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使用碳纤维复合材料的无人机部件成型工艺
作者:苏州挪恩发布时间:2020-06-30浏览量: 807

复合材料凭借出色的综合性能在无人机制造中得到了广泛的应用。复合材料的变化性较强,设计人员可以根据实际的需求设计出质量轻且弹性高的复合材料结构,可以直接在复合材料上喷涂隐身图层,或者是在复合材料结构中植入传感器、智能芯片,实现对无人机的实时监控和智能化控制。夹层结构和层压板结构是无人机符合材料结构的主要形式,翼身融合结构就是典型的复合材料结构应用,该类结构和相关制造技术也成为无人机制造发展的重要方向。



(图示:碳纤维无人机)


       在无人机的设计制造中,为了实现其结构弹性和刚度分布要求,常常会通过铺设角和材料的层数进行调整。玻璃纤维、碳纤维、环氧树脂以及双马来酰胺树脂都是常见的复合材料制造件增强材料,其中碳纤维复合材料是当前热门的复合材料之一。


       苏州挪恩复合材料在碳纤维无人机方面拥有深厚的技术积累,不仅服务于民用无人机厂商,在军用无人机方面也颇有建树,例如为某军工单位研制的碳纤维隐身无人机,根据反馈,其产品减重效果明显,并顺利通过后续的验证试验,满足使用需求。据挪恩复材的技术人员介绍,较为常用的无人机复合材构件成型工艺主要有以下四种:       

       真空袋成型

       真空袋成型工艺简单且前期不需要过高的投入,操作难度适中,但是成型的压力相对比较小,因而适用于对于质量标准要求不高的复合材料构件制作中。在实际的无人机制造中真空袋成型技术多用于不超过1.5mm 的蜂窝夹层结构和层压板结构的制造生产。


       在小型低速无人机的制造中,真空袋成型技术可以满足大部分零件的生产要求,真空袋成型相较于热压罐成型其成本优势十分显著,因而在低速无人机复合材料制造加工中得到了广泛的应用。在正式进行真空袋成型之前,多采用预浸料铺贴、湿法铺贴等操作。


       在实际的生产过程中湿法操作容易受到人为因素的影响,导致胶液涂刷的不均匀,这种情况在夹层结构成型中尤为明显。此外涂刷方向的不合理还容易导致纤维方向的弯曲、改变,威胁复合材料制造件的稳定性。而采用预浸料铺贴则不会产生上述问题,胶液的涂刷较为均匀,制件的稳定性也可以得到保证。


       模压成型

       模压成型工艺综合了热压罐成型技术和真空袋成型工艺的优点,模压成型工艺较为简单。无人机中舵面等采用泡沫夹层结构的复合材料大多采用该种成型工艺。模压成型就是先制作泡沫芯并将其铺贴蒙皮,铺贴好的泡沫芯便可以放入成型模之中,在成型模复合材料被压紧和固化。


       模压成型技术制造构件的效率较高,且成型压力大,设备投入和构件生产成本适中,经济性较好。将该工艺应用与无人机翼板的制造中,可以确保无人机机翼的外观质量和翼形精度,提高无人机的整体制造质量,加压机的选择是该工艺关键的工序。


       模压成型工艺是泡沫夹芯复合材料构件生产十分出色的一种工艺,将其与泡沫芯材发泡工艺相结合有利于该技术的进步和无人机制造的发展。


       低温成型技术

       低温成型技术可以视作热压罐成型技术的补充,热压罐成型工艺成本和耗能都比较高,因而越来越多的国家开始研究其他的复合材料成型技术。低温成型技术是一种在 60—80℃将材料进行固化成型的工艺,低温聚合树脂可以通过该技术实现成型。


       该技术的适用性较广,不会受到符合材料制造件的尺寸的限制,且直接在常温常压下就可以对材料进行固化。利用低温成型技术制造的构件性能与在 120~180℃高温下成型的产品性能并无显著差异,目前该技术在洛克希德、波音无人机以及 X-36 验证机中都有所应用,低温成型技术的应用可以显著降低无人机复合材料的制造成本。


       热压罐成型

       采用热压罐成型工艺所制造的无人机复合材料构件的相对质量更轻、力学性能出色、内部质量较好且树脂的含量较为均匀。对于速度要求较高的无人机的复合材料构件和主要承重构件多采用热压罐成型工艺进行生产制造。但是热压罐成型技术也存在一定的不足,该工艺对于设备的要求较高,前期投入和加工过程成本都比较高,经济性相对比较差。


       对于预算有限的无人机生产制造,常常会选择低温低压成型技术代替该技术,但是综合来说热压罐成型工艺仍然是复合材料高性能成型工艺。热压罐成型工艺的辅助材料按照模具、隔离材料、挡块、毛坯、吸胶材料、盖板、透气毡、真空袋和密封胶带的顺序进行装袋。


       复合材料的热压罐成型过程中树脂的流动、热传递、化学交联和空隙形成等相互影响相互作用,增加了热压罐成型工艺控制的难度,容易出现贫胶、高孔隙率等加工缺陷。为了保证复合材料构件的质量,必须要对热压罐工艺的压力、温度曲线进行良好的控制。目前相关学者和业界技术人员也建立了可以模拟热压罐成型过程中动力学变化、树脂流动以及热传递等现象的模型来对实际生产进行指导。(推荐阅读:碳纤维复合材料应用在无人机配件中的突出优势)