材料制作的背后往往有着一套繁琐的工艺流程，专业晦涩的说明常常让人难以理解。然而，来自中国商飞北研中心的工程师却“脑洞大开”，将民机复合材料的制作过程比作一道独特的佳肴，从主料、辅料、配菜、餐盘等角度详细描述这一工艺过程。飞宝将为大家带来一份别样的复合材料“工艺操作书”。
▲中国商飞北研中心热压罐
民机领域广泛应用的复合材料区别于金属基复合材料和陶瓷基复合材料，主要指纤维增强树脂基复合材料。如果说民用飞机是让大家纵享先进科学技术成果的饕餮盛宴，那么纤维增强树脂基复合材料便是盛宴中一道独特的佳肴，其主料精细、辅料精巧、配菜精湛、烤盘精良、火候精准、装盘精美，堪称精品，值得细细品味。
纤维增强树脂基复合材料主料精细，选料考究。其主料之一是被业内誉为“黑色黄金”的碳纤维，碳含量严格要求大于95%。主料之二是树脂，顾名思义，原本为树木的分泌物，是形成琥珀的重要原料。目前复合材料广义的树脂为人工合成高分子聚合物。
为确保“口味”“品质”的一致性，复合材料制造领域引入先进的“中央厨房”理念，采用标准化、机械化、自动化工艺生产制备复合材料的“半成品”：预浸料。预浸料是树脂浸渍纤维的组合体，其中纤维与树脂的两种主料的“配比”体现了对“美”的追求，两者重量比接近“黄金分割点”。
预浸料如同“面片”，为单层薄片状材料。好似兰州拉面分为大宽、二宽、韭叶子、二细、毛细等不同种类一样，预浸料的宽度也根据客户需求而不同，主要差别取决于其是面向手工铺贴还是面向自动铺丝工艺。
为确保原材料可靠，“半成品”都具有独立的“身份证”，详细记录生产日期、批次号、卷号等信息。“半成品”从生产线下线后便需要“冷藏保鲜”。
一般情况下，预浸料储存温度要求为-12℃，而冷库的工作温度一般是-18℃。运输过程中，每个包装均利用干冰进行低温“保鲜”，并放置温度记录仪。对于温度高于-12℃的情况，其超温时间累积计入操作时间；如果超温累积时间超过操作时间将直接报废。另外，“半成品”具有严格的“保质期”，若超过保质期也将报废。
如果说预浸料是复合材料这道佳肴的主料，那么与主料一同进行“烹饪”的工艺辅助材料就可以称为辅料。复合材料成型工艺的配料主要有：隔离材料、透气毡、真空袋及密封胶带等。
隔离材料应用于预浸料铺层与模具或其它辅助材料之间，使预浸料铺层固化后不与模具或其它辅助材料粘附上，易于分离。隔离材料主要包括隔离膜、脱模布及脱模剂等。隔离膜和脱模布类似制作“叫花鸡”的荷叶。其中隔离膜为聚合物薄膜，剥离性良好；脱模布通常为尼龙织物或优质玻璃纤维织物涂覆聚四氟乙烯，表面光滑，抗粘性好，同时改进复合材料固化后表面的光洁度；脱模剂为液体或蜡状体，主要涂覆于成型模具，类似为模具涂抹的“不粘锅特殊涂层”。
透气毡一般为聚酯或尼龙材质，覆盖整个复合材料制件，其多孔高渗透特性提供预浸料铺层中气体向外流动的通道。
真空袋类似烘烤过程中应用的铝箔，更像制作“叫花鸡”的泥土，利用密封胶带将预浸料铺层及其它工艺辅助材料包裹严实，保证密封性。
“半成品”由“中央厨房”配送到复合材料制造商后，需要进行严格的入厂检验才能接收。接收后需要在“配菜间”，即净化间进行“深加工”，以完成预浸料的铺贴。净化间是一个恒温恒湿的操作间，操作人员要全副武装：身着工作服、头戴工作帽、脚穿鞋套、手戴手套，进入净化间需经过风淋室，在强风作用下确保无粉尘颗粒带入净化间。
对于预浸料铺贴，主要包括手工铺贴、自动铺带和自动铺丝三种方法，每一种“配菜手法”都体现出精湛的技艺。
手工铺贴主要应用于尺寸较小、构形复杂的复合材料结构，主要选择幅宽600mm的预浸料。预浸料首先利用自动下料机分切成设计数模中每个铺层展开的平面形状。自动下料机采用高频振荡切割头，其最大频率超过200Hz；裁剪精度达±0.5mm；配备预浸料定位装置，防止预浸料方向偏移，确保纤维偏移方向≤1°；可裁剪多层碳纤维预浸料，最大切割厚度≥1mm。手工铺贴过程中，为确保铺贴的尺寸精度，利用激光铺层定位系统辅助铺贴。激光铺层定位系统能够在三维立体表面投影基于设计数模的每个铺层轮廓图形，位置精度达到±0.381mm，激光束在工件表面上的轮廓线宽度仅为0.5mm～1mm。
为确保“品质”，如今“配菜”全面实现了自动化，即自动铺贴技术。其中，自动铺带工艺主要应用于尺寸较大、构形相对简单的复合材料结构，如机翼蒙皮等。自动铺丝工艺主要应用于尺寸较大、构形相对复杂的复合材料结构，如机身筒段、翼梁等。常见的自动铺丝设备配置8、16或32根丝束的铺丝头，可以进行全带宽同步铺贴或单根丝束独立铺贴，以适应不同复杂程度的结构形式。
（图文来源：中国商飞公司新闻中心《大飞机报》第22期，文/辛朝波 摄/张学鹏）
