國家先進材料性能中心（NCAMP）與美國聯邦航空局（FAA）和行業合作伙伴合作，對材料系統進行資格認證，并填充一個可公開查看的共享材料數據庫。NCAMP最初是由威奇托州立大學國家航空研究所（NIAR-National Institute for Aviation Research）資助的一項FAA項目，源于美國宇航局1995年的先進通用航空運輸實驗（AGATE-Advanced General Aviation Transport Experiment）。

對飛機制造商有什么好處？

制造商可以從NCAMP數據庫中提取一個系統，證明其等效性，并以比典型的資格認證方法更快、更便宜的方式獲得FAA認證，而不是對整個材料系統進行資格認證。

對材料供應商有什么好處？

材料供應商可以與NCAMP合作，對材料系統進行資格認證，而無需與正在進行的飛機認證計劃聯系起來。這使得材料供應商可以通過公開論壇將他們的材料推向市場，并獲得許可和FAA認證。

注： 資料來自互聯網

楊超凡 2024.7.15

市場市場，并獲得許可和FAA認證。FAA認證。

為響應傳統專有聚合物基復合材料（PMC）資格認證，NCAMP繼續努力使材料屬性數據庫公開。

與鋁和鋼等金屬相比，聚合物基復合材料（PMCs）的剛度和強度性能有著廣泛的應用。對于金屬，這些力學性能是各向同性的，因此假定與材料取向無關。因此，只有兩個獨立的剛度特性（拉伸模量和剪切模量）和兩個獨立的強度特性（拉伸強度和剪切強度）。

相比之下，PMC的剛度和強度特性與方向相關，因此必須在三個垂直方向上進行測量，以充分表征材料。更復雜的是，在拉伸和壓縮載荷下，強度特性可能顯著不同，因此需要進行拉伸和壓縮試驗。最后一個復雜的問題是一些機械性能對環境條件的依賴性，包括溫度和濕度。因此，除了在室溫/環境條件下進行試驗外，PMC通常在預期使用的極端環境條件下進行試驗。對于飛機應用，這涉及在-54ºC（冷）以及71ºC和121ºC之間進行濕度調節（熱/濕）后的測試。所有這些考慮導致大型和昂貴的機械測試計劃，以充分體現PMC在航空航天應用中的特點。

傳統上，這些測試項目由大型航空航天項目資助，測試結果仍歸擁有該項目的公司所有（如波音、空客、諾斯羅普·格魯曼、洛克希德·馬丁）。材料生產商通常為其產品提供的試驗數據集要小得多，重點是室溫/環境條件下的有限剛度和強度特性，以及航空航天應用所需的最惡劣環境條件。因此，直到最近，私營軍事公司材料屬性數據庫的公共可用性還非常有限。

與航空航天行業相比，用于許多非航空航天PMC應用的設計和分析過程可能不需要生成大量的測試結果集。其他市場對復合材料結構設計和分析所需的機械性能取決于許多因素，包括結構的復雜性、分析與測試的作用以及安全考慮和管理法規。然而，對于任何應用，使用數值分析（如有限元分析（FEA））通常需要一整套材料剛度特性以及各種強度特性來預測結構中復合材料的各種失效模式。因此，使用復合材料的許多行業都對綜合材料數據集感興趣。

目前，NCAMP數據庫中包括25個以上的PMC，重點是航空航天工業中使用的材料。

25多年來，一直在努力為私營軍事公司建立一個公開的材料屬性數據庫。先進的通用航空運輸實驗（瑪瑙）計劃，始于1995年，重點是在通用航空工業中使用的PMCs的材料特性?，旇е螅?005年的國家先進材料性能中心（NCAMP），這是作為美國聯邦航空局資助的計劃內的國家航空研究所（NIAR）在威奇托州立大學（堪薩斯州，美國）。NCAMP已成為一個自我維持的國家中心，與FAA、CMH-17和行業合作，為PMCs建立一個可公開獲取的數據庫。NCAMP數據庫中的每個材料系統都包含層板級剛度和強度特性，以及來自無缺口拉伸和壓縮測試、裸孔和填充孔拉伸和壓縮測試以及沖擊后壓縮測試的有限層板級材料特性。其他物理測試結果包括密度、固化層厚度、纖維和樹脂體積分數以及玻璃化轉變溫度（Tg）。目前，NCAMP數據庫1中包含了25多個PMC，重點是用于航空航天行業的材料。

