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索爾維：新材料讓飛機(jī)告別金屬時(shí)代

2020-04-16 13:26:06 來(lái)源：索爾維 閱讀量：13865 評(píng)論
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導(dǎo)讀：索爾維開(kāi)發(fā)了一種新型材料，它能幫助飛機(jī)制造商以更迅捷的速度和更低廉的成本生產(chǎn)復(fù)合材料零部件。

　　【塑料機(jī)械網(wǎng) 科技創(chuàng)新】
 
　　索爾維和波音聯(lián)手，讓復(fù)合材料打造的飛機(jī)零件更普及
 
　　盡管近期形勢(shì)嚴(yán)峻，但航空業(yè)仍在著力把握長(zhǎng)期機(jī)遇，比如提升飛機(jī)的制造效率。秉持這樣的信念，索爾維開(kāi)發(fā)了一種新型材料，它能幫助飛機(jī)制造商以更迅捷的速度和更低廉的成本生產(chǎn)復(fù)合材料零部件。有了這項(xiàng)突破性技術(shù)，金屬就不再是飛機(jī)中小尺寸零部件的性價(jià)比之選。除了成本因素之外，這對(duì)幫助航空業(yè)減少碳足跡也十分有利。
 
　　飛機(jī)需要減重。航空業(yè)在不斷尋找優(yōu)秀的解決方案，以制造出油耗更低的飛機(jī)，從而降低二氧化碳排放量，直接減少航空運(yùn)輸?shù)奶甲阚E——目前該項(xiàng)碳排放占碳排放總量的2%。以復(fù)合材料代替金屬制造飛機(jī)是眾多解決方案中成熟的，制造商們多年來(lái)也一直瞄準(zhǔn)這一方向，用碳纖維零件逐步取代金屬件。實(shí)際上，目前某些在役商用飛機(jī)的復(fù)合材料占比已經(jīng)接近50%。
 
　　但是，向復(fù)合材料轉(zhuǎn)變的過(guò)程進(jìn)展緩慢。技術(shù)考量始終要面對(duì)時(shí)間和成本的考驗(yàn)：復(fù)合材料不但價(jià)格不菲，制作零部件還很費(fèi)時(shí)。因此，為了加速推廣更輕、更環(huán)保的飛機(jī)，必須先研發(fā)出適應(yīng)更快捷生產(chǎn)的新一代復(fù)合材料。
 
　　Luchini, T., Rodriguez, A., Rogers S., Bras A., Whysall, A., Russell, R., Lucas, S., Hahn, G. "彈簧框架壓制法制造的航空部件," SAMPE 2019.
 
　　能進(jìn)行更快捷生產(chǎn)的復(fù)合材料
 
　　這正是索爾維和波音努力的方向——兩家公司攜手，開(kāi)發(fā)出了新一代復(fù)合材料：CYCOM® EP2750，該產(chǎn)品已于今年正式上市。
 
　　那么，這種材料有什么特別之處呢？主要區(qū)別在于它所需的固化時(shí)間。傳統(tǒng)上，由于需要熱壓罐固化，用碳纖維樹(shù)脂預(yù)浸料制作零件要花好幾個(gè)小時(shí)。通俗地講：你得把零件放在烤箱里烘很長(zhǎng)時(shí)間。而CYCOM® EP2750 能大幅縮短這個(gè)過(guò)程需時(shí)，使生產(chǎn)速度提高10到20倍。
 
　　此外，能實(shí)現(xiàn)如此之高的生產(chǎn)速度，也得益于這款新材料與雙膜成型法(DDF)和彈簧框架壓制法的兼容性——這是目前制造復(fù)合材料零件快速的兩種工藝。零部件可以由機(jī)械手輕松處理，再結(jié)合樹(shù)脂的快速固化特性，可將循環(huán)周期從8.5小時(shí)縮減到30分鐘。這還只是良性循環(huán)的開(kāi)始：隨著零件制造速度的加快，資產(chǎn)利用水平會(huì)降低，產(chǎn)量將得到提升。同時(shí)，與采用熱壓罐固化相比，熱壓成型法具有更高的成本效率，對(duì)小尺寸部件來(lái)說(shuō)尤其如此。把這些因素綜合起來(lái)，每個(gè)零件的總成本將大大降低，從而讓復(fù)合材料在與傳統(tǒng)鋁材比拼時(shí)具有競(jìng)爭(zhēng)力。此外，雖然該技術(shù)只針對(duì)中小尺寸部件，但以此技術(shù)生產(chǎn)的產(chǎn)品其性能和質(zhì)量均符合航空標(biāo)準(zhǔn)，這意味著主承力結(jié)構(gòu)和次承力結(jié)構(gòu)也可應(yīng)用這些部件，復(fù)雜的幾何形狀也不在話下。
 
