aktualności

Długie zależne od materiałów do termosetowych materiałów węglowych do wytwarzania bardzo silnych kompozytowych części strukturalnych dla samolotów, producenci lotnicze obejmują teraz inną klasę materiałów z włókien węglowych, ponieważ postęp technologiczny obiecuje zautomatyzowaną produkcję nowych części nietermosetowych przy dużych, niskich kosztach i niskim koszcie i niskim kosztom i jaśniejszy ciężar.

Podczas gdy termoplastyczne materiały kompozytowe z włókna węglowego „były około długo”, dopiero niedawno producenci lotniczej mogą rozważyć swoje powszechne zastosowanie w tworzeniu części samolotów, w tym pierwotnych komponentów konstrukcyjnych, powiedział Stephane Dion, VP Engineering w Advanced Structure Structures Collins Aerospace.

Powiedział, że kompozyty termoplastyczne z włókna węglowego potencjalnie oferują producenci lotnicze kilka zalet w stosunku do kompozytów termoczochłowych, ale do niedawna producenci nie mogli wytwarzać części z kompozytów termoplastycznych w wysokich stawkach i przy niskich kosztach.

W ciągu ostatnich pięciu lat producenci OEM zaczęły wyglądać poza wytwarzanie części z materiałów termoutwardzalnych w miarę opracowania stanu części produkcyjnej części kompozytowej z włókna węglowego, najpierw do zastosowania technik infuzji żywicy i przenoszenia żywicy (RTM) do wytwarzania części samolotów, a następnie części samolotów, a następnie części samolotów, a następnie części samolotów, a następnie części samolotów, a następnie do zastosowania kompozytów termoplastycznych.

GKN Aerospace zainwestował mocno w opracowanie technologii infuzji żywicy i RTM do produkcji dużych elementów strukturalnych samolotów w przystępnej cenie i w wysokim poziomie. Według Maxa Browna, wiceprezesa ds. Horizon 3 Advanced-Technologies Initiative Horizon 3-Technologies Inicjatywy Horizon 3 zaawansowane technologie GKN, GKN wykonuje teraz 17-metrowy, jednoczęściowy, kompozytowy Spar Wing Wing Spar.

Według Dionu, ciężkie inwestycje w zakresie produkcji kompozytowych w ciągu ostatnich kilku lat obejmowały również strategiczne wydatki na opracowywanie możliwości umożliwiających produkcję części termoplastycznych części termoplastycznych.

Najbardziej godna uwagi różnica między termosetem a materiałami termoplastycznymi polega na tym, że materiały termosetowe muszą być przechowywane w chłodni, zanim zostaną ukształtowane w części, a po ukształtowaniu część termosetowa musi podlegać utwardzaniu przez wiele godzin w autoklawie. Procesy wymagają dużej energii i czasu, a zatem koszty produkcji części termosetowych zwykle pozostają wysokie.

Utwardzenie zmienia strukturę molekularną kompozytu termoutwardzalnego, dając jej część jej wytrzymałości. Jednak na obecnym etapie rozwoju technologicznego utwardzanie sprawia, że ​​materiał w części nie nadaje się do ponownego użycia w pierwotnym komponencie strukturalnym.

Jednak materiały termoplastyczne nie wymagają przechowywania w chłodni ani pieczenia, gdy są wykonywane w części, według Dion. Można je stemplować w końcowym kształcie prostej części - każdy wspornik ramek kadłuba w Airbus A350 jest termoplastyczną częścią kompozytową - lub na średnim etapie bardziej złożonego komponentu.

Materiały termoplastyczne można spawać na różne sposoby, umożliwiając wykonanie złożonych, wysoce ukształtowanych części z prostych podstruktur. Dzisiaj stosuje się spawanie indukcyjne, które pozwala jedynie płaskie części o stałej grubości z podłożników, zgodnie z Dionem. Jednak Collins opracowuje techniki wibracji i spawania tarcia w celu łączenia części termoplastycznych, które, jak się spodziewa, ostatecznie pozwoli mu wytworzyć „naprawdę zaawansowane złożone struktury”, powiedział.

Możliwość spawania materiałów termoplastycznych w celu wykonania złożonych konstrukcji pozwala producentom pozbyć się metalowych śrub, elementów złącznych i zawiasów wymaganych przez części termosetowe do łączenia i składania, tworząc w ten sposób korzyść z redukcją wagi wynoszącą około 10 procent, brązowe szacunki.

