三菱重工開發出新一代飛機用CFRP

  【日經BP社報道】
  三菱重工業日前面向飛機結構性部件,開發出了不使用加熱爐即可快速硬化的CFRP(碳纖維強化塑料)及新的制造方法。與老方法相比,預計可減削約40%的成本。力爭2015年前后用于小型民用客機。

  先,作為CFPR的母材,開發出了稱為“連鎖硬化聚合物(Chain Curing Polymer,CCP)”的新材料。先利用紫外線使表面的一部分發生硬化,然后利用它所產生的熱量,使之連鎖產生熱硬化反應,即可生成這種材料。

  其主要成分為環氧樹脂,通過適當加入光聚合引發劑和熱聚合引發劑,成功地產生了可將硬化反應時產生的反應熱充分用于后續反應的連鎖反應。從反應來看,先產生“光陽離子硬化”,也就是利用紫外線產生陽離子,使其攻擊分子產生聚合。此時產生的熱量會進一步產生陽離子,由此就能連鎖產生“熱陽離子硬化”。

  三菱重工將這種樹脂運用到了作為FRP(纖維強化塑料)成形法的RTM(Resin Transfer Molding,樹脂轉注成形)法中。所謂RTM法就是指將碳纖維織物放入模具后,使之含浸作為母村的樹脂,然后使之硬化。過去的RTM法通常采用熱硬化法,因此要將整個模具放入大型加熱爐中,進行熱硬化(圖1)。

  而假如使用此次開發的連鎖硬化聚合物,不需使用加熱爐,只要樹脂含浸在織物中,再向其一端照射紫外線,即可進行反應(圖2)。利用這種方法證,該公司已經證實能夠試制出長約1m的“J”字形框架(圖3)使用加熱爐的老方法,其成形時間約需5個小時。而這次的新方法則大大縮短到10分鐘左右(反應溫度約為180℃)。該公司認為,假如能夠形成J字形框架,就能完成其他諸如T字形和I字形等框架構件的成形??蚣軜嫾陲w機結構性部件中屬于核心部件,由此“開發出了飛機結構性部件的創新性制造方法”(三菱重工)。

  CFRP目前已經應用于波音“787”等機身和主翼的結構性部件中,而現有的制造方法通常采用手工粘接CFRP聚酯膠片(在纖維中含浸了各種樹脂的成形之前的薄膜)的“手積法(hand lay-up method )”。需要使用對結構性部件進行熱硬化處理的大型加熱爐。與此相比,此次的新方法由于縮短了成形時間,而且不需加熱爐等初期投資,因此該公司認為“將能節約40%的成本”。據悉將以此為目標加緊進行實用開發。

  此項研究是日本經濟產業省2003年開始實施的一項名為“新一代結構性部件創制加工技術開發”的級項目的一部分。按計劃,將在2007年完成材料與成形法關鍵技術的開發,之后開始進行實際應用的相關研究。力爭2015年前后應用于小型民用客機。(記者:藤堂 安人)