RTM碳復合材料中心鉸鏈接頭在商用噴氣式飛機擾流板組件中可承受20噸的空氣載荷。

飛機在著陸過程中，擾流板（位于機翼頂部，向下延伸的襟翼前方）向上鉸接，最大角度為50°，以輔助制動。

FACC金屬襯套和軸承安裝在接頭凸耳中。

FACC原始的金屬中心鉸鏈接頭（左上）很重，在不可接受的交付周期內自行生產，并用金屬緊固件手動連接到擾流板組件（右上）。復材鉸鏈接頭（左下）由Cytec制造的預成型件RTM成型，然后在熱壓罐中與復材擾流板組件疊層并共固化（結果見右下）。

步驟1

CytecCenter鉸鏈接頭的生產始于PRIFORM織物的織造，其中6K碳纖維和熱塑性紗線在織物織造的經紗和緯紗中交替出現。

步驟2

3D預成型件的CytecComponents由PRIFORM織物（a/b）構建，并連接形成最終的四凸耳中心鉸鏈接頭配置（c）。

步驟3

Cytec鉸鏈配件是通過樹脂傳遞模塑（RTM）成型的。將低粘度的Cycom 977-20環氧樹脂（不含增韌劑）注入PRIFORM預成型件中。在高溫下，PRIFORM織物中的熱塑性紗線熔化并分散到環氧樹脂中，成為基體中的增韌劑。固化部分如圖所示，準備與擾流板組裝。

步驟4

FACCCycom 977-2增韌環氧預浸料在開放式模具中鋪設，以構建擾流板的外殼（復合材料頂部組件）。蒙皮上覆蓋著一層Cytec的FM300膠膜（照片中的綠色材料，標記為中心鉸鏈安裝位置）。

步驟5

FACC預制的中心鉸鏈接頭放置在上部蒙皮/粘合膜上。添加蜂窩芯和底部蒙皮預浸料層，封裝配件

步驟6

FACC接頭和擾流板在熱壓罐中共固化，然后脫模，鉸鏈凸耳經過精密加工（如圖所示）達到公差。

步驟8

FACC網狀共固化結構在運往空客之前涂上了聚氨酯涂層。

復材擾流板

CytecFACC為空客330-300和空客340-500/600飛機提供的新型復合擾流板/中心鉸鏈接頭組件節省了大量生產時間和費用。

航空航天復合材料制造商Fischer Advanced Composite Components AG（FACC）正在為飛機制造商空中客車工業公司的A330-300和A340-500/600商用飛機制造創新的新型擾流板組件。直到最近，總部位于奧地利里德的FACC還用復合材料制造了擾流板，但使用了模鍛、熱處理的鋁制中心鉸鏈接頭將擾流板連接到機翼上。FACC研發和工藝工程負責人伊麗莎白·拉德斯泰特（Elisabeth Ladstaetter）表示，雖然鋁接頭符合設計規范，但它是從金屬供應商那里采購的，價格高昂，交付周期長得令人無法接受。

兩年前，FACC開始尋找鋁接頭的替代品，并與Cytec Engineered Materials（亞利桑那州坦佩）建立了非常成功的技術合作關系，工程師們定制了一種以前開發的技術，用于FACC的擾流板/中心鉸鏈接頭組件。該接頭是通過一種獨特的預成型概念實現的，該概念降低了成本、重量和制造時間，滿足了所有設計允許的要求，并最終獲得了空中客車的飛行認證和驗收。其結果是通過樹脂傳遞模塑（RTM）制成的復合材料中心鉸鏈接頭，然后可以在熱壓罐中與擾流板整體共固化。

FACC成立于1989年，旨在開發和生產復合材料飛機組件，是Fischer Ski Tennis GmbH的子公司。該公司在航空航天系統的設計和制造方面享有盛譽，每年向包括空客、波音公司、龐巴迪、勞斯萊斯、Spirit、Alenia、Goodrich和其他知名航空航天公司在內的客戶群交付價值2億美元的復合材料產品。即便如此，設計一個碳復合材料擾流板總成，該總成將包含一個復合材料中心鉸鏈接頭，減輕重量，同時仍然滿足機械設計允許的要求，這帶來了重大挑戰。

