美國麻省理工學院的研究人員開發(fā)了一種適用于大型復合飛機部件的制造工藝，從而無需使用大型烤箱和高壓釜進行固化。

該技術使用產生壓力的碳納米管薄膜，可以顯著加快速度并降低制造飛機機身(如機身和機翼)零件的成本。這項為期五年的研究結果于本周發(fā)表在《先進材料界面》雜志上 。

麻省理工學院的航空與航天學教授布萊恩·沃德爾(Brian Wardle)表示：“現在我們可以在沒有高壓釜壓力的情況下制造基本結構材料，因此我們可以擺脫所有壓力容器和高壓釜，它們本身需要時間和金錢來加壓。”

研究人員沒有將材料層放在烤箱中進行固化，而是將它們包裹在碳納米管(CNT)的超薄膜中。當將電流施加到薄膜上時，碳納米管就像納米級電熱毯一樣迅速產生熱量，從而使其中的材料固化并融合在一起。

研究小組開發(fā)的烤箱外(OoO)技術被證明能夠生產與傳統飛機制造烤箱一樣堅固的復合材料，而僅消耗1%的能量。

高壓滅菌過程

接下來，研究人員尋找了無需使用大型高壓高壓釜即可制造高性能復合材料的方法。“材料的每一層都有微觀的表面粗糙度，當您將兩層合在一起時，空氣會被困在粗糙區(qū)域之間，這是復合材料中空隙和弱點的主要來源，”沃德爾說。“高壓滅菌器可以將這些空隙推到邊緣并擺脫它們。”

迄今為止，開發(fā)非高壓釜(OoA)復合材料制造技術的努力已導致復合材料中約有1%的生產材料中含有空隙。這1%可能會損害材料的強度和壽命，而用高壓滅菌器制造的航空級復合材料含有如此少量的空隙，很難對其進行測量。

Wardle說：“ OoA方法的問題還在于材料是經過特殊配制的，沒有一種材料適合機翼和機身等主要結構。他們在輔助結構(例如襟翼和門)方面取得了一些進展，但它們仍然會留下空隙。”

納米管薄膜可避免空隙

麻省理工學院的研究人員將超薄的碳納米管薄膜放置在通常用于基于高壓釜的主要飛機結構制造中的材料層之間。他們將這些層包裹在第二個碳納米管薄膜中，并施加電流對其進行加熱。

隨著材料的加熱和軟化，它們被中間的CNT膜拉動。所得復合材料沒有空隙，類似于在高壓釜中生產的航空級復合材料。

研究人員對復合材料進行了強度測試，試圖將各層分開，其想法是，如果存在空隙，則可使各層更容易分離。

Wardle說：“在這些測試中，我們發(fā)現高壓滅菌復合材料的強度與用于主要航空航天結構的金標準高壓滅菌工藝復合材料一樣強。”

下一步

該團隊現在正在尋找擴大產生壓力的CNT膜的生產的方法，以使CNT和納米多孔膜工藝可用于制造整個機翼和機身。Wardle補充說：“我們提供了一種新的材料解決方案，可以在您需要的地方提供按需壓力。” 除了飛機，世界上大多數復合材料生產的復合材料管道都是用于水，天然氣，石油以及生活中所有進出的東西。

“這可以使所有這些事情成為可能，而無需烤箱和高壓釜基礎設施。”

這項研究得到了空中客車，ANSYS，巴西航空工業(yè)公司，洛克希德·馬丁公司，薩博公司，薩爾特克斯公司和帝人碳美國公司的部分支持，這是通過麻省理工學院的納米工程復合航空結構組織(NECST)進行的。