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 2 自動鋪帶技術

隨著復合材料構件在航空航天器上的大量應用，完全人工鋪放和數字化輔助人工鋪放缺點日益顯露，要求鋪層人員有很高的技藝和施工經驗，手工鋪貼費工費時，效率低、成本高，難以適應大批量生產和大型復雜復合材料制件的生產要求。自動鋪帶應運而生，作為手工帶鋪放的替代，其采用自動控制技術實現預浸帶的定位、鋪放、壓實、剪裁等功能，尤其適合小曲率曲面構件( 如筒段、翼面、壁板等) 的自動化成型[8]。

航天材料及工藝研究所以大型筒形結構復合材料構件為目標開展了自動鋪帶技術工程應用研究。突破了高性能干法預浸料制備技術，研制出了適于自動鋪帶使用的預浸料JT300/605，其性能如表1所示，實現了自動鋪帶用預浸料的批量生產；突破了預浸料分切技術（見圖1），形成了各種幅寬的自動鋪帶用預浸帶的分切制備能力，分切寬度達10~150mm，分切精度為±0.5mm/100m，初步滿足了現階段航天復合材料自動鋪帶成型的原材料需求；以圓筒形結構件為對象，采用研制的JT300/605熱熔法預浸帶，基于自動鋪帶成型系統，開展自動鋪帶成型工藝，分別從鋪放角度范圍、鋪放質量、鋪放效率、鋪放精度等方面對筒形結構自動鋪帶工藝進行了分析研究及技術改進，顯著提高了預浸帶的鋪層精度和質量一致性，預浸帶間隙或重疊≤ 1mm，鋪帶角度與理論鋪帶角度偏差≤ 0.2°；通過筒形結構件的鋪放試驗研究，積累了自動鋪帶成型用大尺寸筒形結構模具的設計經驗，掌握了自動鋪帶成型用筒形結構模具設計技術。在國內首次實現了復合材料自動鋪帶技術的工程化應用，研究成果已推廣應用于多種航天產品的研制生產。

3 纖維纏繞技術

纖維濕法纏繞成型是實現復合材料“低成本、高性能”的重要手段之一，也是發(fā)展較早、技術相對成熟的復合材料自動化成型技術。在先進復合材料，尤其航天航空高性能復合材料結構制造中應用極為廣泛，占據相當重要的地位，主要包括各類壓力容器、固體火箭發(fā)動機殼體、承力碳管、管道、貯罐、發(fā)電機葉片等。復合材料壓力容器已成為航空航天結構動力系統的關鍵組成部件之一，無論從結構重量還是從所占據的幾何空間上看，都占有極高的比例，而其減重要求是制約著新一代先進發(fā)動機系統的研制和發(fā)展的技術瓶頸之一。如何設計和制備出輕量化的復合材料壓力容器，最大化地減輕系統的重量，是復合材料研究人員追求的目標。世界發(fā)達國家均將發(fā)展輕量化復合材料壓力容器技術列為太空探索的關鍵技術之一，如美國NASA提出的新航空研究計劃（New Aeronautics Research Program）、2030年前的太空探索規(guī)劃（3rd Space Exploration Conference & Exhibit）、歐洲木星探索計劃等[9]。

航天材料及工藝研究所已經開展了纖維濕法纏繞成型技術在航天結構件的應用開發(fā)研究?；诤教飙h(huán)境對基體樹脂的特殊需求，改進了復合材料濕法纏繞樹脂的配方，開發(fā)了高韌性環(huán)氧樹脂體系C601；突破了高性能復合材料氣瓶的濕法纏繞成型技術，初步建立了復合材料壓力容器設計、制備、試驗和測試評價一體化的技術集成系統，有效地提高了復合材料氣瓶成型的設計制造能力，為輕量化復合材料壓力容器的可靠應用提供了技術保障。

目前，航天材料及工藝研究所形成了涵蓋多類內襯（鋁合金內襯、鈦合金內襯等）、多類纖維（玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維等）、多種結構形式（柱形、球形、環(huán)形）的復合材料壓力容器研制能力，研制出了滿足設計要求的增壓系統用復合材料氣瓶結構件，滿足新一代運載火箭系統輕量化的發(fā)展需要。