數據庫包含PMC與金屬測試要求之間的最終差異：成品PMC材料特性因所用制造工藝而異。與金屬不同，PMC通過進一步加工輸入材料（如干纖維增強體和液態樹脂或未固化復合預浸料）而達到最終狀態。因此，最終機械性能取決于鋪層方法、成型技術和制造過程中使用的固化工藝?？赡苡绊憴C械性能的相對較小的制造變化示例包括纖維或基體材料、其體積分數或其制造工藝的微小變化，以及鋪層、成型或固化工藝的微小差異。

這種材料特性對加工的依賴性不同于通常對金屬的依賴性。例如，市售鋁合金的機械性能很容易獲得，預計不會受到從采購材料庫存中制造組件的影響。因此，對于許多航空航天應用，需要進行一個附加步驟，稱為材料等效性試驗，以確定制造商制造方法產生的PMC零件的特性是否與開發數據集的特性等效。

材料等效性測試的目的是執行有限測試并評估選定的材料特性，以證明零件制造商創建的層壓板將具有與用于結構分析的材料特性數據集相同的特性。根據其檢測纖維和基體材料、預浸料制造工藝、鋪層方法和固化工藝變化的能力，選擇了用于評估材料等效性的材料性能。表1列出了NCAMP用于證明材料等效性的材料特性和相關試驗方法。參考文獻2和3中提供了有關NCAMP等效性測試過程的附加信息。

最后，請注意，上面討論的所有測試都與我在2021年8月專欄和2021年12月專欄中討論的位于構建塊金字塔底部的級別測試片相關。此試片級等效測試允許使用NCAMP數據集對使用材料制造的零件進行結構分析。但是，請注意，在試件測試級別證明材料等效性并不意味著在構建塊金字塔的較高元素和子組件級別與NCAMP材料等效。因此，為了證實這些更高構建塊級別的認證結構，可能還需要在元件和子組件級別使用更復雜的測試件進行附加測試。

原文見，《 Material equivalence testing in shared composites databases 》 2022.10.21.

 

楊超凡 2024.7.14

NCAMP的工作正在進行中，一些新材料正在進行測試。

多年來，HPC為國家先進材料性能中心（NCAMP-Advanced Materials Performance）及其建立中央復合材料性能數據庫的持續努力投入了大量資金。該組織的努力具有新聞價值：“與金屬相比，復合材料確實還處于起步階段，”NCAMP副主任Yeow Ng承認。“我們需要開發政府機構和原始設備制造商容易接受的材料特性數據，就像金屬數據被接受一樣。”NCAMP是堪薩斯州威奇托州立大學國家航空研究所的一部分，自我們最近的報告以來，在實現這一目標方面取得了重大進展

標準化進展

正如復合材料行業從業者所知，纖維和樹脂的可能組合數量——以及它們在加工過程中的組合方式——幾乎是無限的。盡管這種靈活性對設計師來說是一種福音，但權衡的結果是，材料特性可能會有很大的變化，有時甚至出乎意料。NIAR執行董事John Tomblin博士表示，與金屬不同，金屬的性能通常與所使用的結構無關，復合材料的性能在很大程度上是在制造過程中決定的。他指出，“纖維和樹脂的比例、纖維的方向、簾布層計劃和選定的制造工藝都會對最終性能產生影響，直到零件固化并隨后進行測試才能知道。”為了最大限度地降低關鍵飛機結構應用中的風險，有必要建立嚴格的材料和工藝控制以及測試制度，以產生統計上有效的材料和設計容許值。

傳統上，大規模的、具有統計意義的測試項目都是以巨大的成本進行的。盡管資金有時是通過飛機項目或政府機構提供的，但更多的是來自個別飛機結構制造商自己。這種測試制度需要大量的時間和金錢，而且通常對通用航空制造商來說是令人望而卻步的。因此，由此產生的數據庫通常被認為是專有的，很少（如果有的話）與其他制造商共享，Ng說。“金屬行業在供應商和用戶之間共享數據，因為他們認為不值得隱藏。供應商毫無疑問地接受這些數據，”Ng指出。“在我們的行業中，這種自私的心態讓我們付出了代價。造成差異的不一定是材料，而是設計和工程。”

