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测试表明超薄碳板可以生产航空级复合材料零件

美国麻省理工学院的研究人员开发了一种适用于大型复合飞机部件的制造工艺,从而无需使用大型烤箱和高压釜进行固化。

该技术使用产生压力的碳纳米管薄膜,可以显着加快速度并降低制造飞机机身(如机身和机翼)零件的成本。这项为期五年的研究结果于本周发表在《先进材料界面》杂志上 。

测试表明超薄碳板可以生产航空级复合材料零件

麻省理工学院的航空与航天学教授布莱恩·沃德尔(Brian Wardle)表示:“现在我们可以在没有高压釜压力的情况下制造基本结构材料,因此我们可以摆脱所有压力容器和高压釜,它们本身需要时间和金钱来加压。”

研究人员没有将材料层放在烤箱中进行固化,而是将它们包裹在碳纳米管(CNT)的超薄膜中。当将电流施加到薄膜上时,碳纳米管就像纳米级电热毯一样迅速产生热量,从而使其中的材料固化并融合在一起。

研究小组开发的烤箱外(OoO)技术被证明能够生产与传统飞机制造烤箱一样坚固的复合材料,而仅消耗1%的能量。

高压灭菌过程

接下来,研究人员寻找了无需使用大型高压高压釜即可制造高性能复合材料的方法。“材料的每一层都有微观的表面粗糙度,当您将两层合在一起时,空气会被困在粗糙区域之间,这是复合材料中空隙和弱点的主要来源,”沃德尔说。“高压灭菌器可以将这些空隙推到边缘并摆脱它们。”

测试表明超薄碳板可以生产航空级复合材料零件

迄今为止,开发非高压釜(OoA)复合材料制造技术的努力已导致复合材料中约有1%的生产材料中含有空隙。这1%可能会损害材料的强度和寿命,而用高压灭菌器制造的航空级复合材料含有如此少量的空隙,很难对其进行测量。

Wardle说:“ OoA方法的问题还在于材料是经过特殊配制的,没有一种材料适合机翼和机身等主要结构。他们在辅助结构(例如襟翼和门)方面取得了一些进展,但它们仍然会留下空隙。”

纳米管薄膜可避免空隙

麻省理工学院的研究人员将超薄的碳纳米管薄膜放置在通常用于基于高压釜的主要飞机结构制造中的材料层之间。他们将这些层包裹在第二个碳纳米管薄膜中,并施加电流对其进行加热。

测试表明超薄碳板可以生产航空级复合材料零件

随着材料的加热和软化,它们被中间的CNT膜拉动。所得复合材料没有空隙,类似于在高压釜中生产的航空级复合材料。

研究人员对复合材料进行了强度测试,试图将各层分开,其想法是,如果存在空隙,则可使各层更容易分离。

Wardle说:“在这些测试中,我们发现高压灭菌复合材料的强度与用于主要航空航天结构的金标准高压灭菌工艺复合材料一样强。”

下一步

该团队现在正在寻找扩大产生压力的CNT膜的生产的方法,以使CNT和纳米多孔膜工艺可用于制造整个机翼和机身。Wardle补充说:“我们提供了一种新的材料解决方案,可以在您需要的地方提供按需压力。” 除了飞机,世界上大多数复合材料生产的复合材料管道都是用于水,天然气,石油以及生活中所有进出的东西。

“这可以使所有这些事情成为可能,而无需烤箱和高压釜基础设施。”

这项研究得到了空中客车,ANSYS,巴西航空工业公司,洛克希德·马丁公司,萨博公司,萨尔特克斯公司和帝人碳美国公司的部分支持,这是通过麻省理工学院的纳米工程复合航空结构组织(NECST)进行的。

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