工业技术
科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald
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DOI：10.16660/jki.1674-098X.2011-5640-8893
linian宁莉
(中航西安飞机工业集团股份有限公司 陕西西安 710089)
摘 要：自碳纤维作为增强复合材料结构被研发出来，复合材料就迅速推广并应用到了众多的行业，其中在飞机制造行业中，用复合材料做机身的制作材料已经受到了越来越多人的青睐。本文将从解释何为复合材料、民用飞机复合材料选择的准则，以及民用飞机复合材料产品质量检测方法进行论述，旨在为提升民用飞机复合材料产品质量提供参考。
关键词：民用飞机 复合材料 产品质量 验证
中图分类号：V25 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2021)02(a)-0087-03
Civil Aircraft Composite Product Quality Inspection Method
NING Li
(AVIC Xi’an Aircraft Industry(Group)Co., Ltd., Xi’an,Shaanxi Province,710089 China)
Abstract: Since carbon fiber was developed as a reinforced composite material structure, composite materials have been rapidly promoted and applied to many industries. Among them, in the aircraft manufacturing industry, the use of composite materials as fuselage materials has been favored by more and more people. This article will explain what is a composite material, the criteria for the selection of composite materials for civil aircraft, and the quality inspection methods of composite materials for civil aircraft. It aims to provide references for improving the quality of composite materials for civil aircraft.Key Words: Civil aircraft; Composite materials; Product quality;Verification
①作者简介：宁莉（1981—），女，本科，高级工程师，研究方向为质量管理。
目前，在大型民用飞机A350的机翼上使用复合材料证明了我国在复合材料的理论研究与实践方面取得了一定的成果，但是我国仍然缺乏对民用飞机复合材料产品质量检验方法的研究，本文在适航与行业规范要求的基础之上，对民用飞机复合材料产品质量检验方法进行分析与论述。
1 绪论
1.1 复合材料的概述
复合材料是指将拥有不同物理和化学性质的多种物质组合，进而得到一种带有组成该种复合材料的单一材料的所有优点的多相固体类别材料。复合材料是由基体和复合体构成的，其中在复合材料中起到增强体作用的被称为承受载荷的相，而基体是连接各个增强体，传递载荷的相。产品的制造程序十分繁琐，流程较多，还包括比如重金属融合和机电装配等很多生产技术。目前，我国涉及民用飞机复合材料的工厂采取的多为“设计——生产”一条龙的模式。这种方式对于技术的要求
十分高，而且对技术人员的技术要求也十分高，这个度很难准确把握。
一般来说，产品质量检验是在产品生产的主要步骤完工之后才进行的，少数情况是在复合材料的出厂之前。质量检验通过仔细地对产品的品质以及是否符合技术标准，检验每个生产环节生产出来的产品是否能够达到有关标准。通过这种筛选机制，让符合标准的产品才能进入到下一生产环节中去，一旦产品在
