用碳纖維織物制造復(fù)合材料,將這種復(fù)合材料用于汽車、飛機(jī)、艦船等行業(yè)的零部件,可以減輕重量、提高零部件的強(qiáng)力和耐磨性,這是一項(xiàng)具有發(fā)展前景的事業(yè)。碳纖維織物制造航空工業(yè)復(fù)合材料零部件,其發(fā)展是沿用ResinTransferMoulding技術(shù)(簡稱RTM技術(shù))。俄羅斯從上世紀(jì)八十年代起,由莫斯科國立設(shè)計和工藝大學(xué)、國家航空工藝研究院股份公司等單位,用RTM技術(shù)成功研制了“暴風(fēng)雪”號軌道飛船的熱防護(hù)罩和飛船外緣板。近年兩單位合作,將碳纖維織物轉(zhuǎn)向民用飛機(jī)零部件的研發(fā),主要課題從三方面進(jìn)行:
1、制造渦輪噴氣式雙回路發(fā)動機(jī)的排風(fēng)葉片。用碳纖維和玻璃纖維,織成多層不同厚度、具有彎曲度的織物,通過經(jīng)紗和緯紗成網(wǎng)時角度的變化(紗線扭曲角度23°)使織物擁有一定的彎曲度,多層彎曲的織物組合起來,形成葉片整體的彎曲度,而且在葉片根部,呈一個特殊的“垂直的粗根基部”,這個部位便于葉片往軸上安裝。此法比原來把葉片分成兩截制造省事,并提高葉片預(yù)制件在浸漬時的穩(wěn)定性。葉片曲面,對應(yīng)葉片安裝軸的角度:O°±45°,90°。O°占葉片面積60-80%,±45°占10-20%,90°占10-20%。使用自動化三維空間設(shè)計,將織物裁剪組合制成高精度葉片預(yù)制件,放入真空袋保存(為了保證其中各成分的精確性)。以后的工序是把葉片預(yù)制件放進(jìn)壓模中,進(jìn)行一定溫度和壓力的浸漬過程。這種碳纖維和玻璃纖維用RTM技術(shù)制造的發(fā)動機(jī)排風(fēng)葉片,經(jīng)無損傷檢測后,在俄羅斯中央航空流體動力學(xué)研究院進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
2、研制整塊無縫織物、三維條子增強(qiáng)的發(fā)動機(jī)葉片。用地形學(xué)方法設(shè)定和再現(xiàn)葉片的彎曲形狀,研究在葉片的立體空間內(nèi),條子的放置和編織,研究條子的定向編織層。用不復(fù)雜的設(shè)備編織整塊葉片,原始數(shù)據(jù)送到設(shè)計室,分析今后生產(chǎn)應(yīng)用的可行性。
3、研制碳纖維和玻璃纖維織物增強(qiáng)的飛機(jī)舷窗框。民用噴氣飛機(jī)兩側(cè)機(jī)身有很多圓形舷窗,其他國家工藝制造的舷窗框,共同的不足是窗框有接鏈,這樣會降低窗框的強(qiáng)力。研究課題是碳纖維和玻璃纖維,采用對角線編織,織成筒狀織物,包覆增強(qiáng)窗框強(qiáng)力。由于窗框橫截面為T型,因此筒狀織物也要有尺寸變化,以適應(yīng)窗框形狀,做到包覆之后,窗框外表面無皺褶、無接縫。此項(xiàng)研究引起俄羅斯五個主要航空工業(yè)企業(yè)的關(guān)注,目前莫斯科國立設(shè)計和工藝大學(xué)和俄羅斯國家航空工藝研究院股份公司正在購置和改進(jìn)設(shè)備,準(zhǔn)備試生產(chǎn)。
兩研究單位與企業(yè)共同進(jìn)行科研和設(shè)計――實(shí)驗(yàn)工作,研制結(jié)果證明,用碳纖維和玻璃纖維代替航空工業(yè)的貴金屬雖有一定的難度,但零件重量可減輕30-50%,成本可下降二分之一到三分之一。另外碳纖維在破損時變成較軟的材料,比較安全,不會產(chǎn)生金屬樣的危險碎片。