專家楊超凡：探秘空客復合材料民機流體膜壓固結新工藝
空客準備在2030-2035年推出新單通道、 150座級民機。它將取代現在的 A320。新民機機翼用熱固性、環氧樹脂基碳纖維復合材料制造。機身用高性能熱塑性樹脂基，碳纖維復合材料制造。今年年底完成直徑 4m、長 8m 的機身筒體試驗件。試驗件的零件連接采用焊接。裝配中不鉆孔、不打鉚釘。機身筒體試驗件，分成上下兩半組件分別制造。
空客計劃每月將制造 70-100 架新民機。因此，零、組部件的制造速率得超過總裝。近報道一種流體膜壓固結工藝（hydrostatic membrane press consolidationprocess） 代替熱塑性焊接。同時展示了 1.2x 0.7m 碳纖維/聚芳醚酮（Carbon fiber/PAEK）復合材料預制長桁與蒙皮固結的試驗件。這種工藝適合高速率連接機身長桁與蒙皮。
流體膜壓固結工藝， 熱塑性碳纖維復合材料零件連接時，用同步加熱、加油壓將零件固結在一起， 取代焊接工藝。它是一個固結過程，而不是一個復雜形狀的成形過程。
將預先制造好的長桁放入下部模具中，然后將蒙皮放置在頂部，再在蒙皮上面覆蓋厚度小于 1.0mm 不銹鋼薄膜。然后，進行固結過程。將上下模具加熱到400°C,使蒙皮和長桁中熱塑性基體達到的熔融溫度。然后，使用壓機保持模具關閉，同時在不銹鋼膜片后面的油腔加壓。在這個過程中，所有長桁和蒙皮都被完全重新熔化，然后冷卻，形成一個整體的固結結構。
總結試驗件工作：
◆ 熱塑性復合材料蒙皮單個組件<70 分鐘周期內與長桁固結（該循環包括 30 分鐘的上升、10 分鐘的保持和 30 分鐘的冷卻） 。
◆ 在機加工模具/型芯中使用加熱油、不銹鋼膜和新合金（Kovar metal alloys） ，在整個蒙皮上均勻施加 20 巴的流體壓力，包括蒙皮中的
鋪層和 Z 形長桁腹板的正交壓力。
◆ 消除真空袋和輔助材料，節省成本、時間和輔助材料。
科瓦爾（Kovar ） 是一種鎳鈷鐵合金。
應用前景
目前已經開發了足夠大的壓力機和內膜模具的初始圖紙，以固結由聚醚醚酮(PEEK)和聚芳醚酮（PAEK） 復合材料制成的高達 5 x 25 米的機身壁板。此工藝可用于熱固性復合材料，終固化。
由于制造周期短，有可能將這項技術轉化為城市或先進的空中機動（UAM- Urban Air Mobility /AAM- Advanced Air Mobility） 和無人機。
編后語：
流體膜壓固結工藝， 在民機制造中從未使用過。國內能看到的資料，也是近的報道。蒙皮的下模具表面，開出諸多定位長桁的槽口。這種模具結構與波音 787 機身筒體模具有異曲同工之妙。它在制造中極大地縮短了機身蒙皮與幾十根長桁連接工作和時間。油腔、不銹鋼膜加壓設計， 巧就巧在它不僅能夠對較平坦的蒙皮、長桁均勻加壓， 也能夠對曲面蒙皮、長桁均勻加壓。
本文是根據原文通過自己理解寫成。對中文名詞
定義和概念有異議，可交流、討論。
楊超凡 2022.4
楊超凡簡介：飛機制造高級專家，近年專攻民機復合材料。原航空工業部批研究員級高級工程師，享受國務院特殊津貼。
