novinky

Dlho závislý od materiálov z termosetových uhlíkových vlákien na výrobu veľmi silných kompozitných konštrukčných častí pre lietadlá, letecké OEM teraz prijímajú ďalšiu triedu materiálov z uhlíkových vlákien, pretože technologický pokrok sľubuje automatizovanú výrobu nových dielov, ktoré netermoset pri veľkom objeme, nízke náklady a ľahšia hmotnosť.

Zatiaľ čo termoplastické kompozitné materiály z uhlíkových vlákien „boli už dlho“, len nedávno by mohli letecký priestor zvážiť svoje rozšírené použitie pri výrobe častí lietadiel vrátane primárnych konštrukčných komponentov, uviedol Stephane Dion, inžinierstvo VP v jednotke Advanced Structures Collins Aerospace.

Termoplastické kompozity z uhlíkových vlákien potenciálne ponúkajú letecké OEM OEM niekoľko výhod oproti termosetovým kompozitom, ale donedávna výrobcovia nedokázali urobiť diely z termoplastických kompozitov pri vysokých sadzbách a za nízku cenu, uviedol.

V posledných piatich rokoch sa OEM začali pozerať nad rámec výroby častí z termosetových materiálov, keď sa vyvinula stav zložených častí z uhlíkových vlákien. Použitie termoplastických kompozitov.

Spoločnosť GKN Aerospace značne investovala do vývoja svojej technológie živice a RTM na výrobu veľkých štrukturálnych komponentov lietadiel cenovo a pri vysokých sadzbách. Spoločnosť GKN teraz vyrába 17-metrové, jednodielne kompozitné krídlo s využitím výroby infúzie živice, podľa Maxa Browna, VP technológie pre iniciatívu Horizon 3 GKN Aerospace Horizon 3 Advanced-Technologies.

Podľa Dionu zahrnuli ťažké investície OEMS z kompozitnej výroby v posledných rokoch aj strategické výdavky na vývoj schopností, ktoré umožňujú výrobu termoplastických častí s vysokou objemou termoplastických častí.

Najvýznamnejší rozdiel medzi termosetom a termoplastickými materiálmi spočíva v skutočnosti, že termosetové materiály sa musia uchovávať v úložisku za studena pred tvarovaním častí, a po tvarovaní sa musí termosetová časť podstúpiť vytvrdzovanie po mnoho hodín v autokláve. Procesy si vyžadujú veľkú energiu a čas, a preto výrobné náklady na časti termosetov majú tendenciu zostať vysoké.

Vytvrdenie mení molekulárnu štruktúru zloženého termosetu nezvratne, čím dáva časť jeho silu. V súčasnej fáze technologického rozvoja však vytvrdzovanie robí materiál v časti nevhodný na opätovné použitie v primárnej štrukturálnej zložke.

Termoplastické materiály však podľa Diona nevyžadujú skladovanie alebo pečenie za studena alebo pečenie. Môžu byť vyrazené do konečného tvaru jednoduchej časti - každú konzolu pre trupové rámce v Airbus A350 je termoplastická kompozitná časť - alebo do stredného štádia zložitejšej zložky.

Termoplastické materiály môžu byť zvárané rôznymi spôsobmi, čo umožňuje výrobu zložitých a vysoko tvarovaných častí z jednoduchých subštruktúr. Dnes sa používa hlavne indukčné zváranie, ktoré podľa Dionu umožňuje iba ploché časti konštantnej hrúbky z čiastkových čias. Collins však vyvíja techniky vibrácií a zvárania trenia na spojenie termoplastických častí, ktoré po certifikácii očakávajú, že mu nakoniec umožní produkovať „skutočne pokročilé komplexné štruktúry“, uviedol.

Schopnosť zvariť termoplastické materiály na výrobu zložitých štruktúr umožňuje výrobcom odstrániť kovové skrutky, upevňovacie prvky a pánty, ktoré vyžadujú časti termosetov na spojenie a skladanie, čím vytvárajú prínos pri znižovaní hmotnosti približne 10 percent hnedých odhadov.

Termoplastické kompozity sa stále viažu lepšie k kovom ako termosetové kompozity, podľa Browna. Zatiaľ čo priemyselný výskum a vývoj zameraný na vývoj praktických aplikácií pre tento termoplastický majetok zostáva „na úrovni pripravenosti na technológiu včasnej bezpečnosti“, nakoniec by mohlo umožniť leteckým inžinierom navrhovať komponenty, ktoré obsahujú hybridné termoplastické a metatálne integrované štruktúry.

