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帝人公司Tenax碳纖維預浸料將制造超扇發動機短艙

2021-07-06 15:35:17 中國航空報 陳濟桁

日本帝人公司近日發布公告稱,公司自有品牌Tenax碳纖維預浸料已經通過航空發動機短艙部件(航空發動機整體流線型外殼)的應用驗證,有望在下一代空客飛機發動機——即羅羅公司的“超扇”發動機中裝機應用。日本日機裝公司目前正在為空客公司的“明日推進”計劃開發發動機短艙原型件,該計劃主要由羅羅公司負責,其目標就是開發新一代的“超扇”航空發動機,日機裝公司于2020年9月宣布正式成為該計劃的聯合開發商,主要負責短艙的研發工作。根據進度安排,發動機短艙的原型件將于今年底交付空客公司使用。

材料選用Tenax預浸料

帝人公司的Tenax預浸料具有多種樣式,如單向、編織和粗紗,主要通過碳纖維、玻璃纖維或對位芳綸纖維預浸未固化的熱固性樹脂(環氧樹脂)制成,此外也可預浸碳化硅纖維和瀝青基碳纖維等增強體。Tenax預浸料可采用熱壓罐成型、沖壓成型、真空成型、內壓成型等多種加工方式。這種材料在航空、航天等先進復合材料部件中廣泛應用。

此次被選為發動機短艙部件用材的Tenax預浸料專為使用高性能和快速固化工藝環氧樹脂的航空領域研發。值得注意的是,與應用于飛機上的傳統預浸料相比,Tenax預浸料可在更低的溫度和更短的時間內成型。除了一般的熱壓罐成型外,Tenax預浸料還廣泛適用于大批量生產的模壓成型,實現飛機應用所需的卓越品質。此外,這種預浸料還能夠與自動纖維鋪放技術兼容,因此可以與自動層壓技術和短時成型能力相結合,最大限度地提高生產效率。Tenax預浸料具有出色的生產效率和成本效益,這也是其被日機裝公司選為發動機短艙用材的關鍵原因。

帝人公司發力支持下一代航空航天制造項目

日本帝人公司目前正大力加快飛機產業鏈中下游應用產品的研發工作,這項任務也是其公司2020~2022年中期管理計劃的戰略重點之一。2020年7月,帝人歐洲公司正式成為英國國家復合材料中心(NCC)二級成員,全力支持NCC推進復合材料和制造技術發展。NCC正在大力發展的許多數字化自動沉積技術是其iCAP計劃的一部分,該計劃全稱為數字能力獲取計劃,是一項用于數字化復合材料制造、提高生產率和質量的同時,進一步提高生產效率并降低生產成本的投資計劃。其中超高速率沉積單元是該計劃的重點,它由兩個巨大的工業機器人組成,可以精準、測量、切割、拾取、放置碳纖維織物層,使飛機機翼的生產過程自動化。這項技術可將機翼制造中織物組件數量由過去采用傳統制造方法使用的10000余個減少為150個,從而縮短了機翼結構的制造時間。該技術也將在空客公司的“明日之翼”計劃中發揮關鍵作用。帝人歐洲公司成為NCC的合作伙伴,將在高性能航空航天項目中發揮重要作用,提供符合要求的高質量碳纖維非卷曲織物和各類熱固性、熱塑性預浸料。其碳纖維非卷曲織物此前已經被選為“明日之翼”項目用材。

如今,再次成為“明日推進”計劃的主要材料供應商,帝人公司已經在未來飛機和發動機制造領域均建立起了良好的合作基礎。

面向更廣泛的應用市場推出新材料

為更大程度提升產品在復合材料市場中的份額,帝人公司不斷推陳出新,面向更廣泛的應用市場推出全新的復合材料產品。帝人歐洲公司今年5月19日宣布推出一種基于聚苯硫醚的新型碳纖維熱塑性單向預浸帶(TPUD)。帝人表示,采用PPS基體的新型Tenax TPUD入市將會為對于成本比較敏感的客戶和應用領域帶來全新選擇,該材料不僅能夠顯著降低成本,同時還能夠提供傳統TPUD普遍具有的典型優勢,如耐化學品和溶劑、低易燃性、室溫儲存或運輸以及可回收性等。

由于具有高力學性能,低可燃性、低煙、低毒性和卓越的耐化學性與耐溶劑性,符合健康、安全與環境要求,這種新型預浸帶可在飛機或軌道車輛的內飾中應用,也可在其他適合領域廣泛使用。該材料的最高連續工作溫度高達220℃,具有極低的吸水率、良好的高溫抗蠕變性和高尺寸穩定性,因此在航空航天、石油天然氣等工作環境嚴苛的領域都具有良好的適用性,此外還可下放推廣應用至體育用產品中,不僅性能優異同時還能保證成本效益。這些特性保證了該產品可與自動鋪帶或自動纖維鋪放技術結合使用,并能夠使用注塑成型處理復雜的幾何形狀。

熱塑性預浸帶可在室溫下存放、裝運,可使用非熱壓罐技術固化(沖壓成型、真空袋成型等),具有循環時間短,可熱成型、可與熱塑接合技術兼容等特點,最重要的是能夠較好地實現回收再利用,使得成本更低。最近10年,帝人位于德國的工廠一直利用碳纖維和熱塑性樹脂制造TPUD,目前已經可以提供基于聚醚醚酮和聚芳醚酮的預浸帶。新加入熱塑性樹脂體系的聚苯硫醚與聚醚醚酮或聚芳醚酮相比,所需的工藝溫度更低,生產效率將會明顯提升。對于工業領域市場來說,這種生產率提高使制造流程更具成本效益被認為達到了一個里程碑。

為了滿足廣泛應用領域的需求,帝人可提供各種不同Tenax TPUD產品。不同的熱塑性預浸帶可選擇不同的樹脂基體上,同時也可以配合使用拉伸強度和模量的不同的Tenax碳纖維,這可以保證針對不同的技術要求能夠搭配出最適合的預浸料配方。帝人公司的Tenax TPUD產品能夠在卷長度達2000米,寬度達24英寸時提供100~190克/平方米的各種纖維基重。按照帝人公司的安排,今年第一季度已經開始提供使用PPS基體TenaxTPUD。

責任編輯:實習編輯