碳纤维-凯夫拉混合物可能重新定义航空铰链

摘要

Talon技术公司开发了一种碳纤维增强塑料（CFRP）铰链，受模型飞机零件启发，该铰链采用共模塑设计，可胶接或螺栓连接，具有高强度和轻量化优势。经过优化，其最轻产品闭合厚度仅为1.6mm，可承受高静态载荷，且适用于复杂形状模塑。该铰链已引起飞机内饰供应商兴趣，并有望通过高强度循环试验，展现优于金属铰链的性能。Talon认为此产品可进入零售业，并有望在航空工业中得到广泛应用。

正文

据复合材料世界杂志网站2017年11月30日刊文，Talon技术公司近期为航空工业开发了一个碳纤维增强塑料(CFRP)零件。这个碳-凯夫拉铰链是一个内部创新项目，受模型飞机零件的启发，模型飞机上CFRP板被划开和弯折以形成铰链。Talon CEO表示：“原始的铰链是由织物和皮革制作的，我们想开发一个没有任何金属的复合材料铰链，这将超级轻量化，并且为不能使用金属的行业提供一个解决方案。”

经过2年的性能和可生产性优化，最终的碳-凯夫拉铰链设计是共模塑的碳纤维预浸料紧固板(Talon称之为“两翼”)以及两者之间缝隙，铰链的弯曲单元在缝隙中形成。两翼可以是编织的碳纤维/环氧叠层或一个混合的玻璃和碳纤维/环氧叠层，弯曲单元是编织的聚亚安酯浸渍凯夫拉。两翼可做成多种尺寸，弯曲单元可以是单层或双层凯夫拉。绝大多数碳-凯夫拉铰链产品的长度是12mm-1m，但是2.1m长的铰链最近已经制作出来。

公司最轻的铰链闭合厚度为1.6mm，可能是同等强度下世界上最薄的铰链。这个铰链强度很高，可以在长50mm、宽25mm构型下承受150kg的静态载荷，而一个类似的金属铰链只能承受50kg。尽管最薄的铰链是胶接件，但厚的碳-凯夫拉铰链产品可以胶接或者螺栓连接。金属铰链的一个问题是不能胶接它们，特别是不锈钢，复合材料铰链则非常适合胶接。

碳-凯夫拉铰链还不仅限于平面，还可以模塑复杂形状成为CFRP两翼。Talon技术公司使用一次性工艺，还可以集成多个铰链为一个CFRP零件，创造复杂的折叠结构。公司刚生产了一个铰链带有集成固定装置的CFRP铰链用于电缆布线。公司认为碳-凯夫拉铰链是首个可以进入零售业的碳纤维商业应用，与高质量不锈钢铰链在同样的价格区间。

不过消费市场不是公司的唯一目标。飞机内饰供应商已经表达了对其的兴趣。Talon CEO表示：“我们正在努力形成必要的碰撞和冲击试验数据，波音的一个一级内饰供应商对铰链做了70万次循环的试验。我们将让铰链通过100万次循环，以80°使用非常快的循环，大约340循环/分钟，每秒超过5个。这一般会破坏绝大多数金属铰链，但是我们的不会发生变化。”