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关于多层热塑基材复合材料制造储氮气罐

在欧盟资助的民机综合研发项目中,有一项用多层热塑复材制造高压(1000 bar)氮气罐。此项目今年完成。研发中涉及两项创新工作。

壳体材料:使用Sabic(沙特阿拉伯利雅得)Ultem 1000无填充狭缝薄膜作为PEI和APC-2/AS4碳纤维增强聚醚醚酮(PEEK)胶带。总厚度为≈0.26毫米,包括厚度为1或2密耳(.001或.002英寸)的PEI层。PEI是因为它与PEEK结合良好,可以在略高于215℃的玻璃化转变温度(Tg)加热非晶态PEI层,而不是在略低于400℃的温度下进行处理半晶态PEEK聚合物。PEI的熔化和冷却也更快,与PEEK相比容易控制。

这种新型热塑性胶带在制造过程中已经固化,因此在AFP过程中,它只需加热以熔化和压实PEI层以进行非晶态粘合。其结果是一种层压板,包括完全固化的PEEK-to-PEI胶带和PEI-to-PEI层。与目前使用PEEK(聚醚醚酮)和PEKK(聚醚酮酮)单一胶带的相比,这种AFP工艺的障碍更小。当前的单一胶带要求加热胶带和基板,使其达到熔融温度,将胶带放置在基板上,然后用辊子进行固化,以便精确控制冷却过程,使半结晶聚合物获得足够高的结晶度(30-40%)和较低的空隙率(<3-5%)以获得结构性能。

多层热塑基材材料带已经做过全面的机械性能测试,包括拉伸和压缩强度和模量、裸孔压缩(OHC)、填充孔拉伸、冲击后压缩(CAI)、几乎看不见的冲击损伤(BVID)和流体使用后的性能。

制造工艺:

自动铺丝(AFP)原位固结技术。自动铺丝(AFP)相对于纤维缠绕(FW)的优势,是可以决定你想把材料放在哪里。不受零件周围连续缠绕的纤维的约束。因为在纤维缠绕过程中不能切割材料,在容器的端盖处就堆积较多材料。通过使用自动铺丝(AFP)在需要的地方切割和重新启动纤维/胶带,材料只在需要的地方使用。因此,您可以管理胶带之间的间隙,这对于防止气体渗透非常重要。为了实现这一点纤维缠绕(FW),必须增加缠绕的材料,即使是用自动铺丝(AFP)使用无捻纱胶带,而不是预浸纱。然后进行现场固结,不需要热压罐。自动铺丝(AFP)是一个可行的替代方案,而且非常实惠。

飞机灭火系统中使用的高压存储氮气罐要求:储罐必须能承受地面上-55°C至85°C的温度,飞行中操作期间-40°C至70°C,压力高达1000 bar。

项目的目标是制造无衬里(V型)储气罐。将使用低空隙的自动铺丝(AFP)层压板来避免气体渗透。

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