本文是楊超凡研究員創作于2019年2月21日，已獲授權發布。

1.波音787和空客A350-900使用的復合材料形式

2.波音777X機翼復合材料

3.預浸樹脂的單向帶         4.預浸樹脂的narrow slit tape

               5.預浸樹脂的wide slit tape                                        6.包裝待運預浸樹脂的wide slit tape

                          7.制造機翼蒙皮的ATL                  8.制造梁用的AFP                      9.制造蒙皮用的 AFP

10.制造波音787機身（右側藍色設備是AFP）

名詞解釋：

材料： 

波音787和777X用：東麗T800S/3900-2B

標準：BMS8-276

空客A350用： 赫氏 IMA/ HexPly?M21E

標準: AIMS 05-27-002

單向帶（Unidirectional tape，簡寫UD）:

含10%緯紗的碳纖維紡織帶。帶寬，300、150、75mm（見圖3.）。緯紗起固定經紗的作用，它不承受外力。它適合鋪放率曲不大、大面積的零件，如機翼、尾翼壁板蒙皮。由于單個帶較寬，對機身類的桶形件，特別是帶錐度的桶形件，纏繞時帶的邊緣不容易貼模。另外，10%不受力的緯紗，從碳纖維承受外力角度來看，顯然不是最佳。因此，對機身類的桶形件蒙皮采用多組寬度小的slit tape,進行纏繞。

單向帶事先加入基材樹脂，就成為預浸單向帶。

預浸樹脂的slit tape: 

“slit tape”是將無捻的碳纖維紗拉直、壓平，然后分裂成所需要的寬度。它無維紗，也就不需要紡織。在分裂前將基材樹脂加入到碳纖維中。所加的基材樹脂要求重量精確、分布均勻。重量嚴格控制在35%（碳纖維占65%）。波音787、A350所用的是環氧樹脂基基材，要求在帶的背面有隔離帶（圖4中黃色是隔離帶，圖5、圖6）。

窄帶的寬度：3.2、6.4、12.7mm; 寬帶的寬度：38.1mm。兩種帶的厚度軍均為，0.19、0.25mm。

制成預浸樹脂的slit tape處于半固化狀態(B階段)，需要在 -17°C環境下保管、運輸，而且還有一定的保管期。

預浸樹脂slit tape ，關鍵是如何保證帶的厚度和寬度。另一個是基材樹脂如何保質保量地加入到帶中。

目前slit tape沒有統一的中文名稱。根據它的特征，建議用“碳纖維無捻紗帶”。簡稱“纖維帶”。

ATL( Automated Tape Laying ):

波音787、空客A350-900機翼蒙皮使用的是預浸樹脂的單向帶。鋪放帶的設備是用ATL(見圖7.)。ATL國內多譯為，“自動鋪帶機”。

盡管單向帶的帶寬可達75mm,但是人們還是不滿意它的鋪放效率。空客去年剛開始交付的A350-1000,機翼蒙皮用預浸樹脂的slit tape窄帶。鋪放設備用自動鋪絲機,一次可并列鋪放8個纖維帶，寬度可達100mm(見圖11)。

圖11. 西班牙MTorres公司制造的AFP

AFP( Automated Fiber Playing):

國內有人直譯為“自動鋪絲機”。最初，它是將預浸樹脂的纖維帶，纏繞在機身桶體的旋轉芯模上，制成機身蒙皮（見圖10. ）。圖10中自動鋪絲機，可裝載32個窄纖維帶卷。一次可并列纏繞400多毫米寬。圖8. 的自動鋪絲機上可裝載16個窄纖維帶卷。后來，AFP用來制造機翼壁板蒙皮。

正在研制的波音777X，機翼用復合材料制造。所用的復合材料同787。機翼蒙皮采用38.1mm預浸樹脂的寬纖維帶（圖5.、圖6.）。所用的自動鋪絲機，見圖9。自動鋪絲機裝載的不再是纖維帶卷，而是像電影膠片圓盤架（見圖5.、圖6.）。設備的鋪放頭見下面圖12。此設備是美國ElectroImpact公司制造，是當今最先進設備。從發展趨勢來看，制造機身和機翼都要用自動鋪絲機。波音公司準備新研制的中型寬體客機NMA(又稱波音797)，復合材料機翼也將用自動鋪絲機，鋪放預浸基材樹脂的纖維帶。自動鋪帶機（ATL）將退出。

圖12. 鋪放頭（兩邊各有10個卷有寬帶的圓盤架）

基材（matrix）:

在復合材料T800S/3900-2B和IMA/HexPly?M21E中，3900-2B和HexPly?M21E統稱“樹脂基材”。它是由環氧樹脂，加入固化劑、增塑劑、或其他功能材料混合組成的高分子化工產品。環氧樹脂基材固化時，為了保證固化后的產品性能和質量穩定、一致，需要在熱壓罐中經高溫、高壓進行固化。

總結：

通過以上敘述明確了，制造寬體客機機身蒙皮和機翼壁板蒙皮材料和工藝：

l 材料 ：高強度、中模量碳纖維；增韌環氧樹脂基材。

l 材料形式：預浸基材樹脂的纖維帶（slit tape）。

l 鋪放設備：自動鋪絲機（AFP）。

l 固化工藝：熱壓罐中高溫、高壓固化。

機翼長桁、機身長桁、框、等零件采用經適航認證過的碳纖維復合材料，常規制造工藝，絕大多數不進熱壓罐固化，是在高溫爐中固化。

備注：本文除圖1.是自做外，其余圖片、技術數據均來自互聯網。

——完——

作者簡介：楊超凡，飛機制造高級專家，近年專攻民機復合材料。原陜飛副總工程師，原航空工業部首批研究員級高級工程師，享受國務院特殊津貼。