先进的飞机内饰材料

氰特公司（Cytec-亚利桑那州坦佩市）的营销和业务发展经理比尔·韦伯（Bill Webb）解释道：“与 机身零件相比，内饰在结构上的要求可能不那么高， 但需要满足许多专业需求和机械要求，尤其是非常严格的火灾、烟雾和毒性指标。” 。“实现这些目标并不容易，”韦布说。“这当然不是一般商品市场。”

但它是巨大的。每架飞机都使用了数千磅的先进 复合材料，包括热固性预浸料、蜂窝芯和先进的工程 热塑性塑料——据一位消息人士透露，一架波音777飞机的内饰复材用量超过11000磅/5100公斤。这些材 料最常见于地板和天花板面板、货物内衬、头顶储物箱、面板、窗户周围、厕所模块、厨房、食品和饮料 手推车以及舱壁/分级隔板。此外，市场并不局限于原始设备制造商(OEM)新的项目；Brosius Management  Consulting（密歇根州布莱顿）的戴尔·布罗修斯 (Dale Brosius)表示，旧飞机的翻新也很重要，因为 内部部件的使用寿命在三到七年之间，约1300万磅 （6000公吨）。《运输与VIP内饰》杂志称，近2000家供应商公司为商用和私人飞机设计、制造、组装、维 修和分销机舱内部设备，包括复合材料和非复合材料。

无论航空公司或飞机类型如何，飞机上使用的材 料都是相似的，因为所有载客飞机都必须满足易燃性要求。关键的复合材料部件包括通风管道和“衬里 linings ”—窗户、门有形状的热固复材和客舱侧壁周围 需要轮廓形状的热塑复材—。到目前为止，最大的复 合材料应用是由蜂窝芯和热固性树脂制成的夹芯板， 用于地板、天花板、厨房墙壁、厕所和货舱内衬。薄面板之间的低密度、轻质核心显著增加了面板的刚 度，几乎没有增加重量。核心的功能类似于工字钢的 连接腹板，以均匀的距离分隔面板，而夹芯面板本身 则起到梁缘条的作用；面板的弯曲刚度与核心厚度成 正比。夹芯板具有成本效益，因为芯材比夹芯面板复 合材料更便宜、重量更小，并且可以在一次操作中与 蒙皮一起固化或加工。

典型的内部夹层板由 Nomex 蜂窝芯（由弗吉尼亚 州里士满的杜邦高级纤维系统公司提供的芳纶纤维纸 制成）制成，厚度约为 0.5 英寸/13 毫米，蜂窝尺寸为 0.12 英寸/3 毫米。通常，对于大多数天花板和墙壁， 芯部面对一层或两层玻璃/酚醛预浸料，对于地板，则 面对玻璃/环氧树脂或碳/环氧树脂，这需要更高的抗拉强度。

平板通常为 4 英尺乘 8 英尺（1.2 米乘 2.4 米），通 常采用平面模压成型进行加工，其中将下表皮预浸料、芯材和上表皮预浸片堆叠在加热的钢垫板上。将 第二块在液压机中加热的嵌缝板降低到叠层上，并将 层压板在压力下保持 30 分钟至 100 分钟以上。通常， 在释放气体和水蒸气（酚类缩合反应固化的副产物） 的过程中，压机会被“碰撞”或轻微打开，然后再次 关闭以完成固化循环。高速生产线使用多开压机 （MOP- multi-opening presses），具有五个或更多的模具开口；每个都装载铺放，然后如上所述进行处理。压力范围 从 50 psi 到 100 psi（3.4 巴到 6.8 巴）。酚醛树脂的固化 过程随着温度的升高而加快，因此需要一个至少 160ºC/320ºF 的高温模具。

