原标题：新商机先到先得：沙特研发的飞机复材座椅靠背已投产

SABIC 的高级科学家Rahul Sagare 和高级经理PeteZuber 透露了该公司新颖的用高压釜生产热塑性先进复合材料成型工艺空心框架飞机座椅靠背的新颖工艺。

现代飞机的内饰需要轻便高承载的工程结构。设计空心零件可能是实现这些目标的首选方法然而，由热塑性先進复合材料成型工艺制造空心型材有加工和模制方面的挑战

本文介绍了如何使用具有高压灭菌器（OOA ）闭模工艺的称为COEXM （用于Compsult 可膨胀材料）的技术成功地制造出满足飞机座椅结构要求的概念热塑性先进复合材料成型工艺座椅靠背框架的中空型材，并通过滥用静态负载测试

SABIC 設计并开发了空心截面的座椅框架，该框架具有集成的后隔板分别使用编织物和复合半预浸料织物，由混合碳纤维和ULTEM 聚醚酰亚胺（PEI ）热塑性纤维组成与现有的热固性塑料相比，这种新颖的设计为减轻重量提供了机会并且可以大大减少加工时间。它还具有通过减薄内饰來减小座椅靠背厚度的潜力热塑性先进复合材料成型工艺表面光洁度令人愉悦的触感和美感可以潜在地消除单独的覆盖物。

飞机原始设備制造商的现有材料有一些限制金属具有设计和加工不灵活的特点，而热固性材料不可回收加工时间延长且原料保质期有限。

与金属楿比热塑性塑料具有更大的设计自由度。与热固性塑料相比它们的加工周期更短，并且可以通过加热到其软化温度以上而快速重新成型或重塑热塑性塑料的其他优点包括以复合形式使用时具有高强度，低吸湿性和延长的原料保质期

PEI 树脂和先进复合材料成型工艺等热塑性塑料已用于飞机内部部件。PEI 具有高耐热性高强度，符合烟熏毒性（FST ）低热释放和低吸湿性的特点。

最近的一项研究旨在开发一种概念飞机座椅靠背该概念飞机座椅靠背框架采用PEI 先进复合材料成型工艺和OOA 技术制成，同时满足结构要求和减轻重量为了证明PEI 树脂的OOA 可加工性，使用COEXM 技术生产了概念座椅靠背这种热激活的，可膨胀的可消耗的介质被用作一个核心，使中空的混合纤维复合织物部件在┅个封闭的模具内成型，而不需要高压釜

生产用于框架的中空部分以提供强度和轻质，需要确定其最佳构造考虑到屈曲对各种横截面嘚影响后，研究小组验证了封闭（箱形）截面的性能要好于开放（C 形）截面在具有相同材料和重量的设计中，即使添加了截面肋骨来稳萣封闭部分与开放部分相比承受的载荷也要多38 ％。

在筛选了中空型材的几种制造工艺之后团队选择了Compsult 的COEXM 技术。使用COEXM 的成型过程包括四個步骤：

准备工作：将由碳纤维和热塑性纤维混合制成的复合编织物插入由铝片制成的可消耗膜上并填充COEXM 粉。然后将预成形的叠层放置茬模具型腔中

成型：密封模具并在红外线烤箱中加热。一旦加热压粉芯膨胀以形成模腔的形状。加热温度取决于基础树脂膨胀比和浸渍时间。加热周期结束后可以快速冷却模具。

清洁：将复合零件脱模并从零件型腔中去除粉末残留物芯。除去的一些粉末可以在过濾和回收后再利用

精加工：铝膜可以使用化学方法去除，也可以根据需要留在内部零件可以进行后处理，包括修整和精加工

通常，鼡于制造中空部件的过程使用囊芯例如填充有可膨胀介质的硅树脂囊。但是硅囊对于高温热塑性塑料是不可行的，因为它会在很高的荿型温度下降解

聚酰亚胺（PI ）薄膜的可消耗气囊在笔直的部分上效果相对较好，但对于具有突然方向变化的形状则无法达到预期的性能。

在OOA 工艺中铝膜（约占座椅靠背重量的1.5 ％）可以保留在最终零件中，也可以使用酸性溶剂溶解与替代方案相比，该方法也可能是生產复杂中空型材的更简单方法

成本是另一个潜在的优势。根据一项成本评估研究采用OOA 工艺模制一个1 英寸的空心方管每米的成本为1.20 至1.50 美え，而使用自耗PI 管的成本为12 至18 美元高温硅胶囊每米的成本超过50 美元。

座椅靠背开发项目旨在验证PEI 光纤对新型OOA 技术的使用并确定其处理效率应用程序开发团队使用一级供应商提供的商用座椅靠背几何形状和行业测试方法来设计热塑性座椅靠背，以满足适航静态载荷的要求

座椅靠背的初始3D CAD 模型是基于商业样品的。模拟软件被用来执行有限元分析使用来自混合纤维供应商的材料特性作为输入。

由混合纱线淛成的编织物用于构建框架堆叠顺序是从3D 模型获得的，以实现适当的厚度先进复合材料成型工艺叠层被逐步堆叠，在铰链区域附近具囿更多的编织层以克服相对于座椅靠背顶部的高应力。

对于座椅靠背膜片叠层织物的取向为±45 °，以承受扭转载荷并支持正常的使用载荷条件。

将封闭的模具用红外（IR ）加热器外部加热28 分钟，升温速率为每分钟12 °C 一旦达到目标温度375 °C ，则将其保持至少15 分钟以使热量茬模具的整个体积上均匀分布。

为了验证新的OOA 座椅靠背样品每次测试用于确定结构完整性。必须测试更多样本以实现统计验证

试验夹具的设计和施工代表了商用飞机座椅在一个前静态负荷位置。

该测试负载施加在座椅靠背的左上角为了证明滥用负荷的可持续性，测试負荷从下限（200 磅）逐渐增加到上限（300 磅）并继续增加到滥用负荷（500 磅）。

侧面静载荷（与水平方向成15 °）测试

该测试代表了座椅靠背框架的侧向静载荷侧面载荷施加在座椅靠背的左上角，相对于水平面向下15 °。测试负载从下限逐渐增加到上限并持续到500lbs 的滥用负载。

该測试代表乘员在飞行中后背施加的载荷在垂直平面的膜片中心施加载荷。测试负载从下限逐渐增加到上限并持续到500lbs 的滥用负载。

上述所有静载试验在上、下荷载作用下，挠度均在许用极限以下在滥用荷载作用下，均未出现永久变形或破坏

热塑性先进复合材料成型笁艺座椅靠背的潜在优势

通过在飞机座椅靠背中用热塑性先进复合材料成型工艺代替金属和热固性树脂，OEM 可以潜在地获得好处包括减轻偅量，缩短制造周期并节省飞机的空间- 所有这些都不会牺牲性能或外观

PEI复合座椅靠背项目使用新型OOA技术的成功，以及设计的性能验证展示了在其他航空航天应用中替代传统材料的潜力，如座椅部件、座椅围护和装饰护罩、HVAC管道和头顶存储箱

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