本文是杨超凡研究员创作于2019年2月21日，已获授权发布。

1.波音787和空客A350-900使用的复合材料形式

2.波音777X机翼复合材料

3.预浸树脂的单向带         4.预浸树脂的narrow slit tape

               5.预浸树脂的wide slit tape                                        6.包装待运预浸树脂的wide slit tape

                          7.制造机翼蒙皮的ATL                  8.制造梁用的AFP                      9.制造蒙皮用的 AFP

10.制造波音787机身（右侧蓝色设备是AFP）

名词解释：

材料： 

波音787和777X用：东丽T800S/3900-2B

标准：BMS8-276

空客A350用： 赫氏 IMA/ HexPly®M21E

标准: AIMS 05-27-002

单向带（Unidirectional tape，简写UD）:

含10%纬纱的碳纤维纺织带。带宽，300、150、75mm（见图3.）。纬纱起固定经纱的作用，它不承受外力。它适合铺放率曲不大、大面积的零件，如机翼、尾翼壁板蒙皮。由于单个带较宽，对机身类的桶形件，特别是带锥度的桶形件，缠绕时带的边缘不容易贴模。另外，10%不受力的纬纱，从碳纤维承受外力角度来看，显然不是最佳。因此，对机身类的桶形件蒙皮采用多组宽度小的slit tape,进行缠绕。

单向带事先加入基材树脂，就成为预浸单向带。

预浸树脂的slit tape: 

“slit tape”是将无捻的碳纤维纱拉直、压平，然后分裂成所需要的宽度。它无维纱，也就不需要纺织。在分裂前将基材树脂加入到碳纤维中。所加的基材树脂要求重量精确、分布均匀。重量严格控制在35%（碳纤维占65%）。波音787、A350所用的是环氧树脂基基材，要求在带的背面有隔离带（图4中黄色是隔离带，图5、图6）。

窄带的宽度：3.2、6.4、12.7mm; 宽带的宽度：38.1mm。两种带的厚度军均为，0.19、0.25mm。

制成预浸树脂的slit tape处于半固化状态(B阶段)，需要在 -17°C环境下保管、运输，而且还有一定的保管期。

预浸树脂slit tape ，关键是如何保证带的厚度和宽度。另一个是基材树脂如何保质保量地加入到带中。

目前slit tape没有统一的中文名称。根据它的特征，建议用“碳纤维无捻纱带”。简称“纤维带”。

ATL( Automated Tape Laying ):

波音787、空客A350-900机翼蒙皮使用的是预浸树脂的单向带。铺放带的设备是用ATL(见图7.)。ATL国内多译为，“自动铺带机”。

尽管单向带的带宽可达75mm,但是人们还是不满意它的铺放效率。空客去年刚开始交付的A350-1000,机翼蒙皮用预浸树脂的slit tape窄带。铺放设备用自动铺丝机,一次可并列铺放8个纤维带，宽度可达100mm(见图11)。

图11. 西班牙MTorres公司制造的AFP

AFP( Automated Fiber Playing):

国内有人直译为“自动铺丝机”。最初，它是将预浸树脂的纤维带，缠绕在机身桶体的旋转芯模上，制成机身蒙皮（见图10. ）。图10中自动铺丝机，可装载32个窄纤维带卷。一次可并列缠绕400多毫米宽。图8. 的自动铺丝机上可装载16个窄纤维带卷。后来，AFP用来制造机翼壁板蒙皮。

正在研制的波音777X，机翼用复合材料制造。所用的复合材料同787。机翼蒙皮采用38.1mm预浸树脂的宽纤维带（图5.、图6.）。所用的自动铺丝机，见图9。自动铺丝机装载的不再是纤维带卷，而是像电影胶片圆盘架（见图5.、图6.）。设备的铺放头见下面图12。此设备是美国ElectroImpact公司制造，是当今最先进设备。从发展趋势来看，制造机身和机翼都要用自动铺丝机。波音公司准备新研制的中型宽体客机NMA(又称波音797)，复合材料机翼也将用自动铺丝机，铺放预浸基材树脂的纤维带。自动铺带机（ATL）将退出。

图12. 铺放头（两边各有10个卷有宽带的圆盘架）

基材（matrix）:

在复合材料T800S/3900-2B和IMA/HexPly®M21E中，3900-2B和HexPly®M21E统称“树脂基材”。它是由环氧树脂，加入固化剂、增塑剂、或其他功能材料混合组成的高分子化工产品。环氧树脂基材固化时，为了保证固化后的产品性能和质量稳定、一致，需要在热压罐中经高温、高压进行固化。

总结：

通过以上叙述明确了，制造宽体客机机身蒙皮和机翼壁板蒙皮材料和工艺：

l 材料 ：高强度、中模量碳纤维；增韧环氧树脂基材。

l 材料形式：预浸基材树脂的纤维带（slit tape）。

l 铺放设备：自动铺丝机（AFP）。

l 固化工艺：热压罐中高温、高压固化。

机翼长桁、机身长桁、框、等零件采用经适航认证过的碳纤维复合材料，常规制造工艺，绝大多数不进热压罐固化，是在高温炉中固化。

备注：本文除图1.是自做外，其余图片、技术数据均来自互联网。

——完——

作者简介：杨超凡，飞机制造高级专家，近年专攻民机复合材料。原陕飞副总工程师，原航空工业部首批研究员级高级工程师，享受国务院特殊津贴。