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新一代芳纶纸蜂窝制造技术研究

发布时间:2019-08-21 08:00:00

芳纶蜂窝是采用聚间苯二甲酰间苯二胺纤维纸制成的仿生型蜂窝芯材,具有比强度、比刚度高,突出的耐腐蚀性和自熄性,优良的耐环境性和绝缘性,独特的回弹性和吸震性,良好的透电磁波性和高温稳定性,优异的工艺性和外场修复性等众多优良特性。芳纶蜂窝是高端装备轻量化的重要材料,大量应用于飞机、舰船、高速列车等领域,如在波音787结构件上芳纶蜂窝用量达机体结构重量的25%,且所有的内饰件均应用了芳纶纸蜂窝;在空客A380上的地板等部位也采用芳纶纸蜂窝。

蜂窝块制造中的问题及先进制造理念芳纶纸蜂窝的制造技术决定了蜂窝的品质。市场上品质良莠不齐,产品中普遍存在的问题是:质量不稳定:固化度不一致、蜂窝芯材变形大、格型不规整、产品密度偏差大;生产效率低以及产品合格率低,成本偏高;生产工序中树脂和溶剂的流失影响职业卫生,造成对环境的污染。不符合现代工业产品的生产要求。针对上述问题,提出蜂窝孔格单元制造的先进理念,采用了数字化制造技术对制造过程各工序进行全物理场控制,采用先进的尾气焚烧技术,将各设备的尾气收集,集中焚烧排放,达到环保要求。

为了提高材料的利用率和设备的产能,蜂窝块设计采用2620mm长�1350mm宽�914mm高。1.蜂窝孔格单元制造的先进理念在蜂窝孔定型、浸胶、净化、烘干及固化工序中,一般的工艺方法的对象是整个蜂窝块,而对它的内涵未做深入研究,带来了诸多的问题。与传统的方法不同,应采用以蜂窝孔格为单元成形工艺原理,确保蜂窝孔格所需的工艺条件,使各个蜂窝孔格在各工序中享有同等的物理环境。

在做好蜂窝块与上述工序流动模型的接口,将蜂窝块两端头接入空气和液体循环系统中,让循环介质流过每一个蜂窝孔格,以确保各蜂窝孔格浸渍、净化、受热的均匀一致性,确保上述各道工序加工的一致性。为解决固化度一致性、密度均匀性、孔格规整性及减少蜂窝块的变形奠定理论基础。

首次在国内蜂窝生产线上采用先进的尾气焚烧技术在涂胶机各段烘箱、烘干烘箱、固化烘箱、浸胶、净化系统中设计尾气排放接口,与焚烧系统的输送管道连接;确保各设备尾气排放互不干扰,对输送管道的排放接口应作专业设计;控制系统对各工序产生的挥发进行实时检测与自动排放。对浸胶间进行风场仿真设计,根据设备的布局,设计送风和排风系统,使各区域的气体均能流动,全场无死角,对风场的风向与风速全方位监控,在关键点设尾气自动报警装罝,保证浸胶间生产安全。焚烧系统组成:尾气收集系统、燃烧系统、储能系统、吹扫系统及排放系统,全过程自动控制,其功能满足对各设备排放的尾气全部焚烧处理,焚烧后的气体排放达到国家标准要求,并对剩余的热能进行综合利用。

通过上述尾气焚烧技术设计,大幅改善操作环境和对周边环境的大气污染,实现绿色制造。技术的实现与验证集成上述关键技术,自主研发蜂窝专用的涂胶机、自动叠合机、拉伸机、定型烘箱、浸胶系统、净化系统、烘干固化烘箱、立式带锯、测厚测重等设备,建成具有国际先进水平的大高度蜂窝生产线(产能达到5000立方米)。1.涂胶胶条质量及收卷控制技术验证对采用上述技术自动涂胶的胶条进行测试试验,测试不同位置胶条的宽度、节距。胶条宽度分散性1.24%,节距的平均值与理论值误差为0.10%,分散性为0.40%,表明胶条质量稳定,高精度蜂窝格型品质优良,涂胶工艺技术达到国际先进水平。2.自动叠合技术验证自主开发自动识别与定位控制技术,研制的国内首台蜂窝叠层板自动叠合设备,叠合精度可达�0.10mm,叠合的蜂窝块孔格尺寸离散系数降低至0.69%,优于传统叠合方法的4.6%,节省人工,叠合效率提升5倍以上。3.浸胶均匀性控制技术验证采用自行开发的在线粘度监控、温度及液面监控技术,及建立的树脂溶液均匀性控制系统,确保胶槽液面稳定,树脂的浓度精度控制达到0.1%。建立了浸胶工艺参数与单次上胶量关系模型、树脂均匀流动模型,优化浸胶工艺参数,蜂窝产品密度均匀性达到�6%,高于波音及空客公司�10%的要求。4.蜂窝性能大尺寸蜂窝芯材物理性能、力学性能、阻燃性能技术验证测试结果表明:批次生产的蜂窝尺寸稳定,密度均匀,力学性能、抗阻燃性能完全能够达到波音材料标准BMS8-124AD的指标要求。

新一代芳纶纸蜂窝自动化生产线自动化程度高,产品制造技术先进,具有自主知识产权,技术水平达到国际先进水平,在产品均匀性控制方面处于国际领水平。批产的蜂窝孔格规整,蜂窝薄片密度均匀,性能稳定,已经应用于国内多个航空航天型号;产品符合国外飞机制造公司标准要求,已通过国外航空公司的认证,打开了国际市场。

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