vijesti

Dugo ovisni o termoreaktivnim materijalima od karbonskih vlakana za izradu vrlo jakih kompozitnih strukturnih dijelova za zrakoplove, proizvođači originalne opreme za zrakoplove sada prihvaćaju drugu klasu materijala od karbonskih vlakana budući da tehnološki napredak obećava automatiziranu proizvodnju novih netermoreaktivnih dijelova u velikim količinama, niskoj cijeni i lakša težina.

Dok termoplastični kompozitni materijali od ugljičnih vlakana "postoje već dugo", tek su nedavno proizvođači zrakoplova mogli razmotriti njihovu široku upotrebu u izradi dijelova zrakoplova, uključujući primarne strukturne komponente, rekao je Stephane Dion, potpredsjednik inženjerstva u odjelu za napredne strukture Collins Aerospace.

Termoplastični kompoziti od ugljičnih vlakana potencijalno nude OEM proizvođačima zrakoplovne opreme nekoliko prednosti u odnosu na duroplastične kompozite, ali donedavno proizvođači nisu mogli izrađivati ​​dijelove od termoplastičnih kompozita uz visoke stope i niske cijene, rekao je.

U proteklih pet godina proizvođači originalne opreme počeli su gledati dalje od izrade dijelova od duroplastičnih materijala kako se razvijala znanost o proizvodnji kompozitnih dijelova od ugljičnih vlakana, prvo za korištenje tehnika ulijevanja smole i kalupljenja za prijenos smole (RTM) za izradu dijelova zrakoplova, a zatim koristiti termoplastične kompozite.

GKN Aerospace uložio je velika sredstva u razvoj svoje tehnologije ulijevanja smole i RTM za proizvodnju konstrukcijskih komponenti velikih zrakoplova po pristupačnim cijenama i po visokim cijenama. GKN sada proizvodi 17 metara dugačak, jednodijelni kompozitni krak krila koristeći proizvodnju smole, prema Maxu Brownu, potpredsjedniku tehnologije za GKN Aerospace inicijativu naprednih tehnologija Horizon 3.

Teška ulaganja OEM-ova u proizvodnju kompozita u posljednjih nekoliko godina također su uključivala stratešku potrošnju na razvoj sposobnosti kako bi se omogućila proizvodnja velikih količina termoplastičnih dijelova, prema Dionu.

Najznačajnija razlika između duroplastičnih i termoplastičnih materijala leži u činjenici da se duroplastični materijali moraju držati u hladnom skladištu prije oblikovanja u dijelove, a kada se jednom oblikuju, duroplastični dio mora biti podvrgnut očvršćavanju nekoliko sati u autoklavu. Procesi zahtijevaju mnogo energije i vremena, tako da troškovi proizvodnje duroplastičnih dijelova obično ostaju visoki.

Stvrdnjavanje nepovratno mijenja molekularnu strukturu duroplasta, dajući tom dijelu snagu. Međutim, u trenutnoj fazi tehnološkog razvoja, stvrdnjavanje također čini materijal u dijelu neprikladnim za ponovnu upotrebu u primarnoj strukturnoj komponenti.

Međutim, prema Dionu, termoplastični materijali ne zahtijevaju hladno skladištenje ili pečenje kada se izrađuju u dijelove. Mogu se utisnuti u konačni oblik jednostavnog dijela - svaki nosač za okvire trupa u Airbusu A350 je termoplastični kompozitni dio - ili u međufazu složenije komponente.

Termoplastični materijali mogu se međusobno zavarivati ​​na različite načine, omogućujući izradu složenih, vrlo oblikovanih dijelova od jednostavnih podstruktura. Danas se uglavnom koristi indukcijsko zavarivanje, koje samo omogućuje izradu ravnih dijelova konstantne debljine od poddijelova, prema Dionu. Međutim, Collins razvija tehnike zavarivanja vibracijama i trenjem za spajanje termoplastičnih dijelova, za koje očekuje da će im nakon certificiranja na kraju omogućiti proizvodnju "istinski naprednih složenih struktura", rekao je.

Sposobnost zavarivanja termoplastičnih materijala za izradu složenih struktura omogućuje proizvođačima da se uklone metalne vijke, pričvršćivače i šarke potrebne termoreaktivnim dijelovima za spajanje i savijanje, čime se stvara prednost smanjenja težine od oko 10 posto, procjenjuje Brown.