美國聯邦航空管理局資助的高級通用航空運輸實驗（AGATE）倡議推動了改變這種情況的努力。（FAA）和美國國家航空航天局。（美國國家航空航天局）。從本質上講，AGATE試圖通過將生成基本復合材料性能數據的責任從最終用戶轉移到生產該材料的供應商，來鼓勵在通用航空中使用復合材料。目標是生成常用材料的數據集，并與飛機結構制造商共享這些數據。數據庫生成后，最終用戶可以通過執行一小批樣本測試來確認等效性，以驗證其過程是否可以產生與數據庫中標準材料相關的結果相同的結果。因此，指定用于飛機的復合材料的過程將大大簡化并且成本低得多。

雖然AGATE于2001年11月結束，但NCAMP于2005年年中由美國國家航空航天局蘭利研究中心（弗吉尼亞州漢普頓）成立，作為NIAR的永久性國家中心。NCAMP的任務是繼續AGATE的共享材料特性數據任務——針對整個航空航天行業，而不僅僅是通用航空——并將其提升到自我維持的水平。NCAMP與FAA和復合材料手冊（CMH-17，前身為MIL-HDBK-17）合作。到目前為止，該集團已經完成了幾個資格和同等資格項目，并繼續擴大其材料供應商的基礎，Ng說。“這里有很多事情要做，盡管從外面看可能不是這樣。我們正在與各種各樣的合作伙伴進行成本分攤。”

現成的材料？

Ng解釋說，根據資金來源，材料供應商要么向NCAMP提供材料，要么直接向參與的航空航天公司提供材料，這是一個由45名成員組成的名單，其中包括空中客車公司、貝爾直升機德事隆公司、波音公司、塞斯納飛機公司、灣流航空航天公司、諾斯羅普·格魯曼公司、西科斯基飛機公司和Spirit AeroSystems。這些公司制造用于資格測試或等效測試的測試板，并將其退還給NCAMP進行實際的實驗室測試。大多數測試由NIAR完成，但NCAMP也使用外部測試實驗室，如辛辛那提測試實驗室（俄亥俄州辛辛那提）和三家材料供應商的實驗室：位于俄克拉荷馬州塔爾薩的Advanced Composites Group股份有限公司、位于加利福尼亞州阿納海姆的Cytec Engineered materials股份有限公司（Tempe Ariz.）和位于猶他州鹽湖城的Hexcel’s（Dublin，California）。一些公司制作資格鑒定小組，而另一些公司則在同一時間段內制作等效小組。Ng解釋說，所有面板測試的屬性都被匯集在一起，以創建一個更大的數據集，為航空航天公司提供了一個更好的數據分布模型。所有生成的數據都符合CMH-17 G版對完整文件的要求。此外，它們符合美國交通部（DOT）/FAA的一些指導文件，因此，現在比AGATE期間有更多的指導價值和作用。

FAA檢查員和工程師監督小組準備和見證測試，以確保血統。Ng補充說，CMH-17的一些技術細節需要解決。“例如，CMH-17目前只包括薄層水平的數據，”他指出。“我們正在與CMH-17領導層合作，將層壓板級別的特性包括在內，其中包括裸孔張力、承載強度等特性，以便工程師能夠更好地設計堆疊順序。希望我們的共識建立過程將使我們能夠朝著這類數據邁進。”

據Ng說，在過去的18個月里，已經達到了幾個里程碑。其中包括完成Advanced Composites Group股份有限公司的幾種MTM45-1產品形式的鑒定和等效性測試，包括6781玻璃、G30-500平紋和HTS 12K單向預浸料。NCAMP還在完成對Hexcel的8552 IM7和AS4單向預浸料坯的測試。Hexcel的8552 AS4平紋預浸料以及Cytec的5215和5250-5預浸料的測試正在進行中。