Jedna potenciálna aplikácia by mohla byť napríklad jednodielnym, ľahkým sedadlom prepravcov prepravných lietadiel obsahujúcich všetky kovové obvody potrebné pre rozhranie, ktoré používa cestujúci na výber a ovládanie jeho možností zábavnej zábavy, osvetlenie sedadiel, nadzemné ventilátory , elektronicky riadené sklopenie sedadla, opacita odtieňa okna a ďalšie funkcie.

Na rozdiel od termosetových materiálov, ktoré potrebujú vytvrdzovanie, aby sa vytvorila tuhosť, pevnosť a tvar požadovaná z častí, do ktorých sú vyrobené, sa molekulárne štruktúry termoplastických kompozitných materiálov pri výrobe na diely nezmenia, podľa Dionu.

Výsledkom je, že termoplastické materiály sú pri náraze omnoho viac odolné voči zlomeninám ako termosetové materiály, pričom ponúkajú podobné, ak nie silnejšie štrukturálnu húževnatosť a pevnosť. „Takže môžete navrhnúť [časti] na oveľa tenšie meradlá,“ povedal Dion, čo znamená, že termoplastické časti vážia menej ako akékoľvek časti termosetov, ktoré nahrádzajú, a to ani okrem dodatočného zníženia hmotnosti vyplývajúce z faktov, že termoplastické časti nevyžadujú kovové skrutky alebo upevňovacie prvky. .

Recyklačné termoplastické časti by sa mali tiež ukázať ako jednoduchší proces ako recyklácia termosetových častí. V súčasnom stave technológie (a nejaký čas v nasledujúcom čase) nezvratné zmeny v molekulárnej štruktúre produkovanej vytvrdzovaním termosetových materiálov bránia použitiu recyklovaného materiálu na vytvorenie nových častí ekvivalentnej pevnosti.

Recyklácia termosetových častí zahŕňa brúsenie uhlíkových vlákien v materiáli do malej dĺžky a spaľovanie zmesi vlákniny a reziínu pred jej prepracovaním. Materiál získaný na prepracovanie je štrukturálne slabší ako termosetový materiál, z ktorého sa recyklovaná časť vyrobila, takže recyklácia termosetových častí do nových obvykle premení „sekundárnu štruktúru na terciárnu,“ uviedol Brown.

Na druhej strane, pretože molekulárne štruktúry termoplastických častí sa nezmenia v procesoch výroby dielov a častí, môžu sa jednoducho roztaviť do kvapalinovej formy a prepracované na časti tak silné ako originály, podľa Diona.

Dizajnéri lietadiel si môžu vybrať zo širokého výberu rôznych termoplastických materiálov, z ktorých si môžete vybrať z navrhovania a výroby. K dispozícii je „dosť široká škála živíc“, do ktorých môžu byť zabudované jednorozmerné filamenty uhlíkových vlákien alebo dvojrozmerné väzby, ktoré vytvárajú rôzne vlastnosti materiálu, uviedol Dion. „Najzaujímavejšie živice sú živice s nízkym spôsobom,“ ktoré sa topia pri relatívne nízkych teplotách, a preto sa môžu tvarovať a tvoriť pri nižších teplotách.

Rôzne triedy termoplastov ponúkajú podľa Diona rôzne vlastnosti tuhosti (vysoké, stredné a nízke) a celkovú kvalitu. Najvyššie živice stoja najviac a dostupnosť predstavuje Achillovu pätu pre termoplasty v porovnaní s termosetovými materiálmi. Zvyčajne stoja viac ako termosety a výrobcovia lietadiel musia zvážiť túto skutočnosť vo svojich výpočtoch návrhu nákladov/výhod, uviedol Brown.

Čiastočne sa z tohto dôvodu budú GKN Aerospace a ďalší naďalej zameriavať na materiály termosetov pri výrobe veľkých konštrukčných častí pre lietadlá. Pri výrobe menších štrukturálnych častí, ako sú Empennages, kormidlá a spojlery, už používajú termoplastické materiály. Čoskoro, keď sa však vysokopostavená, nízkonákladová výroba ľahkých termoplastických častí stane rutinnou, výrobcovia ich budú používať oveľa širšie-najmä na rastúcom trhu EVTOL UAM, uzavreli Diona.

pochádza z Ainonline