“压芯-Crush core”是一种在更高的温度和压力下进行 的更快、更经济的工艺，将带芯层压板放置在大型压 机中，并将其压至预定厚度。这一工艺主要由波音和 空客及其最大的一级内饰供应商实施，最常用于生产 弯曲的侧板，并实现飞机窗户周围的锥形凹陷等形 状。高达 300 磅/平方英寸/20.7 巴的压力会使蜂窝壁折 叠并变平，从而为薄的预浸料坯面板创造更多的粘合表面积。该方法制作出厚度一致的面板，确保在安装 过程中具有良好的贴合度和光洁度。氰特（Cytec）公 司的高级首席研究化学家比利·哈蒙（Billy Harmon） 表示，材料处理时间约为 8 至 12 分钟，生产效率非常高。需要大型压力机和加热的金属模具来产生所需的压力，并且需要高产量来证明资本成本的合理性。

更复杂的形状，如行李箱，可以用简单的“切割 和折叠”方法由平板压制而成。去除上部面板的条带 以暴露核心；折叠角或半径角越紧，去除的条带就越宽。将粘合剂施加到未切割的暴露芯上，然后将面板 简单地折叠到所需位置并夹紧，直到粘合剂固化。赫氏公司（Hexcel-加利福尼亚州都柏林）欧洲营销主管 尼尔·霍华德（Neil Howard）表示：“这种方法非常 经济，因为它可以在没有复杂夹具或固定装置的情况下完成。”。紧固件位置需要额外的材料，例如用于 固定螺栓或紧固件的粘合剂灌封；套圈或管，所述套 圈或管结合到所述紧固件保持在其中的两个表层；或 者用额外的树脂或泡沫固定在适当位置的螺纹插入 件。面板边缘需要某种饰面，如边缘灌封、粘合在注塑成型型材上或压配塑料盖，所有这些都可以防止湿气进入芯部，并提供装饰性饰面。因为夹芯板面板非常薄，所以核芯印迹很常见。 此外，在反应和固化过程中，酚醛树脂排气时会形成针孔。因此，乘客可见的面板通常采用某种类型的装饰材料进行表面处理，以覆盖表面缺陷。地板可以涂漆或覆盖阻燃地毯。

装饰表面包括塑料薄膜或层压板、布“挂毯- tapestries”、塑料层压板或油漆。涂漆需要填充、打磨和 涂底漆。装饰膜或层压板消除了一些表面处理和精加 工步骤，但增加了零件的成本和重量。装饰性塑料层 压板与薄膜的不同之处在于，它们结合了多个膜层， 具有不同的功能。典型的装饰层压板具有光学透明的 聚氟乙烯（PVF）耐磨膜外层，其覆盖并保护一层或 多层印刷和/或纹理膜。薄膜和层压板通过一层薄膜粘 合剂（环氧树脂、酚醛树脂或聚氨酯）连接到面板 上。杜邦工程聚合物公司（特拉华州威尔明顿）供应 Tedlar，一种著名的 PVF 产品。

一些制造商选择热塑性材料而不是热固性材料。与热固性树脂相比，热塑性塑料在几分钟内完成加工，因为加热的树脂只需成型和冷却，就不会发生化 学固化反应。氰特（Cytec）公司的热塑性塑料业务经 理史蒂夫·停止（Steve Cease）说，虽然像聚醚酮酮 （PEKK）这样的高温、高性能热塑性树脂的成本明显高于酚醛树脂，但这种材料具有更好的柔韧性和抗冲 击性，加工速度更快，这使它更适合某些应用，并补 充说，它很容易满足机舱火灾/烟雾/毒性的要求要求。例如，向下滑动以覆盖客 舱窗户的小窗帘板通常是热成型的PEKK塑料板。其他制造商正在研究将热成型热塑性零件用于需要良好冲击强度的承载部件。

