杨超凡·再说热塑性碳纤维复合材料的回收利用
树脂基碳纤维复合材料，代替铝合金制造飞机机体，已经成为衡量飞机先进与否的重要标志之一。树脂基碳纤维复合材料按基材树脂，可分为两大类：无论哪种材料，在制造机体的过程中，均要生产边角、余料。下图展示波音787机头段，制造过程中要切割出门、窗开口。切割下来的材料，成为边角、余料。
热固性碳纤维复合材料，回收较困难。早些年采取集中填埋处理。随着人们对环保意识的提高，2004年大多数欧盟成员国通过了禁止垃圾填埋处理复合材料的法律。此外，由于有毒副产品的潜在释放，焚烧塑料是不可行的。2000年9月18日，欧盟议会于2000年发布并于2003年11月被欧盟成员国采纳的欧盟报废汽车（EEEV）指令要求，2015年1月之后制造的每辆汽车的95%必须重新使用或回收。目前从热固性碳纤维复合材料中除去树脂的商业方法是热解（热处理）和溶剂分解（化学处理）。对于热塑性碳纤维复合材料生产中造成成的边角余料、废料，以及日后报废的飞机机体，只要加热到树脂熔化，就可以分解出碳纤维和树脂。此过程简单、易操作，而且对环境不会造成污染。“ 新320 ”下半机身试验件，长度8米、直径4米。其上设计有13个框、36根长桁，马鞍形连接件500个，各种系统支架、卡箍共270个。马鞍形连接件、系统支架、卡箍，均由回收处理后的热塑性复合材料边角余料制造。制造工艺采用注塑、模塑或3D打印。8米上半机身试验件，至少得用400个马鞍形连接件，。“ 新320”整个机身长有30多米。如此众多的马鞍形连接件、系统支架、卡箍，用回收料制造，既环保又降低飞机制造成本。
根据现收集到“ 新320”使用热塑性碳纤维复合材料的资料，通过几篇短文已经做了详细报道。目前研发工作还在进行中。下面罗列一些关键技术项目，希望共通关注。1.适应热塑性碳纤维复合材料的结构设计（机身设计分离面、连接零件、承受集中载荷零件、与系统件集成设计。机翼结构至今还蒙着一层面纱）；a.焊接工艺和焊接设备。特别是焊接设备的可达性和焊接速度及随机检测；b. 工装、模具。制造零件的RTM模具和蒙皮类铺放模具，均得承受400°C左右的高温。装配工装采用“Jig-Less”、“Adaptive assembly ”。过程中无损检测工艺和设备。3.热塑性碳纤维复合材料。目前在试验件的制造中，使用三种热塑性碳纤维复合材料：CF/ PPS、CF/PEEK、CF/PEKK。这三种碳纤维复合材料还没有注册商标的市场化产品。碳纤维与树脂的配合还在探索中，如碳纤维表面是否上浆，还无定论。目前国际上能够商品化生产PEEK、PEKK的厂家屈指可数。各个厂家生产的PEEK、PEKK性能有差异，它再和不同厂家、不同强度性能的碳纤维配合，得到的复合材料，性能也完全不同。用于民机的热塑性碳纤维复合材料的现状，正是我们参与的大好时机！
注：Jig-Less空客使用的一种无固定地基、柔性飞机装配型架。
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首次发布时间：2023-12-01
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