麻省理工學(xué)院的研究人員開(kāi)發(fā)了一種適用于大型復(fù)合材料飛機(jī)部件的制造工藝，從而消除了使用大型烤箱和高壓滅菌器進(jìn)行固化的需要。

這項(xiàng)技術(shù)使用了產(chǎn)生壓力的碳納米管薄膜，可以顯著加快速度，降低制造飛機(jī)機(jī)身(如機(jī)身和機(jī)翼)零件的成本。這項(xiàng)為期五年的研究結(jié)果發(fā)表在本周的《先進(jìn)材料界面》上。

麻省理工學(xué)院航空航天學(xué)教授布萊恩瓦德?tīng)?Brian waddell)說(shuō)：“現(xiàn)在我們可以在沒(méi)有高壓釜壓力的情況下制造基本的結(jié)構(gòu)材料，這樣我們就可以擺脫所有的壓力容器和高壓釜，它們本身需要時(shí)間和金錢來(lái)加壓?！?

研究人員沒(méi)有在烤箱中固化材料層，而是將它們包裹在超薄碳納米管薄膜中。當(dāng)電流施加到薄膜上時(shí)，碳納米管產(chǎn)生熱量的速度就像納米級(jí)電熱毯一樣快，這樣碳納米管中的材料就會(huì)凝固并融合在一起。

研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的OoO技術(shù)已被證明能夠生產(chǎn)出與傳統(tǒng)飛機(jī)制造烤箱一樣堅(jiān)固的復(fù)合材料，能耗僅為1%。

高壓釜過(guò)程

接下來(lái)，研究人員找到了一種不使用大型高壓滅菌器制造高性能復(fù)合材料的方法?！安牧系拿恳粚佣加形⒂^表面粗糙度，當(dāng)你將兩層層壓在一起時(shí)，空氣會(huì)被截留在粗糙區(qū)域之間，這是復(fù)合材料中空隙和弱點(diǎn)的主要來(lái)源，”waddell說(shuō)。"高壓滅菌器可以把這些縫隙推到邊緣，然后把它們?nèi)サ?"

到目前為止，開(kāi)發(fā)非熱壓罐(OoA)復(fù)合材料制造技術(shù)的努力已經(jīng)導(dǎo)致大約1%的復(fù)合材料含有空隙。這1%可能會(huì)破壞材料的強(qiáng)度和壽命，而熱壓罐制造的航空級(jí)復(fù)合材料包含的空隙很少，很難測(cè)量。

沃德?tīng)栒f(shuō)：“OoA方法的問(wèn)題在于材料是專門配制的，沒(méi)有一種適合機(jī)翼、機(jī)身等主要結(jié)構(gòu)。他們?cè)谳o助結(jié)構(gòu)(如襟翼和門)方面取得了一些進(jìn)展，但仍會(huì)留下缺口?！?

納米管薄膜可以避免空洞。

麻省理工學(xué)院的研究人員將超薄碳納米管薄膜置于材料層之間，這些材料層通常用于制造基于高壓釜的主要飛機(jī)結(jié)構(gòu)。他們將這些層包裹在第二層碳納米管薄膜中，并施加電流對(duì)其進(jìn)行加熱。

當(dāng)材料被加熱和軟化時(shí)，它們被中間的碳納米管薄膜拉動(dòng)。所得復(fù)合材料沒(méi)有空隙，這類似于在高壓釜中生產(chǎn)的航空級(jí)復(fù)合材料。

研究人員測(cè)試了復(fù)合材料的強(qiáng)度，并試圖分離這些層。這個(gè)想法是，如果有間隙，這些層可以更容易地分開(kāi)。

沃德?tīng)栒f(shuō)：“在這些測(cè)試中，我們發(fā)現(xiàn)蒸壓復(fù)合材料的強(qiáng)度與主要航空航天結(jié)構(gòu)中使用的黃金標(biāo)準(zhǔn)蒸壓復(fù)合材料的強(qiáng)度相當(dāng)?！?

下一步

該團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在正在尋找擴(kuò)大壓力產(chǎn)生碳納米管薄膜生產(chǎn)的方法，以便碳納米管和納米多孔薄膜工藝可以用于制造整個(gè)機(jī)翼和機(jī)身。沃德?tīng)栄a(bǔ)充說(shuō)：“我們提供了一種新的材料解決方案，可以在您需要的地方提供按需壓力?！背孙w機(jī)，世界上大多數(shù)由復(fù)合材料生產(chǎn)的復(fù)合管都用于水、天然氣、石油以及生活中進(jìn)出的所有東西。

"沒(méi)有烤箱和高壓滅菌器的基礎(chǔ)設(shè)施，這一切都有可能實(shí)現(xiàn)."

這項(xiàng)研究由空客、ANSYS、巴西航空工業(yè)公司、洛克希德馬丁公司、薩博公司、Saltex公司和美國(guó)Teijin Carbon公司支持，通過(guò)麻省理工學(xué)院的納米工程復(fù)合航空結(jié)構(gòu)組織(NECST)進(jìn)行。

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