由于室内市场的规模，大量供应商提供树脂、编 织或单向增强材料、蜂窝芯材料、粘合剂和灌封化合 物、薄膜和大量相关产品。主要的酚醛树脂供应商包 括 Hexion Specialty Chemicals（俄亥俄州哥伦布市），该 公司将前博登、酚醛和壳牌品牌合并为一个实体；乔 治亚太平洋树脂股份有限公司（佐治亚州亚特兰大）；住友胶木的子公司 Durez Corp.（德克萨斯州艾迪生）；和亚利桑那化学公司（佛罗里达州杰克逊维尔）。热塑性树脂和片材供应商包括 Cytec；通用电气塑料公司 （马萨诸塞州匹兹堡）；Ten Cate Advanced Composites （荷兰 Nijverdal）及其美国子公司 Bryte Technologies 股份有限公司（加利福尼亚州 Morgan Hill）；苏威高级 聚合物公司，Radell 品牌（佐治亚州 Alparetta）的制造 商；和 Kleerdex 有限责任公司（Aiken，S.C.）。主要的 核心供应商包括 Hexcel、M.C.Gill（加利福尼亚州埃尔蒙特）、Aerocell（华盛顿州玛丽斯维尔，现为室内装饰 制造商 C&D Zodiac 股份有限公司所有）、Plascore 股份 有限公司（密歇根州泽兰）、Euro-Composites Corp. （弗吉尼亚州埃尔克伍德）、Advanced Honeycomb  Technologies 股份有限公司（加利福尼亚州圣马科斯） 和 Schütz（德国塞尔特斯）。所有芯材制造商都从杜邦 先进纤维系统公司购买芳纶纤维纸来生产芯材。

赛达工程材料公司是原始设备制造商和内饰制造 商的主要内饰材料供应商。该公司为各种应用配制自 己的专用酚醛树脂混合物。此外，赛达还生产热塑性 内饰产品，包括商标为 Declar 的 PEKK 树脂热成型片材，用于注塑和冲压成型零件。

Webb 是一位长期从事该行业的资深人士，强调了 所有材料供应商所需的技术专业知识，以平衡优异附 着力和优异 FST 性能这两个相互竞争的目标：“这很 难实现——预浸料坯与芯部的更好附着力需要一组不 同于良好防火性能所需的添加剂。我们在产品开发中努力解决了这一问题。”

他说，新产品总是在酝酿中，与其说是因为 FST 问题，不如说是因为客户对更轻重量和更快加工的需求。该公司的最新产品是 CYCOM 6825-1，这是一种独 特的酚醛树脂体系，可用于各种织物风格的预浸料， 从八束缎面组织到平纹组织再到单向组织。根据氰特 （Cytec）的 Harmon 的说法，这是一种低水分释放的 酚醛树脂，以非常低的 20/20 FST 值提供了卓越的表面 光洁度。“预浸料是自粘的，这意味着你可以在快速 循环挤压型芯的过程中获得与型芯的良好粘合，而不 需要任何会增加零件重量的粘合剂。”

史蒂夫·停止指出，着色 Declar 热塑性片材可以定制厚度生产，尺寸为 4 英尺乘 8 英尺（1.2 米乘 2.4 米），带或不带装饰膜盖，适用于大型飞机。他指出， Declar 的纤维/织物增强版本正在开发中。“热塑性零 件的一个优点是，它们不仅 OSU FST 值小于 50/50， 而且可以在相对较低的温度下热成型，任何装饰废料 都可以重复使用。”

Gurit（前身为德国卡塞尔的 Stesalit）是另一家主 要的室内材料供应商，尤其是空客项目的供应商，以 其热固性酚醛和环氧预浸料而闻名。许多 Gurit 产品已 在空客 A380 和旧一代飞机上获得资格。Gurit 公司的 业务发展经理马丁黑（Maarten de Zwart）博士解释 说，客舱地板镶板的生产是为了满足不同的强度要求：乘客座椅下的镶板承受的载荷最轻，过道上的镶 板必须支撑行人和食品饮料手推车的载荷，而靠近飞 机舱门的镶板必须最强。直到最近，面板结构还是通 过将环氧预浸料与特殊配方的酚醛顶层预浸料共固化 来实现的，以满足航空航天 FST 的要求。最近 A380 的 发展导致 Gurit 的新 EP 137 UD 碳/环氧单向预浸料被 选择用于需要更高强度和刚度但重量更低的地板镶 板。马丁黑博士指出，该产品不需要酚醛树脂层，因为环氧树脂配方的 FST 性能较低。