2008年，NCAMP獲得了空軍研究實驗室（AFRL，Dayton，Ohio）復合材料和混合材料分公司的資助，以生成材料性能數據，并在高達500°F/260°C濕和550°F/288°C干的操作條件下，對Renegade Materials Corp.（俄亥俄州斯普林伯勒）的MVK-14 Freeform聚酰亞胺T650 3K 8HS復合預浸料進行鑒定。該材料被NCAMP成員投票選為飛機結構制造商最需要性能數據的高溫聚酰亞胺，因為它在飛機和發動機應用中形成了鈦的潛在替代品基體。NCAMP為測試計劃編制了文件，包括測試計劃、材料和工藝規范。選擇Canyon Composites（Anaheim，California）制造鑒定面板。11家航空航天公司正在參與對等計劃，包括ATK（猶他州克利爾菲爾德）、BAE系統公司（弗吉尼亞州阿靈頓）、通用電氣航空公司（俄亥俄州辛辛那提）、古德里奇航空結構公司（加利福尼亞州里弗賽德）和普惠公司（康涅狄格州東哈特福德）。Ng說，測試應該在2011年夏天的某個時候完成。

NCAMP于2009年末宣布，其最新材料資格認證計劃再次基于NCAMP制造商和一級航空航天供應商的成員投票，選擇了Cytec的5320-1中等韌性熱壓罐外預浸料系統和Cytec 5276-1高韌性預浸料系統。資金由AFRL/RXBC（AFRL非金屬材料部門的一部分）提供。NCAMP正在與Cytec和參與的航空航天公司合作，選擇產品形式（纖維、織物類型、面積重量等）。每個樹脂系統將有兩種產品形式合格。該項目計劃在兩年內完成。CYCOM 5320-1由于其真空袋固化能力、良好的熱/濕性能和機械性能而備受關注，使其成為不適合熱壓罐加工的大型結構的選擇。

允許的信息

有關NCAMP項目和測試結果的信息可通過其在線門戶網站獲得。可查看的內容不僅包括一般信息和最新的NCAMP測試時間表，還包括材料特性數據報告草案、統計分析、測試計劃以及材料和工藝規范(https://www.niar.wichita.edu/NCAMPPortal/)。Ng說，數據可以通過門戶網站免費向公眾提供，盡管用戶被要求填寫一份免費的在線注冊表，這將使NCAMP能夠提醒訪問者更新。

該小組最近宣布了一個教程，與CHM-17合作，關于“允許生成和等價數據分析的統計”，定于7月19日在科斯塔梅薩，本次會議提供了與CHM-17會議，將在本周余下的時間內舉行。支付了教程的費用，與會者就有資格參加隨后的會議。

Ng總結道：“我們可以通過提供基本的材料允許值、材料和工藝規范來提高復合材料行業的效率。通過使復合材料更容易獲得和使用，我們有機會使車輛更輕，交通系統更環保——我們希望激勵所有材料供應商參與進來。”

------ 完 2010.7.1 ------

楊超凡 2023.10.12

這是國家先進材料性能中心（NCAMP）對碳纖維織物增強熱塑性復合材料的首次鑒定。

NCAMP(National Center for Advanced Materials Performance)國家先進材料性能中心(美國)

Teijin Tenax熱塑性機織物（TPWF）。

帝人（Teijin）有限公司（日本東京）2023.4.12日報道，該公司已通過NCAMP（美國堪薩斯州威奇托市國家高級材料性能中心）對其碳纖維和聚醚醚酮（PEEK）基材料Tenax熱塑性機織物（TPWF- Tenax thermoplastic woven fabric）和Tenax熱熱塑性固結層壓板（TPCL- Tenax thermoplastic consolidated laminate）進行了鑒定。

這是碳纖維織物增強熱塑性復合材料的首次NCAMP鑒定。這也是預固結層壓板的首次NCAMP鑒定，可用于沖壓結構部件的快速熱成型。

這一資格使碳纖維/PEEK織物和強化層壓材料技術可供更廣泛的原始設備制造商、一級和二級供應商使用。制造商可以使用公共NCAMP數據庫來證明等效性，并以比合格材料本身更低的成本獲得FAA認證。

帝人公司說，這將引起各種原始設備制造商的興趣，他們考慮用熱塑性織物和角片和支架等沖壓形式形成的形狀。熱塑性復合材料對日益增長的先進空氣流動性（AAM-）市場和傳統商業航空航天部門也很有吸引力，因為熱塑性塑料具有以下優點：高成型率、提高抗裂性、熔融加工、增加回收機會、室溫儲存和多年保質期。

