správy

Leteckí výrobcovia OEM, ktorí sa dlho spoliehajú na termosetové materiály z uhlíkových vlákien pri výrobe veľmi pevných kompozitných konštrukčných dielov pre lietadlá, teraz využívajú ďalšiu triedu materiálov z uhlíkových vlákien, pretože technologický pokrok sľubuje automatizovanú výrobu nových častí bez termosetov vo veľkom objeme, s nízkymi nákladmi a ľahšia hmotnosť.

Zatiaľ čo termoplastické kompozitné materiály z uhlíkových vlákien „existujú už dlho“, len nedávno mohli výrobcovia letectva zvážiť ich široké využitie pri výrobe leteckých dielov vrátane primárnych konštrukčných komponentov, povedal Stephane Dion, viceprezident pre inžinierstvo v oddelení Advanced Structures spoločnosti Collins Aerospace.

Termoplastické kompozity z uhlíkových vlákien potenciálne ponúkajú výrobcom OEM v letectve niekoľko výhod oproti termosetovým kompozitom, ale až donedávna výrobcovia nemohli vyrábať diely z termoplastických kompozitov pri vysokých rýchlostiach a pri nízkych nákladoch, povedal.

V posledných piatich rokoch sa výrobcovia OEM začali pozerať ďalej, než na výrobu dielov z termosetových materiálov, ako sa vyvinula veda o výrobe dielov z kompozitných uhlíkových vlákien, najprv na výrobu dielov lietadiel pomocou infúzie živice a techniky prenosu živice (RTM) a potom. používať termoplastické kompozity.

GKN Aerospace veľa investovala do vývoja svojej technológie infúzie živice a RTM na výrobu konštrukčných komponentov veľkých lietadiel za prijateľnú cenu a vo vysokých rýchlostiach. Spoločnosť GKN teraz vyrába 17 metrov dlhý, jednodielny kompozitný nosník krídla pomocou výroby infúznej živice, podľa Maxa Browna, viceprezidenta technológie pre iniciatívu GKN Aerospace Horizon 3 v oblasti pokročilých technológií.

Veľké investície výrobcov OEM do výroby kompozitov v posledných rokoch podľa Diona zahŕňali aj strategické výdavky na vývoj kapacít umožňujúcich veľkoobjemovú výrobu termoplastických dielov.

Najvýraznejší rozdiel medzi termosetovými a termoplastickými materiálmi spočíva v skutočnosti, že termosetové materiály sa musia uchovávať v chladiarenskom sklade pred tvarovaním do častí a po vytvarovaní sa termosetová časť musí podrobiť vytvrdzovaniu počas mnohých hodín v autokláve. Procesy vyžadujú veľké množstvo energie a času, takže výrobné náklady na termosetové diely majú tendenciu zostať vysoké.

Vytvrdzovaním sa nevratne mení molekulárna štruktúra termosetového kompozitu, čím sa dielu dodáva jeho pevnosť. V súčasnej fáze technologického vývoja však vytvrdzovanie tiež robí materiál v časti nevhodným na opätovné použitie v primárnom konštrukčnom prvku.

Termoplastické materiály však nevyžadujú skladovanie v chlade alebo pečenie, keď sú vyrobené na časti, podľa Dion. Môžu byť vylisované do konečného tvaru jednoduchej časti – každá konzola pre rámy trupu v Airbuse A350 je diel z termoplastického kompozitu – alebo do medzistupňa zložitejšej súčasti.

Termoplastické materiály je možné zvárať rôznymi spôsobmi, čo umožňuje výrobu zložitých, vysoko tvarovaných dielov z jednoduchých podkonštrukcií. Dnes sa používa hlavne indukčné zváranie, ktoré podľa Diona umožňuje vyrábať iba ploché diely s konštantnou hrúbkou z dielcov. Collins však vyvíja techniky vibračného a trecieho zvárania na spájanie termoplastických dielov, od ktorých po certifikácii očakáva, že im nakoniec umožnia vyrábať „skutočne pokročilé zložité štruktúry,“ povedal.

Schopnosť zvárať termoplastické materiály na vytváranie zložitých štruktúr umožňuje výrobcom zbaviť sa kovových skrutiek, spojovacích prvkov a pántov, ktoré vyžadujú termosetové diely na spájanie a skladanie, čím sa vytvorí výhoda zníženia hmotnosti približne o 10 percent, odhaduje Brown.

