复合材料与航空

报告人：李延灏2012.9,复合材料与航空,内容,碳纤维增强树脂基复合材料,复合材料的加工,复合材料概述,一,一复合材料概述,1复合材料简介,先进复合材料(AdvancedCompositeMaterials,ACM)ACM的特点：比强度、比模量高可设计性强抗疲劳性能好耐腐蚀性能优越便于大面积整体成型等,2复合材料的分类,陶瓷基,树脂基,金属基,碳基,其它,3纤维增强复合材料,（1）碳纤维增强复合材料（CarbonFiberReinforcedPlastic,CFRP）（2）玻璃纤维增强复合材料（GlassFiberReinforcedPlastic,GFRP），主要由SiO2玻璃熔体制成，某些性能接近于钢，可代替钢使用，故又称“玻璃钢”（3）硼纤维增强复合材料（BoronFiberReinforcedPlastic,BFRP），应用起步稍晚，性能与CFRP接近。基体为树脂。（4）芳纶纤维增强复合材料（KevlarFiberReinforcedPlastic,KFRP）,在航空、航天等工业中，纤维增强复合材料用得较多，主要有：,4复合材料的性质,常用增强材料的性能,5复合材料在飞机上的应用现状,军用飞机用复合材料现状,民用客机复合材料的用量,二碳纤维增强树脂基复合材料,1碳纤维简介,高强T系列高模M系列MJ系列公司总产量的80%以上是T300,2碳纤维牌号,2碳纤维牌号,2碳纤维牌号,抗拉强度最大,3常用的树脂基,性质,3常用的树脂基,性质,A380：复合材料占25%，其中环氧基纤维复合材料占22%,4几种高性能环氧树脂复合材料,（1）T-300/4211体系（2）T-300/5208体系（3）T-300/LWR-1体系（4）T-300/914C体系,北京航空材料研究所和北京航空工艺研究所1984年研制成功。4211环氧基体由648酚醛环氧树脂和BF3MEA组成。其突出优点是有良好的工艺性，预浸料可在室温下存放。缺点是脆性大，对湿热敏感。T-300/4211复合材料可在120以下使用。已用于飞机的垂直安定面，飞机进气道外侧壁板等。,（1）T-300/4211体系,（2）T-300/5208体系,美国Narmco公司1972年研制成功。5208基体由4,4-二氨基二苯甲烷四缩水甘油胺环氧树脂(TGDDM)和4,4-二氨基二苯砜(DDS)组成。性能好，能在177下使用，美国绝大多数飞机复合材料结构件都采用碳纤维和5208或5208同系树脂体系制成。5208被称为第一代树脂基体。,（3）T-300/LWR-1体系,北京航空工艺研究所和黑龙江石化所1989年研制成功。LWR-1基体由E-54，DDS及促进剂组成，它可中温(120130)固化。具有良好的耐湿热性能。可在80以下使用。已用于前机身。,（4）T-300/914C体系,目前欧洲空中客车飞机和海豚直升机等广泛使用的高性能环氧复合材料。914C是一种改性环氧树脂。T-300/914C预浸料由Ciba公司生产。T-300/914C复合材料与T-300/5208复合材料性能相当。可在-50180使用。,三复合材料的加工,1复合材料的切削加工,复合材料用量越来越大，但一般近净成形，尚未用于配合尺寸，一般不需要车、铣、磨等加工，机械加工包括制孔、切边等。,2复合材料的制孔,专用刀具和工具,钻孔注意事项,A钻2.5-8mm的通孔，转速为800r/min-2800r/min，进给量为0.01mm/r-0.06mm/rB硬质合金麻花钻头推荐的几何参数C在CFRP、GFRP构件上钻孔时，应在出口面加垫板加紧，尽量将钻孔出口面放于锪窝面D对KFRP应两面加垫板加紧。转速为2400r/min-4100r/min，进给量为0.01mm/r-0.03mm/rE主轴全跳动不大于0.05mmF工具声强不大于90dB,3铰孔与扩孔,4复合材料的锪窝,一般应使用硬质合金锪窝钻或金刚石锪窝钻，对GFRP可用普通锪窝钻；硬质合金锪窝钻锪窝，转速为500r/min-800r/min，金刚石锪窝钻锪窝时转速为800r/min-1400r/min，锪窝钻必须在旋转以后接触工件。,5复合材料的铆接,常用的压铆设备：手提压铆机和固定压铆机。铆接常用的铆枪和拉枪：普通铆枪（用于实心铆钉铆接）和专用拉枪（用于抽芯铆钉铆接）。对CFRP的铆接优先采用蒙乃尔铆钉、钛铆钉、钛合金铆钉或不锈钢铆钉。对CFRP，普通实心铆钉应使用压铆。无法压铆时，可使用低功率铆枪。对KFRP及GFRP纤维复合材料结构的铆接，可使用压铆