NASA啟動高速復合材料飛機制造項目 采用東麗碳纖維和航空級熱固性預浸料

NASA蘭利研究中心的HiCAM項目經理表示，作為美國宇航局的最新項目之一，HiCAM項目計劃將復合材料廣泛應用于下一代飛機，需要創建經濟快速型飛機生產設施。

在未來20年內，全球商業航空機隊將需要約4萬架新型飛機，以滿足日益增長的航空旅行需求，同時更換機齡較長的老舊客機，而這些飛機中的大部分將用于單通道飛機市場運營。

目前，像波音737客機這樣由金屬結構制成的單通道客機的生產率約為每月60架，而相比金屬材料飛機的生產率，像空客A220客機或更大型波音787客機這樣由復合材料制成的客機生產率每月不超過14架。

HiCAM項目的目標是加速這一生產過程，以達到使用復合材料每月80架機的生產率。為了實現這一目標，研究人員正在研究哪些復合材料和制造方法可以加速到如此高的生產率，以更快速度制造出更多的大型飛機部件，比如機置和機身。這些部件可以由塑料、石墨和陶瓷等定制混合材料制成，可以顯著降低復合材料結構的成本，大幅降低飛機的重量，達到節油目標。

NASA表示，生產率受到制造零件、組裝零件以制造大型飛機部件以及檢查質量結果所需時間的限制。目前大多數由復合材料制成的飛機部件都是熱固性材料，其制造過程是不可逆的。制成每個零件的復合材料通過熱壓罐的高溫高壓進行固化而最終變為固體。

整個過程是一個漫長的過程，長達8小時。要想縮短時長，就要研究哪些復合材料在熱壓罐中固化最快，哪些材料可以在不使用熱壓罐的情況下固化，以及是否有其他復合材料可以用于制造等。

HiCAM項目團隊目前還在與先進復合材料聯盟的行業合作伙伴合作，開發高速復合材料制造工藝。這些行業合作伙伴包括飛機制造商、設備和軟件開發商以及材料供應商。雖然HiCAM項目的重點是運輸機，但在其他方面也具有很高的應用潛力，包括用于先進空運的小型飛機結構。

東麗復合材料美國公司（Toray Composite Materials America Inc， TCMA）是TORAYCA™ 碳纖維和航空級熱固性預浸料的制造商，參與了該項目現階段的三個部分任務，主要是負責供應TORAYCA™ 碳纖維和下一代熱固性預浸料。

此外，TCMA還為材料在自動纖維鋪放（automated fiber placement，AFP）工藝開發、快速固化和機翼/機身結構樹脂灌注中的使用提供工藝指導。熱固性預浸料利用中模量碳纖維（IM+）和增韌環氧樹脂系統，提供結構性能、低樹脂含量和嚴格的物理性能制造公差。

TCMA航空航天業務發展總監 Jeff Cross 表示：“我們很自豪能夠參與ACC在降低成本、提高性能、提高單通道商用飛機的交付率等方面所做出的的努力，從而保持美國在飛機制造方面的競爭優勢。”。

東麗先進復合材料公司（Toray Advanced Composites，TAC）是一家生產多種熱固性和熱塑性復合材料技術的制造商，直接參與了該項目的四個附加部分，提供了一系列Cetex®熱塑性UD預浸帶和其他材料投入。

這些材料包括了標準模量和中間模量的TORAYCA®碳纖維增強的最先進結構熱塑性復合材料，并被用于創新的零件制造和組裝工藝。TAC技術副總裁Steve Stop表示：“東麗很榮幸能夠支持這項整體材料和工藝技術計劃，從而幫助美國航空航天制造業實現前所未有的4-6倍生產率增長。”