试验表明 超薄碳板可以生产航空级复合材料零件

麻省理工学院的研究人员开发了一种适用于大型复合材料飞机部件的制造工艺，从而消除了使用大型烤箱和高压灭菌器进行固化的需要。

这项技术使用了产生压力的碳纳米管薄膜，可以显著加快速度，降低制造飞机机身(如机身和机翼)零件的成本。这项为期五年的研究结果发表在本周的《先进材料界面》上。

麻省理工学院航空航天学教授布莱恩瓦德尔(Brian waddell)说：“现在我们可以在没有高压釜压力的情况下制造基本的结构材料，这样我们就可以摆脱所有的压力容器和高压釜，它们本身需要时间和金钱来加压。”

研究人员没有在烤箱中固化材料层，而是将它们包裹在超薄碳纳米管薄膜中。当电流施加到薄膜上时，碳纳米管产生热量的速度就像纳米级电热毯一样快，这样碳纳米管中的材料就会凝固并融合在一起。

研究团队开发的OoO技术已被证明能够生产出与传统飞机制造烤箱一样坚固的复合材料，能耗仅为1%。

高压釜过程

接下来，研究人员找到了一种不使用大型高压灭菌器制造高性能复合材料的方法。“材料的每一层都有微观表面粗糙度，当你将两层层压在一起时，空气会被截留在粗糙区域之间，这是复合材料中空隙和弱点的主要来源，”waddell说。"高压灭菌器可以把这些缝隙推到边缘，然后把它们去掉."

到目前为止，开发非热压罐(OoA)复合材料制造技术的努力已经导致大约1%的复合材料含有空隙。这1%可能会破坏材料的强度和寿命，而热压罐制造的航空级复合材料包含的空隙很少，很难测量。

沃德尔说：“OoA方法的问题在于材料是专门配制的，没有一种适合机翼、机身等主要结构。他们在辅助结构(如襟翼和门)方面取得了一些进展，但仍会留下缺口。”

纳米管薄膜可以避免空洞。

麻省理工学院的研究人员将超薄碳纳米管薄膜置于材料层之间，这些材料层通常用于制造基于高压釜的主要飞机结构。他们将这些层包裹在第二层碳纳米管薄膜中，并施加电流对其进行加热。

当材料被加热和软化时，它们被中间的碳纳米管薄膜拉动。所得复合材料没有空隙，这类似于在高压釜中生产的航空级复合材料。

研究人员测试了复合材料的强度，并试图分离这些层。这个想法是，如果有间隙，这些层可以更容易地分开。

沃德尔说：“在这些测试中，我们发现蒸压复合材料的强度与主要航空航天结构中使用的黄金标准蒸压复合材料的强度相当。”

下一步

该团队现在正在寻找扩大压力产生碳纳米管薄膜生产的方法，以便碳纳米管和纳米多孔薄膜工艺可以用于制造整个机翼和机身。沃德尔补充说：“我们提供了一种新的材料解决方案，可以在您需要的地方提供按需压力。”除了飞机，世界上大多数由复合材料生产的复合管都用于水、天然气、石油以及生活中进出的所有东西。

"没有烤箱和高压灭菌器的基础设施，这一切都有可能实现."

这项研究由空客、ANSYS、巴西航空工业公司、洛克希德马丁公司、萨博公司、Saltex公司和美国Teijin Carbon公司支持，通过麻省理工学院的纳米工程复合航空结构组织(NECST)进行。

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