Gurit 还提供用于通风和环境控制系统（ECSenvironmental control system）管道的改性氰酸酯树脂预浸料。风管的性能要求甚至比暴露的内部部件的性能要求更 严格，因为它们还必须满足严格的 FST 值。过去，空 中客车公司采用了在昂贵的热压罐工艺中固化的酚醛/ 玻璃预浸料。通过用 Gurit 的非挥发性发射 PN900 低 FST 氰酸酯树脂体系基质取代它们，可以使用节省成 本的生产工艺，如真空袋固化。此外，在制造步骤中 不再排放游离苯酚和甲醛的事实使 PN900 成为一种有 利的选择，不仅适用于 ECS 管道，而且在未来适用于 其他飞机内部零件。

赫氏（Hexcel）在欧洲和美国为其 OEM 和售后市 场客户生产内饰材料。作为一家垂直整合的供应商和 蜂窝夹芯板概念的创始人，该公司生产自己的芯材、 环氧树脂和预浸料（酚醛树脂从外部供应商处购买， 并在内部配制）。

尼尔·霍华德表示，赫氏（Hexcel）提供广泛的内 饰产品。其中最新的是 HexPly M41，这是一种用于墙 壁、天花板和地板的无卤快速固化酚醛树脂系统，有 多种织物形式和三种不同的粘性等级。与平板压制方 法的 30 分钟循环相比，HexPly M41 在 160ºC/320ºF 的 温度下循环 4 分钟或在 140ºC/280ºF 的压力下循环 8 分 钟，这反映了酚类在更高温度下固化更快的事实。霍 华德解释说，M41 表现出良好的表面光洁度，较低的 工艺温度意味着 Tedlar 薄膜可以与零件共固化。此 外，他指出，FST 的数值在 20/20 的低范围内。

M.C.Gill 也是垂直整合的，它是预浸料和半成品蜂 窝芯夹芯板的最大供应商之一，生产自己的预浸料、 蜂窝芯和粘合剂。其专有的夹芯板设计支持 OEM 和售 后市场客户，可作为半成品或预制板提供。销售和营 销副总裁 Irv 弗洛因（Irv Freund）表示，M.C.Gill 生产 定制尺寸的面板，采用标准的“库存”饰面或用 Tedlar 薄膜装饰。

面板在多开压机中以纤维增强、树脂系统和蜂窝 结构的各种组合生产，以满足最终用户的严格规范。所有树脂，包括酚醛树脂、环氧树脂、聚酯树脂和丙烯酸树脂，都是在内部配制的，以实现纤维性能、固 化周期和 FST 的最佳转化。Irv 弗洛因指出，下一代飞 机设计的推出使新产品的开发成为必要，并强调了重 量的节省。一种新产品是一种轻型地板，商标为 GillFloor 4809，其特点是单向碳纤维增强环氧树脂面层 和 Kevlar 蜂窝芯。M.C.Gill 的营销经理坎迪·伯迪克 （Candi Burdick）解释说，Kevlar N636芯是一种高性能蜂窝，在某些应用中可以比 Nomex 节省重量。坎迪·伯迪克说，这种核心，再加上 M.C.Gill 能够定制 单向碳纤维外皮和粘合剂的面积重量，使产品能够实 现所需的性能目标，并最大限度地节省重量。Goodrich 公司（俄亥俄州尤宁敦）是一家使用 GillFloor 4809 面板的公司。该产品用于其一些加热地板产品。Goodrich公司集成了电热加热元件、温度传感器和电源开关， 以及轻质强度的钛表面。加热板用于主舱门周围，以提供额外的热量，并最大限度地减少进入客舱的水和雪。

