本项目属于碳纤维领域,受江苏省战略性新兴产业项目资助。碳纤维复合材料以其高比强度、设计性好、结构尺寸稳定性好、抗疲劳断裂性好等优异的综合性能,在航空领域中广泛应用,实现设计结构大幅减重,使用性能极大提升,减重、提高续航能力、节能减排等综合效益显著。目前,航空结构部件主要采用碳纤维预浸料热压罐成型工艺,存在以下问题:(1)热压罐预浸料成本比铝合金高出5~10倍,尽管可以实现30%以上的结构减重,仍极大限制了其规模化应用推广;(2)热压罐工艺采用单面模成型,很难精确控制制件的厚度和袋面外形。(3)对于多腔等复杂结构的部件,需要大量手工操作,以及设计和制造对整个部件均匀施压的模具难度极大,产品质量一致性差,制造成本高。本项目采用压力梯度可控树脂传递模塑成型(RTM)的新工艺技术和配套的新型碳纤维复合材料体系,弥补预浸料热压罐工艺的不足,实现与预浸料热压罐工艺相当的性能和工程质量一致性,满足碳纤维复合材料航空结构件对低成本、高精度、高效率、高质量的制造工艺要求。本项目在国家的支持下,攻克了碳纤维复合材料体系与成型工艺的系列共性关键技术,主要发明点包括:在航空RTM材料方面,(1)增韧高温高韧性液体树脂,采用热塑性增韧材料的分子量控制技术、纳米材料的自转公转双离心混合技术,实现了高温、高韧性和低粘度的性能;(2)离位增韧定型织物及增韧性定型剂,选取与树脂体系不互溶的热塑性增韧粒子,进行表面包覆处理,使其具有粘接定型作用,兼顾定型工艺性、RTM工艺性和进一步提升了材料体系韧性。(3)高效成型的预制体,开发出一体成型的2D/2.5D编织物,配合KUKA七轴机器人可以精准编织等截面、变截面预制体,并在国内首次研发出2.5D编织物4轴编织工艺,创新引入90度编织纱线,能够实现等截面与变截面筒形件、部分结构复杂梁预制体的一体化成型。在RTM成型技术方面,(1)压力梯度可控RTM成型技术,精确控制树脂在纤维预成型体中的流动,保证在注胶过程中产品变形小,产品厚度均匀,纤维体积含量可以控制在±2%范围内,树脂用量节约10%-15%,注胶效率提升20%。(2)多点注射技术与复杂结构流道设计,在容易出现干斑的高风险区域增设注胶点,将最短树脂浸润路径注胶和端头环向相互结合,实现了大型复杂纵横加筋结构、复杂多腔结构RTM工艺整体成型。(3)带截流装置的液体成型模具设计技术,通过控制树脂充注压力梯度和截流装置,控制树脂不同方向上的流速,最大程度消除模腔内气泡,有效控制纤维束内、外空隙含量,提高制件内部质量。本项目获得授权发明专利7件,实用新型专利9件,参与国产民用大飞机《树脂传递模塑(RTM)工艺复合材料结构件制造》(W311SP115)工艺规范编制。本项目产品累计新增销售28,434万元,利润9,562万元,缴税1,976万元;成功地将国产碳纤维复合材料应用于多个重大装备型号机或高端装备上,打破了国外在高性能碳纤维复合材料的技术与材料垄断,实现战略性新材料供应的自主保障,项目经济、社会效益十分显著。