讓不可能成為可能

拉德斯泰特定義了團隊面臨的主要挑戰：首先，為接頭的復雜配置設計一個預成型件，以滿足性能規格并成功制造；第二，將鉸鏈配件集成并粘合到擾流板組件中。

為了在嚴重的空氣載荷下保持將擾流板牢牢固定到位所需的強度，即使在安裝前被工具或其他硬物意外撞擊，高載荷的鉸鏈接頭也必須保持其機械性能，包括壓縮強度。Cytec歐洲產品開發經理卡梅羅·洛法魯（Carmelo Lo Faro）表示，沖擊后抗壓強度（CSAI-compression strength after impact ）的高損傷容限是一個主要挑戰。他指出，中心鉸鏈接頭的強度和復雜結構的零件不容易用標準方法制造。

通常，預浸漬碳纖維織物的懸垂性不足以形成T形和L形接頭以及鉸鏈接頭設計的雙曲面。由于干織物的高懸垂性，使用干織物進行液體模塑工藝可以解決這個問題。然而，高粘度增韌環氧樹脂不能用于具有干增強材料的注射或輸液過程；必須用粘度較低、未增韌的樹脂代替增韌系統，以便充分流動和潤濕復雜的預成型件。然而，在這種情況下，洛法魯警告說：“未增韌的樹脂不僅不符合CSAI要求，而且由于其脆性，沿著高應力接頭和其他零件彎曲的樹脂堆積會在受內應力的區域造成嚴重的微裂紋。”

在預成型體中加入增韌劑

幸運的是，Cytec已經開發出一種注冊商標為PRIFORM的專利預成型技術，該技術被證明是金屬中心鉸鏈接頭的替代品。這種干式預成型方法的一個關鍵特征是在預成型件中加入增韌劑，而不是樹脂。目前用于Cytec的Cycom 977-2預浸料樹脂系統的熱塑性增韌劑被紡成纖維，然后與碳或其他增強纖維結合成織造或非卷曲的多軸織物。洛法魯強調，“紡絲過程不會導致聚合物發生任何化學變化。”熱塑性纖維不僅為零件帶來了增韌性能，還充當了粘合劑，因此不需要其他粘合劑系統來穩定干燥的預成型件。

然后，可懸垂的干織物可以很容易地形成復雜的預成型結構，并使用未增韌、粘度降低的Cycom 977-2版本（稱為Cycom 977-20）進行RTM加工。在RTM過程中加熱時，熱塑性纖維熔化并流動，與樹脂混合。其結果是輕質、薄壁、碳纖維/增韌環氧樹脂復合材料零件。

洛法魯描述了PRIFORM的重量強度優勢：“在大多數情況下，特別是對于薄結構，允許的主要設計是CSAI。CSAI是真正能增加厚度并抵消重量節省的設計。增韌的PRIFORM材料可以通過滿足CSAI要求來節省大量重量。”

復合材料性能

復材擾流板組件分三個階段構建：1）中心鉸鏈接頭的RTM制造；2） 擾流板本身的預浸料結構；以及3）對擾流板和中心鉸鏈接頭進行熱壓罐固化。

Cytec制造鉸鏈預成型件，將熱塑性增韌聚合物紡成長絲，然后用日本東邦（Toho Tenax）的6K碳纖維編織，形成面積重量為370g/m²的5束緞紋織物。該織物在Cytec位于德克薩斯州格林維爾的工廠織造，然后運往該公司位于英國雷克瑟姆的工廠，在那里，在低溫下熱成型為三維近凈預成型件，使可溶性纖維軟化，但不允許它們流入織物中。該過程類似于塑料熱成型；加熱的PRIFORM預成型件在Cytec設計和制造的金屬模具上成形，該模具與成品零件的輪廓和厚度非常接近。

Cytec將成品預成型件運送給FACC分包商Kuvag-GesmbH工程產品集團（奧地利紐馬克特）進行RTM加工。Kuvag將預成型件裝入涂有Chemlease 4190（Chem Trend，Howell，Michigan）的匹配鋼模具中，并在初始溫度過低（140°F/60°C至194°F/90°C之間）下注入低粘度的Cycom 977-20樹脂，以溶解增韌纖維。這確保了在樹脂出口關閉之前，材料不會隨著流動前沿被帶走。當熱量增加到284°F/140°C時，纖維會迅速溶解，在零件在約355°F/180°C固化之前，增韌劑會擴散到環氧樹脂中。