Lewcott Corp.（马萨诸塞州米尔伯里）是一家著名 的室内装饰供应商，但有一个转折点：该公司生产自 己的酚醛基树脂，不像竞争对手那样采购和配制，该 公司的产品开发总监卡尔·瓦尔纳林（Carl Varnerin） 说：“我们是美国唯一一家生产自己的酚醛树脂的预 浸料。它的优点是能够严格控制树脂的性能。”

虽然该公司多年来一直提供其“主力”LC194 酚 醛树脂，但其新的 LC195 是一种“快速固化”酚醛树 脂系统，专为快速粉碎型芯加工而设计。瓦尔纳林指 出，该公司专门针对售后市场，并向许多主要的内饰 制造商销售产品。

J.D.Lincoln（加利福尼亚州 Costa Mesa）提供数百 种环氧树脂和酚醛树脂系统预浸料，以及用于芯边缘 封闭的薄膜粘合剂和灌封化合物。该公司最近额外获 得了 6000 平方英尺（557 平方米）的建筑空间，并安 装了一台新的垂直溶液涂布机和胶带涂布机，以提高产量。Ten Cate Advanced Composites Group 负责航空航 天内饰的全球业务发展经理尼克·蒂芬（Nick Tiffin） 表示，该公司为内饰和空气外部部件提供热塑性层压板。其 CETEX 层压板由 GE Plastics 的 Ultem 聚醚酰亚 胺树脂制成，具有优异的 FST 性能，可用于头顶行李 箱、厨房、存储单元和地板，其 Bryte Technologies 部 门也为室内提供热固性预浸料。Isovolta 集团（奥地利 Wiener Neudorf）提供一系列产品，包括装饰层压板、 预浸料、蜂窝板和热塑性片材。Nelcote（前身为 FiberCote Industries 股份有限公司，Waterbury，Conn.） 生产用于室内应用的酚醛树脂和环氧树脂预浸料；其 F529 玻璃纤维/酚醛树脂产品设计用于内部面板的模压 成型。YLA 股份有限公司（加利福尼亚州贝尼西亚） 提供双马来酰亚胺和氰酸酯树脂系统和预浸料，用于 管道。其 RS7 增韧环氧树脂系统目前正被用于飞机地 板的声学阻尼应用。YLA 营销主管山姆·谢尔（Sam  Sher）表示，正在开发的一种有趣的材料是一种用于座 椅结构的环氧基大块成型化合物（BMC-bulk molding  compound），它可以取代铝。

由于空间限制，无法深入查看由上述材料制成的 无数零件。一个例子是AIM Group PLC（英国汉普郡南安普敦）在其美国设施 AIM Aviation（华盛顿州伦顿）为空客A380模制的新型超轻型行李箱。该应用程 序使用了 Ten Cate 独特的管状芯热塑性面板。但有一 点非常清楚：随着航空公司转向更轻、更省油的飞 机，减轻内饰重量正成为制造商的首要任务。一个受 到审查的领域是仍由铝制成的一组内部零件，如座椅 导轨/底座和头顶储物箱中的支架。至少有一家公司正 在研究低成本压缩成型仓用增强复合材料支架，使其与787等复合材料机身飞机更兼容，因为不需要隔离层来解决电偶腐蚀的可能性。

复合材料具有乘客安全低易燃性、低重量、高强度、耐用化妆品和高效加工的独特组合，在客机内饰 领域有着广阔的前景。

参见原文，《 Advanced materials for aircraft interiors 》 2006.11.1 

注：文中氰特（Cytec）公司前些年被苏威(Solvay)公司收购。 

杨超凡 2024.6.24