中间的某一环节发现了问题，就要对有问题的产品及时地作出正确的处理。由此可见，产品的质量检验在产品生产过程中起到了关键的作用，对于产品的质量把控有着重要的意义。综上所述，质量检验在民用飞机复合材料的制造流程中与产品品质的控制有着紧密的关系。1.2 复合材料性能和制造工艺的特点
先进的复合材料是由两种或两种以上的材料独立物联合在一起的，构成的新型材料，其中的树脂基体分散相称为纤维增强体，两相彼此之间具有明显的界限，可
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以保持原材料的突出特点，在复合材料效应获得的过程中材料的性能补充，彼此联系，确保复合材料可以获得优异的性能。
复合材料在制成中层合板时，刚度和强度可以在设计制造的过程中根据需求开展，设计师设计每层纤维的取向获得层合板的刚度以及强度，对层间强度控制树脂基体和界面强度，在垂直层合板之间设定载荷。
先进复合材料的制造一般是采用模具热压固化成型的方式进行，对其中运用的制造工艺控制精度有较高的要求，复合材料对材料层中的结构进行纤维取向和铺层形式的设计，通常使用浸渍基体树脂的增强纤维逐层进行铺层设计，逐层铺贴在模具上，组装后再进行热压固化形成最终的材料形状，在基体树脂的模具内引导材料制造的化学反应，让结构件成型和材料的形成同时完成。共固化、二次胶接、预成形件/RTM等工艺技术形成整体的材料模块，在运用复合材料制造民用飞机大型构件，明显减少机械加工以及装配的工作量，提高材料的制作精度以及装配的费用，改善民用飞机构件的质量以及使用性能。复合材料在结构件热压固化成型的过程中要减少先进复合材料的热压固化的方式，将结构设计与结构制造几种工艺密切结合在一起，有效控制先进的复合材料结构热应力以及热变形，同时形成材料的结构特点，并严格控制材料构件的监控，建立材料配套的缺陷，对材料的损伤情况进行检测，严格按照材料的质量控制标准进行检验。
聚合物基复合材料进行材料制造的质量控制以及质量监督，纤维和树脂固化体系的成分和性能的波动要对其进行监督，除了对常规地进行纤维性能的检验，还要控制监督纤维的表面状态，研究纤维表面的状态，检测复合材料的质量生产水平。
对于复合材料所用的树脂以及树脂固化体系的质量进行控制的时候，除了传统的比重测定、粘度、软化点、水分、挥发物、凝胶温度、环氧当量、游离酚等数据指标也要严格监督。基本化学性质指标的监督之外，还要控制不同类型的环氧树脂和环氧当量，对复合材料的化学成分和化学特征进行材料标准的控
制以及监督。浸料中含有固定的固化树脂需要使用固化剂和催化剂，在存放的过程中自行固化，失去粘着性，因此要在复合材料设计以及制造的过程中对预浸料进行质量控制，检验材料自行固化和吸湿情况，将复合材料的化学成分以及化学特征列入材料质量标准的检测质之中，常用的质量检测的方法包括凝胶渗透谱法、高压液体谱法、红外光谱法、原子吸收光谱法、元素分析法、核磁共振
法等等。
对复合材料的制作工艺过程进行监督，要做好工艺设施和工装控制，在控制工序参考各类的工艺参数对工序进行检查，对不同的性质进行控制，对工艺参数上不合格的工序进行控制，随时检查半成品或者进行随炉试件，在随炉试件中检查质量标准，提高检验方法的可靠性。预浸料的制造对树脂含量和挥发分含量可以与纤维体积含量呈现正比的关系，如果树脂的含量成分较低，将会影响复合材料的层间剪切强度以及纤维方向的压缩强度，之后对于浸胶胶液的浓度、粘度以及温度、湿度的控制，质量要素之间互相控制，运用自动控制的装置进行质量的自动条件，达到成型工艺运用以及安装的控制。
在材料制造的过程中成型工艺包括铺层以及固化，铺层的过程中注意预浸料的纤维方向、拼接方法以及铺层次序和层数，机器的铺设动作降低人为失误的影响。固化的过程中树脂和纤维复合在一起，将低分子物转化为高分子物，与纤维粘合在一起，固化的过程加强了化学反应，同时还伴随着物理变化。固化的控制过程要控制温度升高的速度，合理确定真空机的停止时机，进而对固化中的时间以及压强进行合理配置。基于对成型过程的监控，有效控制和提升复合材料的制作质量。
2 民用飞机复合材料选择的准则
在我国CAAC和FAA等颁布的适航制度以及相应的咨询报告中，都明确对民用飞机的复合材料架构的材料以及制作质量提出了严格的要求。举个例子来说，在FAR，25.603（a ）中就明文规定了要在实验的基础之上对组成部件的匹配性以及耐用性进行查验，以保证其安全性。因此，在民用飞机复合材料的选择中应当遵循以下几项准则。2.1 安全性准则