帝人 TPWF是一種涂有熱塑性聚合物的碳纖維織物。帝人 TPCL是由幾層Tenax TPWF制成的完全浸漬和固結的片材。

合格產品基于Evonik Industries AG（Marl，Germany）的編織Tenax高強度碳纖維和Vestakeep PEEK聚合物，具有高熱、抗沖擊和抗疲勞性能。

帝人表示，其合格的Tenax熱塑性產品的成本降低是通過快速成型工藝實現的，從而提高了部件制造效率。據說這種材料適用于具有高性能要求的航空航天結構部件的大規模生產。

為了進一步支持這項技術的引入，帝人創建了一個這種特定材料的材料卡，用于使用AniForm Engineering（荷蘭恩斯赫德）軟件進行過程模擬。這有望幫助零件制造商和原始設備制造商優化熱成型工藝，以快速獲得此類材料的優勢。

------ 完2023.4.14 -----

新型Victrex AE 250-AS4 UD預浸帶已被批準在NCAMP允許數據庫中發布，用于航空航天項目。

Victrex AE 250-AS4 UDT高性能熱塑性碳纖維預浸帶。

Victrex（英國蘭開夏郡）宣布，國家先進材料性能中心（NCAMP）批準了一種新的單向預浸帶（UDT-unidirectional tape），即Victrex AE 250-AS4，用于航空航天項目。由Hexcel（美國康涅狄格州斯坦福德）提供的行業標準HexTow碳纖維和Victrex的新型熱塑性樹脂系統的組合可以用于制造復合材料，這些材料可以減少能源使用，降低飛機重量，提高飛機耐用性。

NCAMP與美國聯邦航空管理局（FAA）和行業合作伙伴密切合作，對材料系統進行鑒定，并填充公開可用的數據庫。這些NCAMP數據庫加速了生產，并降低了飛機制造商對復合材料系統進行典型鑒定的相關成本。通過擁有NCAMP認證系統，供應商可以更快地將材料大規模推向市場，并幫助其最終用戶比典型的認證過程更快地獲得FAA認證。這對于熱塑性復合材料尤其重要，因為它們在航空航天行業的應用不斷增加。

Victrex戰略技術經理Claire Steggall Murphy表示：“擁有一個允許的數據庫對于進入認證飛機至關重要。”。“這是結構驗證的基礎，也是向希望使用我們的材料設計和制造零件的客戶提供的最低要求。”

Victrex參與了一個歷時兩年多的過程，在Hexcel的幫助下，成功地將Victrex AE 250-AS4 UDT納入NCAMP允許數據庫，Hexcel有通過NCAMP鑒定復合材料解決方案的記錄。現在，新提供的allowables數據庫使飛機設計師能夠輕松采用新的復合系統解決方案。

Hexcel纖維副總裁Lyndon Smith認為：“Hexcel的無上漿（unsized）碳纖維是高性能熱塑性復合材料中行業首選的碳纖維。”。“我們很高興被選中，并祝賀Victrex獲得這一批準。”

Victrex是低熔體聚芳醚內酯（LMPAEK-low-melt polyaryletherletone）熱塑性聚合物的發明人和制造商。與標準Victrex PEEK相比，Victrex AE 250-AS4 UDT高性能熱塑性碳纖維復合預浸帶的熔融溫度低40°C。PAEK聚合物家族的機械、物理和耐化學性能被認為是航空航天應用性能和可加工性的最佳組合。Victrex AE 250-AS4聚合物的低熔融溫度和流動特性也增強了自動纖鋪絲（AFP）的可加工性。

其他特征包括：

• 優異的韌性和疲勞性能
• 符合公認行業標準的火災煙霧和毒性（FST）

性能

• 吸濕性低
• 在玻璃化轉變溫度（Tg）或以上操作的能力
• 非常適合用于二次成型零件
• 對化學品和溶劑的卓越抵抗力
• 表面聚合物流動，便于堆焊
• 優異的分切特性
• 一致的厚度和寬度公差指標
• 無拼接的較長長度（>1000米）
• 室溫儲存，無需冷凍。

