【行业资讯】复合材料在交通运输领域的应用技术---复合材料零部件开发

复合材料在民用航空中的应用已经日渐成熟，使用量也逐年增加，从波音757的4%复合材料使用量到波音787的50%，民用航空见证了复合材料巨大的使用前景，同时，民用航空也形成了一整套符合材料体系：

值得我们注意的是，在设计开发过程中，只有经过合理的结构设计，分析优化，才能在确保零部件性能与安全性的前提下，充分利用碳纤维的高比强度、比刚度、高设计自由度的材料性能，尽可能地减轻重量，以达到也是实现使用碳纤维的初衷。

复合材料零部件的开发主要有以下三方面：

一、 材料选择

复合材料发展到今天形成了形式多样的材料，材料的选用需要结合使用环境、性能要求、材料工艺性和成本等多方面进行考量。以碳纤维复合材料为例，首先应根据工艺类型、使用温度选定合适的树脂，一般需考虑树脂的粘度，固化温度等，这与工艺密切相关；树脂指定后根据外观要求、成本及工艺效率确定碳纤维丝束，常见有3K、6K、12K及50K大丝束等不同规格；不同的碳纤维级别决定了碳纤维产品的性能，选择碳纤维级别也应当充分考虑原材料供应渠道、材料稳定性等。如原材料起点不使用碳纤维丝束，可以选择中间形式的材料，如预浸料、织物等，结合不同的外观要求、工艺效率、材料力学特性及产品强度要求选择合适的预浸、编织形式非常重要。

二、 工艺选择

工艺成形的方法多种多样，不同的工艺针对不同的材料特性，具有不同的成形效率，成本也千差万别，常见的复合材料工艺有热压罐成形、真空辅助成形、软模成形、模压成形、缠绕成形及RTM成形，这里列举这些工艺的优缺点和适用范围。

三、设计与试验

在复合材料产品开发过程中，设计与试验应与产品材料和工艺选取并行进行，不同的材料类型和批次，不同的铺层设计与工艺类型会造成复合材料产品性能差异巨大，所以选定材料和工艺后需要进行材料试验才能获得材料性能和设计许用值，此外复合材料产品的铺层和构型设计会受到实际选用工艺条件制约，选定工艺后，需要对该工艺对该零件进行工艺可行性分析，进而优化产品的构型和铺层设计，充分发挥复合材料可整体化，充分发挥复合材料可整体化、变厚度成形的优势。

产品设计一般分成初步设计与详细设计

产品试验则多需遵循标准进行，常用的美国材料与试验协会（American Society for Testing and Materials,ASTM）标准有：

除了这些方面，还应当满足工程要求、提供工程数据。工程要求一般有材料质量控制，制造环境及装备，制造公差，制孔要求，表面保护，存储运输等；合理的零部件开发一般需要交付材料模型（3D模型、图纸、铺层模型、CAE等），相应的说明文件（项目计划、尺寸工程、工艺审查、可行性分析等）及零部件开发的报告（分析报告、设计报告、试验报告等）。

零部件开发是一项复杂的工作，需要多部门、多领域、多层次共同协调，合理分工，积极配合，及时沟通，这样才能有效缩短研发周期，保证研发工作顺利进行。