Mimo to kompozyty termoplastyczne wiążą się lepiej z metaliami niż kompozyty termoutwardzalne, według Browna. Podczas gdy przemysłowe badania i rozwój miały na celu opracowanie praktycznych zastosowań tej właściwości termoplastycznej, pozostaje „na poziomie gotowości technologii wczesnej dojrzałości”, może ostatecznie pozwolić komponentom inżynierów lotniczych zawierających hybrydowe zintegrowane struktury termoplastyczne i metalowe.

Jedna potencjalna aplikacja może na przykład być jednoczęściowym, lekkim fotelik pasażerski , sterowane elektronicznie siedzisko, rozkładanie foteli, krycie okien i inne funkcje.

W przeciwieństwie do materiałów termosetowych, które wymagają utwardzania, aby uzyskać sztywność, wytrzymałość i kształt wymagane z części, do których zostają wykonane, struktury molekularne termoplastycznych materiałów kompozytowych nie zmieniają się, gdy są wykonywane w części, zgodnie z Dionem.

W rezultacie materiały termoplastyczne są znacznie bardziej odporne na pęknięcia niż materiały termoutlezetowe, jednocześnie oferując podobny, jeśli nie silniejszy, strukturalny wytrzymałość i wytrzymałość. „Więc możesz zaprojektować [części] dla znacznie cieńszych wskaźników”, powiedział Dion, co oznacza, że ​​części termoplastyczne ważą mniej niż jakiekolwiek części termosetowe, które zastępują, nawet oprócz dodatkowych redukcji masy wynikających z faktu, że części termoplastyczne nie wymagają metalowych śrub lub elementów łączących .

Części termoplastyczne recyklingu powinny również okazać się prostszym procesem niż recyklingowe części termoset. W obecnym stanie technologii (i przez pewien czas) nieodwracalne zmiany struktury molekularnej wytwarzane przez utwardzanie materiałów termoutwardzalnych zapobiegają wykorzystaniu materiału pochodzącego z recyklingu do tworzenia nowych części równoważnej wytrzymałości.

Części termootometowe recyklingu polega na zmieszaniu włókien węglowych w materiale na małe długości i spalanie mieszaniny światłowodowej i re-resencji przed jego ponownym przetwarzaniem. Materiał uzyskany do ponownego przetwarzania jest strukturalnie słabszy niż materiał termoutwardzalny, z którego powstała część recyklingu, więc recykling termootometowych części zwykle zamienia „strukturę wtórną w trzeciorzędową”, powiedział Brown.

Z drugiej strony, ponieważ struktury molekularne części termoplastycznych nie zmieniają się w procesach produkcyjnych i łączących części, można je po prostu stopić w formę cieczy i ponownie przetworzyć części tak mocne jak oryginały, zgodnie z Dionem.

Projektanci samolotów mogą wybierać spośród szerokiego wyboru różnych materiałów termoplastycznych dostępnych do wyboru w zakresie projektowania i produkcji. „Dostępna jest dość szeroka gama żywic”, w które można osadzić jednowymiarowe włókna włókna węglowego lub dwuwymiarowe sploty, wytwarzając różne właściwości materiału, powiedział Dion. „Najbardziej ekscytującymi żywicami są żywice o niskim poziomie, które topią się w stosunkowo niskich temperaturach, a zatem można kształtować i tworzyć w niższych temperaturach.

Według Diona różne klasy termoplasticów oferują również różne właściwości sztywności (wysoka, średnia i niska) i ogólna jakość. Żywice najwyższej jakości kosztują najwięcej, a przystępność cenowa reprezentuje piętę achillesową dla termoplastików w porównaniu z materiałami termosetowymi. Zazwyczaj kosztują więcej niż termoset, a producenci samolotów muszą wziąć pod uwagę fakt w obliczeniach dotyczących projektowania kosztów/świadczeń, powiedział Brown.

Częściowo z tego powodu GKN Aerospace i inni będą nadal koncentrować się na materiałach termosetowych podczas produkcji dużych części strukturalnych dla samolotów. Używają już materiałów termoplastycznych szeroko przy tworzeniu mniejszych części strukturalnych, takich jak empennages, ster i spoilery. Wkrótce jednak, gdy o dużej objętości, tani produkcja lekkich części termoplastycznych staje się rutynowa, producenci będą ich używać znacznie szerzej-szczególnie na rozwijającym się rynku Evtol UAM, podsumowali Dion.

pochodzić z Ainonline