------完 2023.1.25------

從碳纖維增強熱塑性塑料（CFRTP）測試板開始，對AFP機器在復合材料容許值上的可變性進行深入調查，以實現認證框架。

（從左至右）：David Mollenhauer，（AFRL）；

Kevin Rogers，（Victrex）；Isaac Schmitz

和Waruna Seneviratne，（WSU-NIAR）。

經過幾個月的共同努力，Victrex（英國蘭開夏郡和美國賓夕法尼亞州康舍霍肯）和美國威奇托州立大學國家航空研究所（NIAR- National Institute for Aviation Research）（美國堪薩斯州WSU）根據NCAMP協議開發了自動纖維放置（AFP）系統的材料和工藝規范。

NCAMP是該大學的國家先進材料性能中心，與美國聯邦航空管理局（FAA）和行業合作伙伴合作，對材料系統進行鑒定，并發表一個可以公開查看的共享材料數據庫。

NIAR的航空航天系統高級技術實驗室（ATLAS- Advanced Technologies Laboratory for Aerospace Systems）已經開始使用Victrex AE250聚芳醚酮（PAEK）制造測試板，這是一種用IM7碳纖維增強的熱塑性材料系統。這是由空軍研究實驗室（美國俄亥俄州Wright Patterson空軍基地）贊助的平價可持續復合材料建模（MASC- Modeling for Affordable Sustainable Composites）計劃的一部分。MASC專注于開發一個認證框架，以實現用于自動化制造技術的新型材料和先進結構概念。

根據NIAR-WSU的說法，這是第一次有項目對多臺AFP機器對使用《復合材料手冊》17中概述的行業標準統計程序生成的復合材料容許值的可變性進行深入調查。

該項目包括對Hexcel（美國康涅狄格州斯坦福德）、Solvay（美國佐治亞州Alparetta）、Toray（美國加利福尼亞州Morgan Hill）和Victrex的幾種熱固性、熱塑性和干纖維AFP材料系統進行鑒定。所有數據和相關文件將包含在NCAMP共享材料數據庫中。

為了減輕機器可變性帶來的風險，進行了一系列資格預審制造試驗，以開發機器編程協議，在各種AFP機器上制造等效面板。這些與機器無關的允許值可以被各種各樣的認證程序使用，而不考慮用于生產的AFP機器的類型。NCAMP適航代表以及空軍研究實驗室和Victrex的人員見證了AFP面板制造的啟動。

------ 完2022.2.3 ------

允許的設計數據集建立了航空航天應用中

3960預浸料系統的傳統手工疊層和AFP的

一致性要求和工藝規范。

L型面板由東麗預浸料制成。

美國東麗復合材料公司(TCMA，Tacoma，Wash.，美國)是一家生產先進碳纖維和復合預浸材料的制造商，已與貝爾公司(Bell Textron-美國得克薩斯州沃斯堡)達成合作協議（貝爾是一家直升機公司）。支持新的國家先進材料性能中心(NCAMP)為Toray公司的3960預浸料系統設計允許的數據集。該預浸料系統使用東麗T1100中模量+（IM+）纖維，提供高韌性和卓越的拉伸性能，非常適合航空航天應用。

2016年，東麗和貝爾開始努力改進3960預浸材料的性能，以滿足貝爾對高性能和低風險機身解決方案的設計要求，例如美國陸軍的未來垂直升力（FVL-Future Vertical Lift）計劃。東麗表示，2019年，在美國國家航空研究所（NIAR，Wichita，Kan，U.s.）NCAMP工程團隊的指導下，該公司開始為這種材料提供允許的設計數據。該綜合計劃為3960預浸料系統的傳統手工疊層和自動纖鋪絲（AFP）制造工藝制定了一致性要求和工藝規范。東麗指出，這些數據將成為認證的基礎，使航空航天公司能夠獲得適航批準，并以更低的成本更快地將產品推向市場。

貝爾的技術研究員Vince D'Arenzo表示：“東麗的T1100/3960復合材料提供了正確的特性平衡，使貝爾的工程師能夠設計出最高效、最可靠的結構，滿足客戶的任務要求，包括速度、射程和靈活性。”。“我們與合作伙伴一起，通過使用東麗3960預浸料系統構建全面的風險降低和驗證文章，繼續優化機身性能屬性。”

東麗公司業務發展總監Jeff Cross補充道，該公司仍然“致力于為航空航天和國防應用的設計和認證提供具有公開設計數據的全系列產品。”

------ 完2022.5.25 ------

楊超凡 2023.10.10