屬復合碳纖維

中科院蘇州納米所南昌研究院在創新產品展示區對其金屬復合碳纖維進行了展示。金屬復合碳纖維是在碳纖維表面連續納米改性的基礎上將金屬鍍層均勻包覆在碳纖維絲表面的特種纖維,兼具碳纖維輕質、高強及金屬的高導電、高屏蔽性能優點,在航空航天、軍工器械、軌道交通、通訊電子及新能源汽車等領域具有重要應用。該產品絲束規格目前已實現全覆蓋(1k~50k),可根據需求在碳纖維上復合單層或多層金屬層(鎳、銅)。

目前,鎳復合碳纖維已在直升機機翼除冰系統、某型號炮筒和高鐵屏蔽箱體上得到應用。
四川玻纖:2221T玻纖布/BW200玄武巖機織布
四川玻纖作為我國玻纖布品種規格最齊全的生產企業之一,其產品廣泛應用于電子、電工、環保、航空航天、國防軍工等高新技術領域。在此次展會上,四川玻纖向大家展示了2221T玻纖布和BW200玄武巖機織布兩款應用于航空航天領域的產品。

2221T玻纖布具有優異的力學性能和防火阻燃性,主要作為航空領域用內飾材料。

BW200玄武巖機織布具有良好的力學性能、電氣性能及化學穩定性,主要應用于高壓絕緣板材、印刷線路板和航空航天領域。
先進復合材料的應用已經成為評價航空航天器制造水平的重要標準,同時也是提高航空航天器結構先進性的重要物質基礎和先導技術。經過40多年的發展,我國先進復合材料工業已經發展成一個較成熟的體系,并且在航空航天領域得到了實踐應用。未來,我國先進復合材料研究、研發人員和生產企業應該加快先進復合材料結構、制造技術、生產工藝等方面的研究,同時借鑒國外的相關技術和經驗,解決現存的以及可能出現的問題,以此進一步提高我國航空航天領域的技術水平。