复合材料DLG模型的结构材料

2019-03-18 01:16周笑坤
航空模型 2019年3期
关键词:环氧树脂树脂机翼

周笑坤

DLG模型多采用类似投掷铁饼的发射方式,且发射速度较快,因此模型本身必须具备足够的结构强度。而要达到这一目标,除了进行合理的气动和结构设计,还得选取合适的制作材料。经过多年的发展,DLG模型的性能得到了极大提高,人们对DLG模型制作技艺的认识也有了一定的变化。本期将结合DLG制作中常用的材料,做—些梳理。

早期采用轻木框架和外蒙热缩膜结构的DLG模型

目前DLG模型的机体结构主要分3类。第一种是轻木框架和外蒙热缩膜。这样做出来的模型,机翼翼型的一致性稍差,木结构的强度也有限,无法满足暴力发射的要求。尽管如此,但因价钱便宜,所以有一定比例的入门级DLG模型,采用了轻木框架和外蒙热缩膜的形式。第二种是用轻木框架夹玻璃钢,或用复合材料制成的D-box结构。这种模型的机翼翼型准确,但在损坏后难以复原。第三种是在切削好的泡沫芯外蒙玻璃布、碳纤维布等复合材料。这类模型的的特点是重量轻、结构强度高、修理难度小。而由于出手时模型机体受力非常大,手掷类模型又必须尽量轻,因此虽然制作工艺复杂、成本较高,但第三种结构依然成为高性能DLG模型的首选。

用复合材料制成的D-box结构DLG模型

泡沫芯外蒙复合材料的DLG模型重量轻、结构强度高。

按照制作材料的不同,复合材料DLG模型大体可分为玻璃纤维机和碳纤维机。其中玻璃纤维机较轻木机,尽管飞行性能有了较大提升,却仍无法满足高手暴力发射的要求。所以在高水平DLG竞赛中,已经难觅玻璃纤维材质模型的踪迹,运动员更愿意使用碳纤维机。

根据编织方式的差异,可以把制作DLG模型的碳纤维材料大致分为CW碳布和LV碳布。其中CW碳布均为进口产品,LV碳布既有国产的也有进口的。但因国产型号的定型丝不足,用起来比较麻烦,所以在复杂曲面的部位,必须使用进口LV碳布。除了上述两种编织方式,DLG模型上还可能用Sumara碳布以及CL碳布。不过它们的存货量很少,市面上罕见,在一些资深玩家收藏的DLG模型上,才能看到这两种碳布的身影。

在购买时还会发现,碳纤维布有不同的K数:1K、3K、6K、12K……表示碳纤维布的规格。碳纤维布是由一束束碳纤维丝织造而成,1K代表材料中一束纤维丝里包含了1000根丝,同理3K代表着一束里包含了3000根絲。丝束的数量并非越多越好,如部分厂家在生产中为了降低成本,使用的大丝束碳纤维丝不仅手感差、硬度大,而且厚、密实,与胶的浸渍性差。与前者相较,小丝束碳纤维的工艺控制更严格,碳化设备造价也高。在实际使用中,相同重量的1K碳纤维布,其强度明显大于3K规格的。

CW碳布均为进口产品

LV碳布既有国产的又有进口的

碳纤维发热电缆中高质量碳纤维丝

常用于制作复合材料DLG模型的3K碳纤维布

一架全碳纤维DLG模型,它的各个部位适用不同密度的材料:机翼多用20-80g/m2的碳布;机身需要60-200g/m2的数层碳布,经拼接而成;机头得考虑碳纤维对无线电信号的遮挡,可用凯夫拉加玻璃纤维布,或是玄武岩纤维;尾组则多使用16-38g/m2的碳布,以满足现代DLG模型对尾组的轻量化要求。

利用数层碳纤维布拼接而成的DLG模型机身

为避免碳纤维对无线信号的遮挡,机头可用凯夫拉加玻璃纤维布。

玄武岩纤维外观与碳布类似,但强度远远不及。

由上面的介绍可以看出,模型机身部位碳布的使用较为复杂。在本系列文章第三期,曾重点介绍过DIY机身的方法,其中就提到用10余块不同规格的碳布多层拼接。挑选材料时,尽量选取密度合适、1K或3K的LV碳布。而具体操作时,则要根据机身的特殊要求变换碳布的搭配方式。

现代DLG模型对尾组有轻量化的要求,即必须将其重量控制在13g以下。为了达到这一标准,多使用CW碳布制作。那么问题来了,CW碳布都是进口产品,不易购买,轻量级碳布的采购更是困难。为了解决这个问题,笔者摸索出一套利用展宽丝自行编织类似CW碳布产品的方法。

