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思瑞安芯材在航空领域的解决方案,及新产品 AIREX® TegraCoreTM 的性能特点

来源:国际复材技术商情     发布时间:2020-09-09
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由于其轻质高强的性能优势,纤维增强塑料类复合材料(下称复合材料)在各个工业领域得到了广泛的应用。对于大尺寸板壳状制品,复合材料夹层结构由于其“更轻更强”的突出优点而备受设计师青睐。航空业是复杂轻量化系统最具代表性的应用领域,复合材料夹层结构可以帮助飞行器大幅度减轻重量,从而提高飞行性能、降低燃料成本、减少对环境的负面影响,同时还可以提高有效载荷。


在复合材料夹层结构中,芯材起着四两拨千斤的作用,芯材的选择是决定整个结构性能好坏的关键因素之一。芯材的基本功能是通过增加结构的惯性矩从而大幅提高结构刚度,同时承担结构在受力时的大部分剪切载荷。众多其他方面的要求也同样重要,例如特定的工艺条件、长期稳定性、耐极端温度、雷达透波性等。


思瑞安复合材料集团的AIREX®和BALTEK®系列组合产品为客户在航空领域夹层结构的优化设计提供了大力支持,其新产品AIREX®TegraCore为客户提供了又一新的选择。


1.复合材料夹层结构基本原理概述


复合材料夹层结构由强度很高的面层和强度较低的轻质夹芯材料组成,在弯曲荷载下,上下面层承担主要的拉应力和压应力,芯材主要承担剪切应力。芯材的力学作用机理是连接面层使之成为整体构件,让薄而强的面层在承担较高拉压应力的同时不发生屈曲,并将剪切力从面层传向内层。


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图 1 截面拉、压应力分布


在弯曲载荷作用下,假设面层和芯材的界面没有损坏,即在界面处的变形是连续的,且材料处于线弹性范围内,则夹层结构产生的拉压应力分布趋势如图1所示。


根据材料力学梁的弯曲理论,夹层结构中简化后的剪应力分布如图2所示。


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图 2 简化后的剪应力分布


从上面的分析可以看到,面层承担了大部分的拉、压力,芯材承担了大部分的剪力。如果分开来看,面层的强度和刚度都远大于芯材,夹层结构设计者需要从性能、加工工艺、综合成本等方面考虑,选用适当种类和密度的芯材,合理设计面层和芯材的厚度,以实现最优的设计方案。


2.思瑞安芯材为航空领域提供的解决方案


航空业复合材料夹层结构采用的芯材包括硬质泡沫类、蜂窝类、轻木等。思瑞安AIREX®系列泡沫(R82,T90,C70,C71)和BALTEK®系列轻木(SB,SBC)可以为航空业提供完美的芯材解决方案,几乎可满足所有航空应用领域的要求,包括结构件、内饰、运输容器、雷达罩、管道系统等。思瑞安芯材在航空业应用中已经表现出诸多优点,例如防火性极佳(能最高可以满足FAR25'853要求),高强度/重量比,雷达波损耗极低,保温隔热,工艺操作便利等。


下面以AIREX®R82系列泡沫为例来介绍其性能特点。AIREX®R82系列泡沫为闭孔热塑性聚合物泡沫,烟、毒性极低,具有出色的防火和介电性。其主要物理性能如表1。

 

                                                                     表1

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该系列泡沫的防火阻燃性能如表2。


                                                                  表2

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3.思瑞安新产品AIREX®TegraCoreTMAIREX®


TegraCoreTM为闭孔热塑性结构泡沫,具有出色的防火性能,不易燃,烟、毒及放热极低,且有耐高温、轻质高强的优点。此外,该泡沫吸湿性极低、树脂吸收量低、可热成型、不易损伤、耐化学性好,集众多优点于一身,是一款综合性能出色的产品,适用于有严格防火要求、形状复杂、使用环境恶劣的轻质复合材料制品。



                                                                     表3

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该泡沫的性能特点如下:


◆超过FAR25.853要求:几乎零烟排放,轻松通过OSU放热测试


◆最高工艺温度高达180°C


◆湿热环境下仍保持较好性能


◆卓越的抗冲击性(无脆裂)


◆对航空流体有很好的耐化学性


◆飞行条件下的尺寸稳定性好


◆易于CNC加工,易于热成型复杂形状


◆可用于热塑性和热固性复合材料该泡沫的主要物理性能如表3。


该系列泡沫的防火阻燃性能如表4。


                                                                                     表4

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除了上述优异的综合性能之外,该泡沫可以用于粘接、热成型、预浸料、热压成型、热塑性加工、自动铺带(ATL/CTL)等成型工艺,将会为航空业复合材料夹层结构提供又一优秀的选择,可以应用于内饰件、行李柜、侧壁、座椅罩板、厨房、边缘填充、餐车、绝缘板等诸多部件中去。


4.小结

轻量化是航空业永恒的追求,随着航空器设计、制造技术的进步,复合材料被用于越来越多的航空部件,夹层结构的应用也随之增多。同时,夹层结构的面层材料、夹层成型工艺在不断发展,所以对芯材也会提出新的要求,思瑞安拥有多个系列的芯材产品及多年的成功经验,会持续为航空业的客户提供合适的芯材产品和专业的技术支持。


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