NCF和ASF
• 諾斯羅普·格魯曼航空航天結構公司
•研發工程師
•3年復合材料工藝工程經驗
•愛好：沙漠探險（遠程步槍射擊），沖浪和滑板
大綱
•簡介
•NCF
•ASF
•問題陳述
•壓實試驗
•預成型試驗
•材料觀察
引言
• HiCAM—高速復合材料飛機制造主要飛機結構
•每月80-100架飛機
•降低成本
•無重量問題
•演示TRL/MRL 4，朝著TRL/MRI 6努力
每月80架飛機需要傳統模式轉變為復合材料結構制造技術
樹脂注入復合材料
•組裝和制造
–干纖維、樹脂注入技術可制造單元化結構
•閉模樹脂傳遞模塑（RTM）可實現可重復 的集成結構
–綜合結構→ 減少裝配步驟→ 降低制造成本
–可重復的尺寸→ 無墊片組件→ 降低制造成本
–減少緊固件數量→ 降低裝配重量和成本
卷曲織物（NCF）
•多軸織物實現高速率生產
–材料的快速下料速度
•一次多層
–多層縫合在一起-無紡布格式=↑ 特性
–層間粘合劑和/或面紗
•當熱激活時，穩定NCF層板
干式NCF預成型
•閉模樹脂注入（RTM）工藝依賴于用于批量制造的固化預成型件
–形成并壓實成形狀的干纖維NCF材料
•生產高質量的層壓板
•批量拆卸可確保輕松裝入固化模具
•穩定的減薄層壓板是后續自動修整的關鍵
•穩定、堅固的預成型件可以安全運輸和搬運
•預成型操作可以與固化操作并行進行實現高速生產
自動加強筋成型（ASF）
•諾斯羅普·格魯曼公司專利工藝
•逐層自動漸進式輥壓成型
–目前用于熱固性加強筋生產的技術
•成熟技術，每月生產多達12架飛機
–能夠形成高輪廓飛機加強筋
•Omegas長桁、T型長桁、Z型加強筋、Z型框、C型梁
–NCF材料適用于ASF
ASFM用于生產熱固性長桁
ASF漸進式輥軋成形概念圖
問題陳述
•確定ASF設備修改和工藝參數，以從NCF材料生產近凈厚度加強筋預成型件
–定義加工各種NCF材料的溫度和壓力要求
–應用預浸料ASF經驗教訓開發干纖維ASF技術，以制造高輪廓加強筋預成型件
實驗
•評估了各種NCF材料
–單層UD、雙軸、三軸、四軸、
–典型的NCF成分：縫合、面紗、粘合劑
•NCF結構驅動工藝參數
最近用ASF過程評估的NCF材料
壓實試驗
•平板上開發的壓實工藝參數
–目標0%體積系數（BF%）
–溫度范圍為23°C（70°F）至180°C（356°F）
–測試了低和高固結壓力
–層壓板冷卻至室溫
加固后的NCF層壓板 NCF層壓板固化前
壓實試驗結果
•最終BF%取決于根據溫度和壓力
–溫度和壓力參數必須為針對每個NCF進行了優化
–溫度更高對BF%的影響壓力
Quad NCF預成型體的固化試驗：恒壓，溫度變化
NCF適應ASF
•從平板壓實試驗中開發的工藝參數，應用于NCF材料的ASF工藝
–用ASF演示Omega、T、C和Z橫截面
•1米至17米長的梁
•形成的彎曲機身框
ASF漸進成形NCF Omega長桁
T型長桁預成型試驗
•ASF組建了T-Stringer預制件
–恒定橫截面
–長0.6米（2英尺）
–達到接近凈厚度
–在眾多預成型件上
•-2%BF至+2%BF
–穩定的預成型件
•隨著時間的推移，沒有觀察到可測量的解離量
由Quad NCF制成的T形串接器預成型件
C-梁預成型試驗
• ASF組建了C-梁預成型件
–可變截面
•沿長度方向滴落
•18mm（0.7英寸）厚的錐8毫米（0.3英寸）
–1.5米（5英尺）長
–接近凈厚度
•0.25%BF
–Saertex、Hexcel和帝人NCF制造
帝人Biax NCF–厚梁層壓板上令人印象深刻的零件表面處理和成型質量
C-梁層壓板壓實至凈厚度為8mm
C-梁預成型體和RTM輸液
•高質量的固結預成型件是網狀RTM工藝的關鍵使能技術
–目標的關鍵網狀RTM工藝技術
–預成型質量驅動最終零件質量
–BF%必須嚴格控制
–RTM的理想BF%：0%至5%
–3 ASF C-梁預成型件注入（RTM）以驗證預成型件質量和ASF過程
C-梁演示器部分：
預成型體當時是用ASF制造的在封閉模具中注入（RTM）
觀察：NCF和ASF
•高質量的固結預成型件是網狀RTM工藝的關鍵使能技術
–雙軸NCF在ASF中表現良好
–三軸NCF （+45/90/-45）在彎曲框幾何結構上成功成形
帝人Biax NCF展現出卓越的半徑一致
在彎曲Z幾何上形成的Saertex三軸NCF
觀察NCF 和 ASF
•NCF格式：UD和Quad
–四軸NCF需要仔細處理
–一些UD NCF結構允許顯著的絲束剪切
Saertex UD-240gsm，牽引剪切和符合彎曲框架幾何形狀
觀察：NCF和ASF
•NCF成分：縫線、面紗和粘合劑
–縫合和面紗的熔融溫度驅動ASF工藝
•ASF的理想選擇：面紗熔融溫度<縫合熔融溫度
–牢固的縫合優于精細縫合
–使用粉末粘合劑的NCF在ASF工藝中表現良好
•所需的加工溫度較低
•NCF層可以在不損壞層壓板的情況下重新加工
結論
•自動加強筋成型（ASF）技術已被證明可以為主要飛機結構制造高質量的加強筋預成型件
–控制加熱和壓實以獲得最佳BF%
–無皺紋層壓板–成功的RTM注入驗證了ASF工藝
原文《Automated Ply-by-Ply Lamination and In-Situ Consolidation of Dry Carbon Fiber Non-Crimp Fabrics for High-Rate Aircraft Manufacturing of Structural Aircraft Components 》
編后語
本文僅僅只介紹了用NCF制造梁、長桁、加強筋等細長的結構件。其實它在制造蒙皮、球面框等大面積類零件，仍然具有絕對優勢?？湛?ldquo;新A320”機翼翼盒蒙皮、擾流板、襟翼、球面框，均將使用NCF制造（梁、長桁也將用NCF）。
NCF+RTM+OOA替代環氧樹脂基碳纖維預浸料，制造飛機結構件是發展趨勢！
