OOA預浸料技術的發展

熱壓罐外固化預浸料是在熱壓罐預浸料的基礎上發展起來的,作為預浸料的增強材料沒有變化,制造預浸料的工藝雖有部分調整,使用的設備仍是原來的預浸機,對預浸料的性能要求也沒有什么改變,唯獨樹脂基體有了變化,以適應從熱壓罐固化到真空袋烘箱固化的轉變。因此,OOA預浸料技術發展實質上是OOA 預浸料用樹脂基體的發展。

OOA 預浸料最早始于20世紀90年代,由美國空軍研究實驗室(AFRL)與美國國防部先進技術研究計劃署(DARPA)開始關注,此后歐洲和美國投入了大量精力用于研究熱壓罐外固化預浸料復合材料技術。先進復合材料集團公司(ACG)率先進行了OOA樹脂基體預浸料的開發,研制了一系列用于熱壓罐外固化用的樹脂基體和預浸料。Cytec、Hexcel、Gurit、TenCate等公司也先后投人材料、固化工藝、試驗驗證和應用技術研究,在較短的時間取得很大成績,使OOA預浸料技術有了很大發展。

第一代OOA預浸料樹脂基體是ACG公司的LTM系列,如LTM45EL,早期的預浸料在真空壓力下、較低的溫度固化,用于大型、單元化部件、無人機原型機等的制造。因為在真空壓力和較低溫度下固化而成本低。這類預浸料力學性能較低,沒有生產部件所需足夠的循環時間,因此不適合大批量復合材料的生產。

第二代OOA預浸料樹脂基體的典型代表是ACG公司的MTM45和Cytec公司的Cy-com 5215,這兩種預浸料性能接近熱壓罐固化預浸料的性能,實現了DARPA(美國國防先進技術研究計劃署)要求復合材料空隙率小于1%的指標,另外,具有靈活的固化周期,65~79℃時需要較長周化時間,在121℃下能提供2h 固化。此外,177℃獨立固化后T大于150℃。但是,這類體系盡管符合空隙率的要求,而儲存壽命僅10~12d,室溫外置期只有21d,不能滿足大型復雜結構至少需要黏性壽命21d、室溫外置期30d的工藝要求。同時,力學性能和耐熱性能也有差距。

第三代OOA預浸料在美國DARPA/DSO(國防科學辦公室)、AFRL(美國空軍研究室)、波音公司等的支持和參與下,制訂了非熱壓罐項日日標,波音公司提出了對第三代OOA 預浸料的主要要求,如圖5-55所示,著重降低復合材料空隙率,增加預浸料的外置時間,開發OOA 系統提供與當前(2007年)合格熱壓罐固化環氧體系相同性能的材料。

 

ACG公司研發了MTM45-1、MTM44-1、MTM46,Cytec公司研發了Cycom X5320。

波音公司評估了相關三種實驗樹脂配方,并選擇了Cycom X5320。Cytec公司將其商品化為Cytec 5320。隨后,建造了一系列示范部件,制備了多架無人機,進行了有限的無損檢測和解剖評估,所有這些使得波音公司能在成品面積質量、生產難度、檢測和技術成熟度方面進行比較。這表明OOA樹脂系統預浸料已經基本達到與主要飛機結構熱壓罐系統的物理性能水平。幾種材料已經在資格認證過程中。Cycom 5320和Cycom 5320-1在獨立的專有計劃中獲得資格,Cytec已經宣布為龐巴迪Learjet 85商用噴氣機提供碳纖維復合材料。

在此基礎上,多家公司先后開發了不同材料多種類型OOA樹脂基體,豐富了環氧樹脂品種,增加了氰酸酯、雙馬、苯并噁嗪等,見表5-38。為非熱壓罐成型復合材料的使用和發展創造了條件。