成品鉸鏈接頭被運送到FACC，在那里它們被整合到擾流板的碳復合材料夾層結構中。擾流板組件被放置在一個凹形工具中，該工具涂有漢高公司（密歇根州麥迪遜市）的Frekote水基脫模劑。擾流板的預浸料蒙皮由Cytec的Cycom 977-2的標準增韌版本與Toho的HTA碳纖維制成，以2x2斜紋編織（2x2斜紋由兩根經紗在兩根填充紗上和下編織而成，比平紋織物更柔軟，平紋織物的每根經紗都織在每根填充紗上）。上蒙皮和下蒙皮之間包裹著一個Nomex蜂窩芯。Nomex由Hexcel（加利福尼亞州都柏林）生產，由Euro Composites（盧森堡埃希特納赫和弗吉尼亞州埃爾克伍德）供應給FACC。

三明治封裝了RTM的中心鉸鏈接頭。首先鋪上外蒙皮預浸料層。然后，RTM接頭與預浸料層共同粘合，形成前翼梁組件，該組件內置于復合材料頂部組件中。接頭、蜂窩芯和內皮層按此順序添加。然后將組件在350°F/177°C的熱壓罐中共固化。

脫模后，對零件進行精密加工，以去除飛邊并細化其輪廓，然后鉆孔以連接邊緣接頭。（由于它們只看到最小的負載，而且比RTM零件便宜，因此邊緣接頭是標準的鋁板金屬凸耳。）

鋼襯套和軸承安裝在中心鉸鏈裝配凸耳中，作為最后一步，在擾流板運往空客進行飛機組裝之前，整個組件用PRC DeSoto International（加利福尼亞州格倫代爾）生產的聚氨酯涂層密封。

空中客車公司通過將螺栓滑動穿過凸耳上的軸承，并將擾流板連接到執行器上，從而在襟翼前方安裝擾流板，執行器可以升高和降低擾流板主體的運動。

當前的飛行計劃和未來愿景

輕質碳復合材料中心鉸鏈接頭由FACC設計，可承受擾流板組件上20噸的空氣載荷。新的擾流板系統已安裝在一架A340-600飛機上進行飛行測試，目前有20套擾流板正在生產中。每個機翼攜帶六個擾流板。新組件為空客節省了每套25%的重量，并節省了FACC數月的交付周期、等待金屬配件的時間，以及將它們連接到擾流板上的組裝時間。拉德斯泰特解釋說：“我們現在可以自己生產中心鉸鏈接頭，我們不依賴于供應鋁部件的金屬供應商。”他補充說，FACC正在考慮“為未來的航空航天應用開發擾流板，將改進現有技術，進一步減輕重量，提高性能。”

Cytec將PRIFORM設想為其他高CSAI、薄皮主要結構的鋼化零件RTM的使能技術，厚度約為1毫米至6毫米（約0.04英寸至0.24英寸），特別是飛機機身蒙皮、機身框架、后壓力艙壁、機翼前緣、襟翼和起落架門。洛法魯指出，PRIFORM熱塑性塑料是一種芳香族聚合物，本質上具有阻燃性。因此，預成型材料可以滿足飛機內部的防火、防煙和毒性要求。

該合作項目的成功表明，當材料供應商與零件制造商密切合作時，可以開發和實施重大的M&P技術進步。Cytec的洛法魯d表示：“與FACC在這個項目上的合作改變了我們開展業務的方式。”。“對我們來說，了解更多關于客戶如何工作和設計零件的信息非常重要。得益于這一經驗，我們現在有一個應用工程師團隊，與客戶密切合作，了解他們的設計要求，并幫助他們使用我們的材料制造零件。”

感言

本文介紹的是快20年前的技術。時至今日，民機復材擾流板與它大不相同。下圖是A320新擾流板。新擾流板的上下蒙皮和梁是一個共固化的整體。它不用蜂窩夾芯，也不用專門的后邊條。

原文見，《Composite spoilers brake Airbus for landing 》2006.7.1