Ipak, prema Brownu, termoplastični kompoziti se bolje vežu za metale od duroplastičnih kompozita. Dok industrijsko istraživanje i razvoj usmjeren na razvoj praktičnih primjena za to svojstvo termoplasta ostaje "na razini rane zrelosti tehnologije", moglo bi na kraju omogućiti zrakoplovnim inženjerima da dizajniraju komponente koje sadrže hibridne termoplastične i metalne integrirane strukture.

Jedna potencijalna primjena mogla bi, na primjer, biti jednodijelno, lagano putničko sjedalo u putničkom avionu koje sadrži sve metalne sklopove potrebne za sučelje koje putnik koristi za odabir i kontrolu svojih opcija zabave tijekom leta, osvjetljenje sjedala, ventilator iznad glave , elektronički kontrolirani nagib sjedala, neprozirnost sjenila i druge funkcije.

Za razliku od termoreaktivnih materijala, kojima je potrebno stvrdnjavanje kako bi se proizvela krutost, čvrstoća i oblik potreban za dijelove u koje se izrađuju, molekularne strukture termoplastičnih kompozitnih materijala ne mijenjaju se kada se izrađuju u dijelove, prema Dionu.

Kao rezultat toga, termoplastični materijali daleko su otporniji na lomljenje pri udaru od duroplastičnih materijala, a istovremeno nude sličnu, ako ne i jaču strukturnu žilavost i snagu. "Tako da možete dizajnirati [dijelove] na mnogo tanje mjerne dijelove", rekao je Dion, što znači da termoplastični dijelovi teže manje od bilo kojeg duroplastičnog dijela kojeg zamjenjuju, čak i osim dodatnog smanjenja težine koje proizlazi iz činjenice da termoplastični dijelovi ne zahtijevaju metalne vijke ili pričvršćivače .

Recikliranje termoplastičnih dijelova također bi se trebalo pokazati jednostavnijim procesom od recikliranja duroplastičnih dijelova. Na trenutnom stanju tehnologije (i još neko vrijeme), nepovratne promjene u molekularnoj strukturi nastale otvrdnjavanjem duroplastičnih materijala sprječavaju upotrebu recikliranog materijala za izradu novih dijelova jednake čvrstoće.

Recikliranje duroplastičnih dijelova uključuje mljevenje karbonskih vlakana u materijalu u male komade i spaljivanje mješavine vlakana i smole prije ponovne obrade. Materijal dobiven za ponovnu obradu je strukturno slabiji od duroplastičnog materijala od kojeg je napravljen reciklirani dio, tako da recikliranje termoreaktivnih dijelova u nove obično pretvara "sekundarnu strukturu u tercijarnu", rekao je Brown.

S druge strane, budući da se molekularne strukture termoplastičnih dijelova ne mijenjaju u procesima proizvodnje dijelova i spajanja dijelova, oni se jednostavno mogu rastopiti u tekući oblik i ponovno preraditi u dijelove čvrste poput originala, prema Dionu.

Dizajneri zrakoplova mogu birati između širokog izbora različitih termoplastičnih materijala dostupnih za projektiranje i proizvodnju dijelova. Dostupan je "prilično širok raspon smola" u koje se mogu ugraditi jednodimenzionalni filamenti ugljičnih vlakana ili dvodimenzionalna tkanja, proizvodeći različita svojstva materijala, rekao je Dion. "Najuzbudljivije smole su one s niskim talištem", koje se tope na relativno niskim temperaturama i stoga se mogu oblikovati i formirati na nižim temperaturama.

Različite klase termoplasta također nude različita svojstva krutosti (visoka, srednja i niska) i ukupnu kvalitetu, prema Dionu. Najkvalitetnije smole koštaju najviše, a pristupačnost predstavlja Ahilovu petu za termoplaste u usporedbi s duroplastičnim materijalima. Obično koštaju više od duroplasta, a proizvođači zrakoplova moraju uzeti u obzir tu činjenicu u svojim izračunima troškova i koristi, rekao je Brown.

Djelomično iz tog razloga, GKN Aerospace i drugi nastavit će se najviše usredotočiti na duroplastične materijale pri proizvodnji velikih strukturnih dijelova za zrakoplove. Oni već naširoko koriste termoplastične materijale u izradi manjih strukturnih dijelova kao što su pera, kormila i spojleri. Međutim, uskoro, kada obimna i jeftina proizvodnja laganih termoplastičnih dijelova postane rutina, proizvođači će ih koristiti mnogo šire – posebice na rastućem tržištu eVTOL UAM, zaključio je Dion.

dolazi iz ainonline