2 自動鋪帶技術(shù)

隨著復合材料構(gòu)件在航空航天器上的大量應用，完全人工鋪放和數(shù)字化輔助人工鋪放缺點日益顯露，要求鋪層人員有很高的技藝和施工經(jīng)驗，手工鋪貼費工費時，效率低、成本高，難以適應大批量生產(chǎn)和大型復雜復合材料制件的生產(chǎn)要求。自動鋪帶應運而生，作為手工帶鋪放的替代，其采用自動控制技術(shù)實現(xiàn)預浸帶的定位、鋪放、壓實、剪裁等功能，尤其適合小曲率曲面構(gòu)件( 如筒段、翼面、壁板等) 的自動化成型[8]。

航天材料及工藝研究所以大型筒形結(jié)構(gòu)復合材料構(gòu)件為目標開展了自動鋪帶技術(shù)工程應用研究。突破了高性能干法預浸料制備技術(shù)，研制出了適于自動鋪帶使用的預浸料JT300/605，其性能如表1所示，實現(xiàn)了自動鋪帶用預浸料的批量生產(chǎn)；突破了預浸料分切技術(shù)（見圖1），形成了各種幅寬的自動鋪帶用預浸帶的分切制備能力，分切寬度達10~150mm，分切精度為±0.5mm/100m，初步滿足了現(xiàn)階段航天復合材料自動鋪帶成型的原材料需求；以圓筒形結(jié)構(gòu)件為對象，采用研制的JT300/605熱熔法預浸帶，基于自動鋪帶成型系統(tǒng)，開展自動鋪帶成型工藝，分別從鋪放角度范圍、鋪放質(zhì)量、鋪放效率、鋪放精度等方面對筒形結(jié)構(gòu)自動鋪帶工藝進行了分析研究及技術(shù)改進，顯著提高了預浸帶的鋪層精度和質(zhì)量一致性，預浸帶間隙或重疊≤ 1mm，鋪帶角度與理論鋪帶角度偏差≤ 0.2°；通過筒形結(jié)構(gòu)件的鋪放試驗研究，積累了自動鋪帶成型用大尺寸筒形結(jié)構(gòu)模具的設(shè)計經(jīng)驗，掌握了自動鋪帶成型用筒形結(jié)構(gòu)模具設(shè)計技術(shù)。在國內(nèi)首次實現(xiàn)了復合材料自動鋪帶技術(shù)的工程化應用，研究成果已推廣應用于多種航天產(chǎn)品的研制生產(chǎn)。

3 纖維纏繞技術(shù)

纖維濕法纏繞成型是實現(xiàn)復合材料“低成本、高性能”的重要手段之一，也是發(fā)展較早、技術(shù)相對成熟的復合材料自動化成型技術(shù)。在先進復合材料，尤其航天航空高性能復合材料結(jié)構(gòu)制造中應用極為廣泛，占據(jù)相當重要的地位，主要包括各類壓力容器、固體火箭發(fā)動機殼體、承力碳管、管道、貯罐、發(fā)電機葉片等。復合材料壓力容器已成為航空航天結(jié)構(gòu)動力系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部件之一，無論從結(jié)構(gòu)重量還是從所占據(jù)的幾何空間上看，都占有極高的比例，而其減重要求是制約著新一代先進發(fā)動機系統(tǒng)的研制和發(fā)展的技術(shù)瓶頸之一。如何設(shè)計和制備出輕量化的復合材料壓力容器，最大化地減輕系統(tǒng)的重量，是復合材料研究人員追求的目標。世界發(fā)達國家均將發(fā)展輕量化復合材料壓力容器技術(shù)列為太空探索的關(guān)鍵技術(shù)之一，如美國NASA提出的新航空研究計劃（New Aeronautics Research Program）、2030年前的太空探索規(guī)劃（3rd Space Exploration Conference & Exhibit）、歐洲木星探索計劃等[9]。

航天材料及工藝研究所已經(jīng)開展了纖維濕法纏繞成型技術(shù)在航天結(jié)構(gòu)件的應用開發(fā)研究。基于航天環(huán)境對基體樹脂的特殊需求，改進了復合材料濕法纏繞樹脂的配方，開發(fā)了高韌性環(huán)氧樹脂體系C601；突破了高性能復合材料氣瓶的濕法纏繞成型技術(shù)，初步建立了復合材料壓力容器設(shè)計、制備、試驗和測試評價一體化的技術(shù)集成系統(tǒng)，有效地提高了復合材料氣瓶成型的設(shè)計制造能力，為輕量化復合材料壓力容器的可靠應用提供了技術(shù)保障。

目前，航天材料及工藝研究所形成了涵蓋多類內(nèi)襯（鋁合金內(nèi)襯、鈦合金內(nèi)襯等）、多類纖維（玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維等）、多種結(jié)構(gòu)形式（柱形、球形、環(huán)形）的復合材料壓力容器研制能力，研制出了滿足設(shè)計要求的增壓系統(tǒng)用復合材料氣瓶結(jié)構(gòu)件，滿足新一代運載火箭系統(tǒng)輕量化的發(fā)展需要。