Solvay和波音联合开发出快速高效的轻量化飞机用复合材料

Solvay和波音公司已经生产了新一代复合材料Cycom EP2750,以加速向更轻、污染更小的飞机发展。传统复合材料的零件加工是一个漫长的过程。这种新的复合材料速度快,使用方便,使用该复合材料可节省10%至15%的燃料。

Cycom EP2750的开发是苏威公司和波音公司之间紧密合作的成果。三年多前,两家公司开始合作以更好地了解航空航天工业在高速、高成本效益零件制造和相关技术挑战方面的需求,并开发材料和工艺解决方案以应对这些挑战,以及通过制造各种有代表性的零件来证明所获得的能力。Cycom EP2750是JEC航空航天领域世界创新奖的三个入围者之一。

到目前为止,已在模拟生产环境中制造了超过300多种具有五种不同设计的零件,证明该方法可以有效地缩短周期并提高性能。两家公司分工合作——波音公司设定了生产率(即从一个机组开始生产到下一个机组开始生产的平均时间)、材料性能和基于典型航空航天小部件提供的部件设计的期望值,而Solvay则制定了工装要求、预浸料材料和制造工艺。现在,这项创新即将使复合材料零件的成本与金属在飞机零件上具有竞争力,制造商准备将越来越多的零件从金属转换为复合材料,突破50%的临界点,从而进一步减少飞机造成的排放。

更轻的飞机为乘客带来了更舒适的旅行体验:它们不需要飞得那么高,所以机舱内的空气压力更低,而湿度更高,从而减少了时差。复合材料带来的设计自由意味着可以在提高乘客舒适性方面做出更多努力。

最主要的是它允许的固化时间。由于需要高压釜固化时间,用树脂预浸渍的碳纤维制造零件通常需要数小时。但Cycom EP2750大大减少了这一时间,因此可以将制造速度提高10到20倍。

该产品与目前用于制造复合材料零件的最快加工技术(双隔膜成形DDF和弹簧框架压力机制造)的兼容性也使得这一点成为可能。机器人可以很容易地处理这些部件,再加上树脂的快速固化特性,使循环时间从8.5小时缩短到30分钟。随着零件制造速度的加快,资产利用率更低,生产量更高;此外,热压缩成型比高压釜制造更具成本效益,特别是对于较小的零件。

综上所述,这些因素决定性地降低了每个零件的总成本,从而使复合材料与传统的机加工铝具有竞争力。这虽然仅适用于中小型零件,但符合航空航天性能和质量标准,这意味着它们可以用于一级和二级结构,复杂的几何形状也不是问题。

Cycom EP2750的目标是航空工业中需要高速制造大量零件的领域,如军用飞机、无人驾驶飞机以及城市空中出租车等新兴领域;对于这些垂直升降飞机,高性能轻质复合材料无疑是人们感兴趣的。

在所有这些市场中,目前的复合材料技术速度太慢,无法跟上制造业增长速度。这种新材料不仅提供了必要的快速制造,而且还提供了他们为提高竞争力而追求的成本效益。

飞机需要变轻。航空业正在寻找任何智能解决方案,来帮助其建造消耗更少燃料、排放更少二氧化碳的飞机,从而减少其对航空运输碳足迹(目前占全球排放量的2%)的直接贡献。这些解决方案中最容易获得的是用复合材料代替金属制造飞机,这是制造商多年来一直遵循的一个方向,用碳纤维逐步取代越来越多的金属部件。事实上,如今某些商用飞机的飞行量几乎达到复合材料的50%。航空航天业估计,使用该款复合材料可节省10%至15%的燃料。