复合材料的选择首先应该考虑的准则就是安全。对工序程序的检验、无损检验以及损坏性实验是检验复合材料的重要组成部分。经调查研究，复合材料的抗腐蚀能力和耐磨程度比铝合金材料高。众所周知，复合材料的安全性与其制作工艺成正相关，在美国，复合材料的使用频率较高，其材料制作技术的熟练程度由高到低分为10个等级，举例来说，A321飞机的复合材料在20世纪90年代使用比例仅仅为20%，但是现在A380飞机使用复合材料的比例已经为49%。2.2 经济性准则
一架飞机的成本不仅仅包括收购飞机的价格，还包括飞机的烧油率、使用年限以及维修费用等众多因素构
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成。空客A380之所以被国内外很多航空公司选所青睐，是因为，尽管铝合金较复合材料更便宜，但是复合材料制成的飞机的结构重量更轻，这样一来飞机的燃油量就会减少，很大程度上弥补了其高昂的购买价格所带来的不利因素。2.3 舒适性准则
一架A350飞机总重量的52%都是由一项名为超宽体A350xWB的复合材料所构成的，所以A350的客舱相较其他同样重量的客机而言更加宽阔。这样一来，宽敞的客舱不仅可以为乘机客户提供更加舒适的乘机环境，还可以为飞行机组和机上的乘务人员提供更加舒适的休息舱。使用复合材料的民用飞机相较其他客机在舒适程度上来讲，将会具有更大的、无可比拟的优势。2.4 绿性准则
在A380飞机第一次出现在大众视野之前，就获得了众多国家的追捧，获得了数百家的订单，也收获了数千亿美元的订单额，这样热烈的市场响应和庞大的销售量表明了使用复合材料的民用飞机有着更加良好的机身构造和发动机，它的耗油量也相对较少，更加的绿环保，是现阶段的民用飞机中燃油量最少的，这不仅要归功于A380的发动机和飞机身体的制作材料，更重要的是其中复合材料在降低燃油量方面也发挥了不可替代的重要作用。
3 质量检验方法在民用飞机复合材料中的重要作
用
3.1 质量检测在民用飞机复合材料的设计阶段中的作用
设计是民用飞机复合材料制造中的一个重要环节。质量检验是指对产品设计进行查验，并不断健全管理制度的过程。质量检测在产品的设计阶段起着重要的作用：第一，质量检测可以明确各个部门的工作方式、每一名工作人员的工作责任。第二，质量检测可以从民用飞机复合材料的角度出发，制定出关于产品生产的风险和设计标准等方面的具体要求。第三，质量检测先通过对产品的设计方案进行风险预测，从而对相关民用飞机复合材料的未来市场进行预估，量化结果，并以此为基础，进行分析，形成更加专业的分析成果，从而保证后续试验报告中的数据精准、无误。第四，产品设计检测报告要在国家规定的检测机构中进行，以保证产品设计不仅能够满足市场需求，还要符合我国的相关政策与标准。
3.2 质量检测在购买产品原材料阶段中的作用
购买产品的原材料是民用飞机的复合材料的生产环节中必不可少的。购买的原材料不仅局限于标准件，还
包括很多以技术协议为标准的外协借工产品的零部件。所以，质量检测在购买的原材料的质量方面是起着“过滤网”的作用。它通过严格的标准和审批流程，能够有效保证产品原材料的质量，对供应商进行有效筛选，并择优选择最佳的供应商，达到双赢。3.3 质量检测在产品生产过程中的作用
在产品生产中，如果想有效避免生产资源的过度浪费和生产效率过低，增加产品的生产成本，那么就要将产品的生产过程和检测过程有机地结合起来。就民用飞机的复合材料生产过程而言，需要投入很多的时间和金钱，这样不仅会造成时间损失还会造成严重的经济上的损失。所以，通过质量检测能够有效地对设计产品的制作流程进行科学合理的调整和高效的管理。通过随时随地对产品生产中的各个环节进行数据提取、收集、分析，从而更加及时地核对生产参数，对产品生产中出现的误差进行调整，把控产品质量。例如，对选取的飞机壁板试片进行查验时，我们除了可以利用显微拍照的方式，还需要根据壁板的主要失败模式规划进行力学实验，并将实验结果同测试的标准规定进行比对。
4 结语
随着我国社会科学技术的不断发展，新型复合材料在民用飞机制造业得到了越来越广泛的应用。现阶段我国的民航事业仍处于起步的阶段，相信在未来，复合材料会扮演更加重要的角，成为我国航空发展的重要一环。探索民用飞机复合材料产品质量的验证方法，无论是对于提升复合材料产品质量还是对于在国内推广民用飞机复合材料的主承力结构质量保证和适航认证都具有极其重要的意义。
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