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    波音787夢幻飛機(jī)――環(huán)氧樹脂/碳纖維復(fù)合材料革命的代表。在波音787上大面積使用環(huán)氧樹脂碳纖維復(fù)合材料，減輕了飛機(jī)重量并使創(chuàng)新理念得以實(shí)現(xiàn)。當(dāng)波音公司開始考慮在787夢幻飛機(jī)上大量使用結(jié)構(gòu)復(fù)合材料時(shí)，波音工程師們的直覺是：環(huán)氧樹脂/碳纖基質(zhì)結(jié)構(gòu)能大大降低飛機(jī)重量，可以節(jié)省燃料、擴(kuò)大飛行范圍；但是經(jīng)過早期對(duì)復(fù)合材料的集中研究，他們意識(shí)到復(fù)合材料還可以帶來重大的設(shè)計(jì)變化，這種變化可以讓他們進(jìn)行功能系統(tǒng)集成，也可以改變層流、發(fā)展空氣動(dòng)力學(xué)。 

    從材料學(xué)的角度看，787夢幻飛機(jī)是制造業(yè)歷史上最大的革命性跨越之一。但是為了實(shí)現(xiàn)一項(xiàng)野心勃勃的出貨計(jì)劃――第一批出貨時(shí)間定在2008年5月――當(dāng)時(shí)存在大量的障礙需要跨越，沒人嘗試過規(guī)模生產(chǎn)巨大的環(huán)氧樹脂/碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，這種材料是熱固性材料，處理時(shí)間明顯要慢于熱塑塑料；如此大型部件的關(guān)鍵制模技術(shù)當(dāng)時(shí)仍然處于發(fā)展階段，實(shí)際上這也是開發(fā)項(xiàng)目中的少數(shù)羈絆之一；必須開發(fā)出新型涂層處理裂紋擴(kuò)展問題，用鋁材就不會(huì)有這個(gè)問題。工程師們還必須設(shè)計(jì)不同的系統(tǒng)來應(yīng)對(duì)電流短路問題，因?yàn)椋瑯渲鶑?fù)合材料不導(dǎo)電。材料技術(shù)當(dāng)時(shí)對(duì)大家來說已經(jīng)不是新領(lǐng)域了。

    “當(dāng)我們決定在機(jī)翼、機(jī)身、地楞橫梁等部位上使用復(fù)合材料時(shí)，我們實(shí)際上只是在制造777飛機(jī)時(shí)積累的大量生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)鋪墊的道路上再往前走一步，”787技術(shù)集成主任、波音公司前任全材料技術(shù)總工程師Alan G.  Miller博士說?！爱?dāng)時(shí)我們知道象型穩(wěn)性一類的事情。我們也知道復(fù)合材料會(huì)怎樣沖擊制造流程；我們有許多設(shè)計(jì)上獲批的資料庫，我們有很大的信心，這種信心來自于我們的客戶?！痹诓ㄒ?77飛機(jī)上復(fù)合材料只占重量的9%，而在波音787上復(fù)合材料占到重量的50%。在整個(gè)777飛機(jī)時(shí)代碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的性能、制造技術(shù)和費(fèi)用結(jié)構(gòu)都有所提高。根據(jù)不同的具體應(yīng)用需求，787飛機(jī)上使用了幾種不同種類的復(fù)合材料，包括雙馬來酰亞胺。還有些較小的部件是用短纖維制造的、可以塑成各種形狀，在飛機(jī)的內(nèi)部裝飾上也大面積使用了熱塑性工程塑料，但是這與以前的設(shè)計(jì)沒有多大不同。所有的復(fù)合材料都是由世界最大的碳纖維生產(chǎn)商Toray

Industries公司提供的。據(jù)估計(jì)，從2004年起，波音公司已經(jīng)向Toray公司定購了價(jià)值60多億美元的復(fù)合材料，這些訂單對(duì)復(fù)合材料的價(jià)格和其他用戶的貨物供應(yīng)造成了壓力。這一估計(jì)數(shù)字是根據(jù)2006年以后的計(jì)劃生產(chǎn)量得出的，而這些數(shù)據(jù)由于787飛機(jī)令人矚目的成功已經(jīng)成為過去。在2003年底，Toray公司碳纖維產(chǎn)品的生產(chǎn)能力是7300公噸。到2007年夏天，該公司的產(chǎn)能達(dá)到13900公噸。這段時(shí)間內(nèi)，公司在碳纖維產(chǎn)品上的投資接近10億美元。公司產(chǎn)能的擴(kuò)大來自于美國(華盛頓州的Tacoma公司和阿拉巴馬州的Decatur公司)以及法國和日本客戶的需求。在787飛機(jī)的帶動(dòng)下，聚丙烯腈類碳纖維的需求量一年增長了15%。隨后的需求增長將來自于汽車市場和CNG燃料罐一類與能源相關(guān)應(yīng)用的全面進(jìn)入。

    技術(shù)上需要解決的幾個(gè)問題首先是規(guī)模生產(chǎn)問題。復(fù)合材料的生產(chǎn)過程要明顯慢于熱塑性工程塑料的生產(chǎn)過程?！拔覀円郧皼]有碰到過如此大量的應(yīng)用(在夢幻飛機(jī)以前)，”Miller說?！皬?fù)合材料產(chǎn)業(yè)以前從來沒有處理過這種情況。那是一座我們必須跨越的山。”Miller認(rèn)為，傳統(tǒng)機(jī)械模具生廠商提供了大多重要的解決方案。Cincinnati

Machine Co公司就是一個(gè)例子，該公司為787夢幻飛機(jī)供應(yīng)新的浸帶疊層系統(tǒng)和纖維編制系統(tǒng)。

    “高速精確的鋪疊技術(shù)加快了工作流程，縮短了制造日程，并且降低了工序成本，” Cincinnati Machines公司復(fù)合材料總經(jīng)理Randy

Kappesser說。利用自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的、編譯自CAD(計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì))和層壓資料的軟件程序，這些最新型的設(shè)備可以把浸帶鋪疊成非常復(fù)雜的幾何形狀。該軟件可以允許離線部分編程和模擬，包括碰撞干預(yù)。

   
樹脂半固化片中的增強(qiáng)纖維被確定了具體方向，只在需要的方向上才具有最大的強(qiáng)度。半固化片指的是已經(jīng)用樹脂浸制過的纖維基質(zhì)。由于大小(和飛機(jī)一樣大)和技術(shù)的發(fā)展問題，模具也是當(dāng)時(shí)一個(gè)比較大的問題。在那之前，復(fù)合材料模具主要用在造船方面，而造船還不是大規(guī)模生產(chǎn)行業(yè)?！叭匀惶幱谂Πl(fā)展中的技術(shù)領(lǐng)域是模具制造，”Miller說。“利用獨(dú)特的設(shè)備裝置，復(fù)合材料的模具制造可能相當(dāng)講究，或者說，如果你不十分注意的話，非常笨拙和繁重......我們必須預(yù)先與我們的技術(shù)合作伙伴碰面，以確保這項(xiàng)技術(shù)是成熟的，能夠滿足我們的生產(chǎn)日程需要?！贝笮蛷?fù)合材料模具結(jié)構(gòu)材料的金牌標(biāo)準(zhǔn)一直是一種叫做不脹鋼的鐵鎳合金，這種材料非常適合這一用途，因?yàn)槠錈崤蛎浵禂?shù)(CTE)是可以控制的。不脹鋼的一個(gè)問題是，不太易于按照制造系統(tǒng)要求彎曲，而讓材料易于彎曲一直是波音公司幾年來的一個(gè)主要目標(biāo)。

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