　　除了我們熟悉的商用飛機(jī)外，CYCOM® EP2750還適用于航空業(yè)中其它任何需要高速生產(chǎn)大量零件的領(lǐng)域，如飛機(jī)、自主飛行器——比如正在飛速擴(kuò)張的無(wú)人機(jī)市場(chǎng)，以及新興的城市空中出租車。對(duì)于這些垂直起降的飛行器，高性能、輕量化的復(fù)合材料無(wú)疑將會(huì)有用武之地。
 
　　在上述市場(chǎng)中，現(xiàn)有的復(fù)合材料技術(shù)都難以滿足快速提升的制造速度。而我們的新材料不僅能帶來(lái)必須的高效率制造，更能滿足對(duì)成本效益的追求，讓產(chǎn)品更具競(jìng)爭(zhēng)力。
 
　　緊密合作追求輕量化
 
　　CYCOM® EP2750是索爾維和波音緊密合作共同開(kāi)發(fā)的成果。三年多前，雙方開(kāi)始攜手更深入地了解航空業(yè)對(duì)高速、高效生產(chǎn)零部件的需求，研究相關(guān)技術(shù)挑戰(zhàn)，有針對(duì)性地開(kāi)發(fā)材料和工藝解決方案，并通過(guò)制造各種有代表性的零部件，印證這種能力。作為JEC創(chuàng)新獎(jiǎng)(JEC World Innovation Awards)航空類的三個(gè)終入圍方案之一，CYCOM® EP2750的成績(jī)確實(shí)不俗。
 
　　迄今為止，我們已經(jīng)在模擬生產(chǎn)環(huán)境下制造了300多個(gè)5種不同款式的零部件，從而證明短周期和高性能是可以被有效實(shí)現(xiàn)的。兩家公司明確了分工：波音為生產(chǎn)速度(生產(chǎn)節(jié)奏，即從開(kāi)始生產(chǎn)某個(gè)原件到開(kāi)始生產(chǎn)下一個(gè)原件之間的平均時(shí)長(zhǎng))和材料性能設(shè)定目標(biāo)，并以典型小尺寸航空零件為藍(lán)本提供零件設(shè)計(jì)。索爾維負(fù)責(zé)開(kāi)發(fā)加工要求、預(yù)浸料以及制造工藝。
 
　　將碳足跡減半
 
　　鑒于這項(xiàng)創(chuàng)新讓復(fù)合材料飛機(jī)零件的成本能與金屬件一較高下，制造商們也將越來(lái)越多地用復(fù)合材料零件取代金屬，讓飛機(jī)的復(fù)合材料占比超過(guò)50%的分水嶺，從而進(jìn)一步降低溫室氣體排放量。同時(shí)更輕的飛機(jī)也將帶來(lái)更舒適的旅行體驗(yàn)：飛行高度可以降低，機(jī)艙增壓不用那么大，空氣濕度也可以更高，幫助減輕時(shí)差導(dǎo)致的不適。此外，復(fù)合材料帶來(lái)的設(shè)計(jì)自由度，也意味著飛機(jī)可以在提升乘客舒適性方面獲得更大改善空間。
 
　　據(jù)航空業(yè)估算，目前采用的復(fù)合材料幫助節(jié)省了10%-15%的油耗，這也可以換算成二氧化碳減排量：每節(jié)約1千克燃料相當(dāng)于減少3.15千克二氧化碳排放。航空業(yè)仍在穩(wěn)步增長(zhǎng)，要成功實(shí)現(xiàn)2050年行業(yè)溫室氣體排放量減半的目標(biāo)，辦法就是讓飛機(jī)不斷變輕。好消息是，索爾維已經(jīng)加入戰(zhàn)斗，助航空業(yè)一臂之力！

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