航空航天工程师利用3960-FC材料将复合材料固化时间缩短近50%

新推出的3960-FC是Toray CMA现有3960航空航天预浸料系统的快速固化版本。

航空航天工业数十年来一直致力于让飞机更轻、更强、更省油。然而，如今其最大的工程挑战不再是设计出更好的飞机，而是制造出足够多的飞机来满足飙升的需求。

飞机制造商目前手握创纪录的订单储备。例如，仅空中客车一家公司，在2025年底就有8754架商用飞机的积压订单，这充分说明了需求超出产能的程度。

这一挑战部分源于材料本身。许多现代飞机依赖碳纤维复合材料，而每个复合材料部件都必须先经过固化（一种热驱动硬化过程）才能进入下一个生产阶段。一架飞机可能包含数千个复合材料部件，从结构壁板到内部支架，每个部件都需要在专用固化设备中耗费时间。虽然单个部件的延迟可能以小时计，但这些小时在整个生产线上累积起来，就会形成瓶颈，限制工厂能够制造的飞机数量。

如今，一种新开发的复合材料有望消除大部分等待时间。这种名为3960-FC的新材料，由总部位于华盛顿的航空航天材料公司Toray CMA（东丽复合材料美国公司）开发。

“3960-FC在保持客户期望的力学和结构性能的同时，加快了制造周期。”Toray航空航天业务发展总监Jeff Cross表示。

现有航空航天材料的更快版本

新推出的3960-FC是Toray CMA现有3960航空航天预浸料系统的快速固化版本。预浸料是“预浸渍”的简称，由已精确控制浸渍了环氧树脂的碳纤维构成。制造商将这些材料层叠成所需形状，然后进行固化，制造出坚固、轻质的飞机部件。

3960-FC并没有改变工程师已经依赖的结构性能，而是专注于缩短固化阶段本身。在固化阶段，化学反应使树脂硬化，并将纤维锁定在一起，形成坚固、轻质的结构。3960-FC的设计就是为了更快地完成这一步骤。虽然Toray尚未透露该材料背后的具体化学改性，但该公司表示，新配方可将固化时间缩短多达45%。

“该系统专为关键任务航空航天和国防应用而设计，这一快速固化系统在保持3960体系久经考验的力学性能的同时，可将固化时间缩短多达45%。”Toray团队指出。

该公司表示，该材料与广泛使用的航空航天基准——国家先进材料性能中心（NCAMP）数据库中所含数据具有等效性。这可能使制造商更容易评估和采用该材料，因为其性能可以与航空航天业已熟悉的数据进行比较。

此外，尽管加工时间更快，该材料仍保留了严苛航空航天应用所需的特性。“在3960材料能力的基础上，3960-FC提供了出色的韧性、湿热性能、拉伸强度、刚度和损伤容限。”Toray团队补充道。

专为现代飞机制造工厂设计

速度只是其中一方面。该材料还被设计为能适配现有制造工作流程，减少对工厂车间进行大规模改造的需要。

它兼容自动纤维铺放（AFP）和自动铺带（ATL）等自动化生产方法，这些机器人系统可将复合材料快速铺放到模具上，以制造大型飞机结构。“该材料与广泛的自动化制造技术高度兼容。”Toray团队表示。

该体系还支持用于原型开发的低温工装，可降低工装成本。此外，它扩展了仅真空袋（VBO）成型工艺选项，并支持压缩成型固结，这两者都有助于制造商缩短生产周期并降低制造成本。

另一个值得注意的特点是放热风险相对较低。固化过程中，某些环氧树脂体系会产生大量热量，尤其在厚复合材料结构中。过多的热量会影响部件质量并使制造过程复杂化。据该公司称，与许多其他加速环氧树脂体系相比，3960-FC不易出现这些与热相关的问题。

对未来飞机生产的意义

3960-FC的目标应用范围从飞机主体结构、旋翼机部件到中大型无人机、运载火箭和火箭。

这种材料的意义不在于使飞机比以前更坚固，而在于帮助制造商更高效地生产复合材料结构。通过减少部件在固化设备中花费的时间，工厂有可能利用相同的基础设施加工更多部件，从而缓解航空航天业面临的生产瓶颈之一。

然而，该技术并非解决航空航天生产挑战的完整方案。在广泛采用之前，制造商仍需对该材料进行鉴定，将其整合到现有生产线中，并满足认证要求。

如果该材料性能如宣传所述，它可以帮助制造商提高生产率，而不会牺牲飞行关键部件所需的结构可靠性。