Napriek tomu sa termoplastické kompozity lepia na kovy lepšie ako termosetové kompozity, tvrdí Brown. Zatiaľ čo priemyselný výskum a vývoj zameraný na vývoj praktických aplikácií pre túto termoplastickú vlastnosť zostáva „na úrovni pripravenosti technológie skorej zrelosti“, môže nakoniec leteckým inžinierom umožniť navrhnúť komponenty, ktoré obsahujú hybridné termoplastické a kovové integrované štruktúry.

Jednou z potenciálnych aplikácií by mohlo byť napríklad jednodielne ľahké sedadlo spolujazdca v lietadle obsahujúce všetky kovové obvody potrebné pre rozhranie používané cestujúcim na výber a ovládanie možností zábavy počas letu, osvetlenia sedadla, stropného ventilátora. , elektronicky ovládané sklápanie sedadiel, nepriehľadnosť okenného tienidla a ďalšie funkcie.

Na rozdiel od termosetových materiálov, ktoré potrebujú vytvrdzovanie, aby vytvorili tuhosť, pevnosť a tvar požadovaný od dielov, do ktorých sa vyrábajú, sa molekulárne štruktúry termoplastických kompozitných materiálov pri výrobe dielov nemenia, tvrdí Dion.

Výsledkom je, že termoplastické materiály sú oveľa odolnejšie voči zlomeniu pri náraze ako termosetové materiály, pričom ponúkajú podobnú, ak nie silnejšiu konštrukčnú húževnatosť a pevnosť. „Takže môžete navrhovať [časti] podľa oveľa tenších rozmerov,“ povedal Dion, čo znamená, že termoplastické časti vážia menej ako akékoľvek termosetové časti, ktoré nahrádzajú, a to aj bez dodatočného zníženia hmotnosti vyplývajúceho zo skutočnosti, že termoplastické časti nevyžadujú kovové skrutky alebo spojovacie prvky. .

Recyklácia termoplastických dielov by sa mala ukázať ako jednoduchší proces ako recyklácia termosetových dielov. Pri súčasnom stave technológie (a ešte nejaký čas v budúcnosti) nezvratné zmeny v molekulárnej štruktúre spôsobené vytvrdzovaním termosetových materiálov bránia použitiu recyklovaného materiálu na výrobu nových dielov rovnakej pevnosti.

Recyklácia termosetových častí zahŕňa rozdrvenie uhlíkových vlákien v materiáli na malé dĺžky a spálenie zmesi vlákien a živice pred jej opätovným spracovaním. Materiál získaný na opätovné spracovanie je štrukturálne slabší ako termosetový materiál, z ktorého bola vyrobená recyklovaná časť, takže recyklácia termosetových častí na nové zvyčajne zmení „sekundárnu štruktúru na terciárnu,“ povedal Brown.

Na druhej strane, pretože molekulárne štruktúry termoplastických dielov sa nemenia v procese výroby dielov a spájania dielov, môžu sa podľa Dion jednoducho roztaviť do tekutej formy a znovu spracovať na diely tak silné ako originály.

Konštruktéri lietadiel si môžu vybrať zo širokého výberu rôznych termoplastických materiálov, z ktorých si môžu vybrať pri navrhovaní a výrobe dielov. K dispozícii je „celkom široká škála živíc“, do ktorých možno vložiť jednorozmerné vlákna z uhlíkových vlákien alebo dvojrozmerné väzby, čím sa vytvárajú rôzne materiálové vlastnosti, povedal Dion. „Najvzrušujúcejšie živice sú nízkotaviteľné živice“, ktoré sa topia pri relatívne nízkych teplotách, a tak sa dajú tvarovať a formovať pri nižších teplotách.

Rôzne triedy termoplastov tiež ponúkajú rôzne vlastnosti tuhosti (vysoká, stredná a nízka) a celkovú kvalitu, podľa Dion. Najkvalitnejšie živice stoja najviac a cenová dostupnosť predstavuje Achillovu pätu termoplastov v porovnaní s termosetovými materiálmi. Zvyčajne stoja viac ako termosety a výrobcovia lietadiel musia túto skutočnosť zohľadniť vo svojich výpočtoch dizajnu nákladov a prínosov, povedal Brown.

Čiastočne z tohto dôvodu sa GKN Aerospace a ďalší budú pri výrobe veľkých konštrukčných dielov pre lietadlá aj naďalej najviac zameriavať na termosetové materiály. Termoplastické materiály už vo veľkej miere využívajú pri výrobe menších konštrukčných častí, ako sú ostrohy, kormidlá a spojlery. Čoskoro, keď sa však veľkoobjemová a nízkonákladová výroba ľahkých termoplastických dielov stane rutinou, výrobcovia ich budú využívať oveľa širšie – najmä na rastúcom trhu eVTOL UAM, uzavrel Dion.

pochádzajú z ainonline