自行编织CW碳布的原材料一一轻量碳纤维展宽定型丝

用双面胶带在XPS板上框出所需碳布的尺寸

沿与第一层碳丝成90°的方向,继续铺设第二层碳丝。

胶干后去除碳布毛刺,就可得到一块轻量级类CW碳布。

DIY碳布的原材料,是国内可以买到的轻量碳纤维展宽定型丝。首先购买一批不同密度的碳纤维展宽丝,并根据预编织碳布的重量,选择相应的碳丝。例如打算制成80g/m2的碳布,就用40g/m2的碳丝。编织碳布需要一个工作平面。可取一块XPS板,用双面胶带框出所需碳布的尺寸。如果想大量制作同尺寸碳布,也可专门制作一个限位框,用双面胶带粘在工作板上。

制作时先撕去碳纤维展宽定型丝的基纸(如果有的话),然后将碳丝逐根拉紧,按照同一个方向固定在平面上,注意不要重叠或者留间隙。在双面胶框定区域内铺满一层碳丝后,均匀地喷上77胶。接着用同样的方法,沿与该层碳丝成90°的方向,继续铺设第二层碳丝。铺满后喷胶固定,待胶干后用锋利的刀片裁下,就得到了尺寸合适、类似CW碳布的材料。笔者将这种材料用于DLG模型机翼和尾翼的制作,效果不错。根据使用要求的不同,可用各类碳丝编织出纹样、强度各异的碳布。

制作复合材料时,很多步骤都要用到环氧树脂胶。鉴于大多数初学者对树脂的选择和使用十分迷惑,在此简单介绍一下。虽然网上出售的环氧树脂胶五花八门,但能用于制作复合材料DLG模型的树脂只有少数几款。

一款好的环氧树脂胶,需要具备以下几个优点:一是良好的流动性。在之前的文章中,笔者曾多次提到用各种工具和方法吸取多余的胶水。如果树脂的流动性不好,就会导致吸胶减重不够,成品重量过大。二是凝固时间够长。用复合材料做模型部件,需要较长的操作时间,通常不能少于30分钟。如果树脂的凝固速度太快,不仅会造成无法完成操作,还会影响后续的吸胶作业。三是性能稳定。部分环氧树脂胶在长时间放置后会发黄发脆,遇到高温还会变软。而DLG模型在正常飞行的情况下需使用数年,夏天时黑色的碳纤维会使机翼表面的温度很高,因此要用耐高温的环氧树脂胶制作。

利用溫水持续保持树脂的温度

预备放入烘箱加温固化的部件

使用厚度0.3-0.5mm的PVC片,作为DLG模型机翼固化阶段的外壳。

挑选内部无杂质、无气孔的XPS泡沫制作DLG模型部件的内核。

在此推荐几款国内易购买的环氧树脂胶。一种是制作机翼、机身、尾组等模型部件用的D-80m03proset树脂,一种是装机用的D-30m04树脂。前者的操作时间为30分钟,固化时间大约8小时(室温40℃情况下);后者的操作时间为15分钟左右,固化时间大约6小时。

除了挑好产品,还可以采取一些措施,以让环氧树脂胶正常工作。环氧树脂胶的流动性与温度有很大关系,在冬天低温情况下,其流动性会有明显下降。所以在冬天使用环氧树脂胶时,需要采取措施给它升温。可行的方法如下。

1.在调胶的纸杯外加一只装了热水的塑料杯,利用水温保持树脂的温度。

2.使用机身模具前,将其塞入电热毯中,加温至30℃再制作,可有效保证碳布浸润在树脂胶中。

3.制作复合材料机翼时,预先在PVC外壳上铺碳布、刷树脂胶。完成这一步作业后,再在PVC外壳下方用电热水袋升温,待温度升高后立即进行吸胶作业,以便控制用胶量。此外,加温垫、电热吹风等,都是可用的方法。

说到性能稳定,在使用环氧树脂胶时,有一点需特别注意——树脂胶的调配量。环氧树脂胶有一个特性,调配得越多、积热越快、操作时间越短。甚至在夏天大量调配胶时,会出现树脂瞬间凝固的现象。所以在大量(50g以上)调配环氧树脂胶时,必须分开调配。

环氧树脂胶的最终强度与固化温度有一定关系。根据经验,如果使用烘箱进行加温,保证部件在40℃以上的温度中固化,得到的复合材料成品强度较高。

制作复合材料DLG模型,还需合理挑选固化阶段用于固定部件外形的PVC外壳。一般来说,平尾、垂尾等单个尾组部件较簿,多使用厚度O.1mm的PVC硬塑料片;而机翼部件要求表面平整,多使用厚度0.3-0.5mm的PVC片,以便压平对接的内核表面。

制作现代复合材料DLG模型时,应采用内部无杂质、无气孔的XPS泡沫制作内核。国内的法宁格系列,以及绿羽系列品质最优,进口的美国陶氏XPS也不错。(未完待续)

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