J型加筋復(fù)合材料壁板筋條“R”區(qū)質(zhì)量控制技術(shù)研究

李 義，葉宏軍，翟全勝

（中航復(fù)合材料有限責(zé)任公司；中航工業(yè)復(fù)合材料技術(shù)中心，北京 101300）

復(fù)合材料由于其具有比強(qiáng)度高、比模量高、耐腐蝕等諸多優(yōu)勢(shì)，不僅在軍機(jī)上得到廣泛應(yīng)用，在大型民機(jī)上的機(jī)體結(jié)構(gòu)上也得到了大量應(yīng)用。其應(yīng)用部位覆蓋了主承力結(jié)構(gòu)、次承力結(jié)構(gòu)及非承力結(jié)構(gòu)；機(jī)身、機(jī)翼、襟翼、垂尾、進(jìn)氣道、副翼、口蓋、起落架艙門等是其應(yīng)用的主要部位[1-3]，尤其在21世紀(jì)，先進(jìn)復(fù)合材料得到了井噴式發(fā)展。目前在飛機(jī)機(jī)身上，常采用J型加筋復(fù)合材料壁板結(jié)構(gòu)，J型筋條對(duì)蒙皮剛度提高較大，承載效率高，而且節(jié)省空間，特別在后期裝配時(shí)方便連接及安裝其他部件。J型加筋壁板由于其結(jié)構(gòu)特殊，筋條存在上、下R角，在成型過(guò)程中R角由于壓力傳遞較弱容易產(chǎn)生分層等質(zhì)量缺陷。本文針對(duì)J型加筋復(fù)合材料壁板結(jié)構(gòu)，通過(guò)成型模具方案及軟模結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，逐步解決了R角的內(nèi)部質(zhì)量問(wèn)題[4-7]。

1 結(jié)構(gòu)介紹

本文所規(guī)定的“R”區(qū)包括筋條下R區(qū)及上R角，下R區(qū)包括下R角及填充區(qū)，如圖1所示。J型加筋壁板在膠接共固化過(guò)程中“R”區(qū)質(zhì)量較難控制，容易產(chǎn)生一系列缺陷，主要集中在R角分層、空隙處，無(wú)損檢測(cè)上表現(xiàn)為出現(xiàn)同一深度的信號(hào)波或不同深度的雜波；填充區(qū)出現(xiàn)空隙，無(wú)損檢測(cè)表現(xiàn)為遠(yuǎn)離膠膜層厚度處出現(xiàn)信號(hào)。

圖1 J型筋條上、下“R”區(qū)示意圖

2 成型工藝及解決措施

J型加筋是一種較為常見的加筋結(jié)構(gòu)形式，相比于傳統(tǒng)的T型加筋，成型過(guò)程壓力傳遞較為復(fù)雜，為保證筋條上R角及下R區(qū)的內(nèi)部質(zhì)量，采用軟硬模搭配的模具組合方式，一般有2種成型方式，即陽(yáng)模成型法和陰模成型法，如圖2所示。陽(yáng)模成型法有利于筋條“R”區(qū)壓力的傳遞，“R”區(qū)是筋條加壓的薄弱點(diǎn)，容易產(chǎn)生空隙、分層等缺陷，該方法使筋條整體受到側(cè)向下的壓力，有利于“R”區(qū)壓力施加，內(nèi)部質(zhì)量穩(wěn)定，且方便筋條膠接時(shí)真空袋的封裝，真空袋不容易產(chǎn)生架橋，封裝效率比較高，因此本文采用陽(yáng)模成型法。

圖2 J型加筋的2種成型方法

圖3 3種不同結(jié)構(gòu)的軟模

圖4 筋條上R角超聲A掃及金相顯微缺陷圖

J型加筋一側(cè)采用鋼模，另一側(cè)采用軟模，由于軟模容易變形，因此填充量對(duì)內(nèi)部質(zhì)量的影響變小，反而軟模的結(jié)構(gòu)對(duì)筋條在成型過(guò)程中壓力的傳遞影響較大。本文分別對(duì)設(shè)計(jì)的3種不同結(jié)構(gòu)的軟模制造的筋條進(jìn)行了批次穩(wěn)定性的無(wú)損檢測(cè)測(cè)試，如圖3所示。

為增加成型軟模的剛度，一般在AirPad橡膠中增加一層碳纖維織物作為支撐，方案1采用的是此種結(jié)構(gòu)，經(jīng)過(guò)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，某些筋條上R角、下R區(qū)出現(xiàn)分層，如圖4所示；方案2在方案1的基礎(chǔ)上將碳纖維織物在上R角部位斷開，經(jīng)檢測(cè)筋條上R角合格，下R區(qū)依然出現(xiàn)分層；方案3在方案2的基礎(chǔ)上在軟模下R角部分增加了3層較窄的碳纖維織物，增強(qiáng)了軟模下R角的剛性，經(jīng)檢測(cè)筋條合格。表1為3種不同結(jié)構(gòu)軟模成型制件的質(zhì)量測(cè)試結(jié)果。

表1 3種不同結(jié)構(gòu)軟模成型制件質(zhì)量測(cè)試結(jié)果

3 結(jié)論

通過(guò)研究，得出以下2點(diǎn)結(jié)論：①為方便真空袋封裝及“R”區(qū)壓力的傳遞，J型加筋壁板一般采用陽(yáng)模成型方法；②軟模結(jié)構(gòu)對(duì)J型加筋壁板筋條內(nèi)部質(zhì)量影響較大，通過(guò)增強(qiáng)下R區(qū)軟模的剛度及對(duì)上R角增強(qiáng)織物進(jìn)行斷開處理，可有效解決筋條內(nèi)部質(zhì)量問(wèn)題。

［1］趙渠森.先進(jìn)復(fù)合材料手冊(cè)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

［2］航空航天工業(yè)部科學(xué)技術(shù)研究院.復(fù)合材料設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京：航空工業(yè)出版社，1990.

［3］陳紹杰.大型飛機(jī)與復(fù)合材料［J］.航空制造技術(shù)，2016（15）：32-37.

［4］曾安民.一種新型高溫寬頻透波天線罩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)［J］.科技與創(chuàng)新，2018（4）：145-146.

［5］曾安民.某型飛機(jī)天線罩雙波段寬頻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)［J］.科技與創(chuàng)新，2018（5）：119-120.

［6］崔海超，翟全勝，安學(xué)鋒，等.T700/6421復(fù)合材料層合板“離位”增韌研究［J］.化工新型材料，2017，45（09）：124-126.

［7］崔海超，熊磊，馬宏毅，等.玻璃纖維-鋁合金層合板濕熱老化性能研究［J］.玻璃鋼/復(fù)合材料，2017（10）：89-93.