ştiri

Depinde de mult timp de materialele din fibră de carbon termoset pentru a face piese structurale compozite foarte puternice pentru aeronave, OEM-urile aerospațiale îmbrățișează acum o altă clasă de materiale din fibră de carbon, deoarece progresele tehnologice promit fabricarea automată de noi piese non-termoset la volum mare, costuri reduse și Greutate mai ușoară.

În timp ce materialele compozite din fibră de carbon termoplastică „au fost în jur de mult timp”, doar recent, producătorii aerospațiali ar putea considera utilizarea lor pe scară largă în realizarea pieselor aeronavelor, inclusiv componente structurale primare, a declarat Stephane Dion, VP Engineering la Collins Aerospace Structuri Avansate Unit.

Compozitele termoplastice din fibră de carbon pot oferi potențial OEM-uri aerospațiale mai multe avantaje față de compozitele termoset, dar până de curând producătorii nu au putut face piese din compozite termoplastice la rate mari și la costuri reduse, a spus el.

În ultimii cinci ani, OEM-urile au început să privească dincolo de a face piese din materiale termoset ca stare a piesei compozite din fibră de carbon, știința de fabricație dezvoltată, mai întâi pentru a utiliza tehnici de infuzie de rășină și transfer de rășină (RTM) pentru a face piese de aeronave, apoi Pentru a utiliza compozite termoplastice.

GKN Aerospace a investit foarte mult în dezvoltarea tehnologiei sale de rășină și RTM pentru fabricarea de componente structurale ale aeronavelor mari în mod accesibil și la rate mari. GKN face acum un spar de aripa compozită de 17 metri, cu o singură piesă, folosind fabricarea infuziei de rășină, potrivit Max Brown, VP de tehnologie pentru Inițiativa GKN Aerospace Horizon 3 Advanced-Technologies.

Investițiile grele de fabricare a compozitelor OEMS în ultimii ani au inclus, de asemenea, cheltuieli strategice pentru dezvoltarea capacităților pentru a permite fabricarea cu volum mare de piese termoplastice, potrivit Dion.

Cea mai notabilă diferență între materialele termoset și termoplastice constă în faptul că materialele termoset trebuie păstrate în depozitarea la rece înainte de a fi modelate în piese și, odată formată, o parte termoset trebuie să fie întărită timp de multe ore într -o autoclavă. Procesele necesită o mare cantitate de energie și timp, astfel încât costurile de producție ale pieselor termoset tind să rămână ridicate.

Vindecarea modifică structura moleculară a unui compozit termoset ireversibil, oferind piesei rezistența sa. Cu toate acestea, în stadiul actual al dezvoltării tehnologice, întărirea face, de asemenea, materialul din partea care este nepotrivit pentru reutilizare într-o componentă structurală primară.

Cu toate acestea, materialele termoplastice nu necesită depozitare la rece sau coacere atunci când sunt făcute în piese, potrivit Dion. Acestea pot fi ștampilate în forma finală a unei părți simple - fiecare suport pentru cadrele de fuselaj din Airbus A350 este o parte compozită termoplastică - sau într -o etapă intermediară a unei componente mai complexe.

Materialele termoplastice pot fi sudate împreună în diferite moduri, permițând piese complexe, în formă de înaltă formă, din substructuri simple. Astăzi este utilizată în principal sudarea cu inducție, ceea ce permite doar piese plate, cu grosime constantă, din sub-părți, potrivit Dion. Cu toate acestea, Collins dezvoltă tehnici de sudare cu vibrații și frecare pentru unirea pieselor termoplastice, care, odată certificat, se așteaptă ca în cele din urmă să -i permită să producă „structuri complexe cu adevărat avansate”, a spus el.

Posibilitatea de a suda materialele termoplastice pentru a face structuri complexe permite producătorilor să elimine șuruburile metalice, elementele de fixare și balamalele necesare de piese termoset pentru unirea și plierea, creând astfel un beneficiu de reducere a greutății de aproximativ 10 %, estimări maro.

Cu toate acestea, compozitele termoplastice se leagă mai bine de metale decât compozitele termoset, potrivit Brown. În timp ce cercetarea și dezvoltarea industrială care vizează dezvoltarea aplicațiilor practice pentru acea proprietate termoplastică rămâne „la un nivel de pregătire a tehnologiei de scadență timpurie”, ar putea permite, în cele din urmă, inginerii aerospațiali să proiecteze componente care conțin structuri integrate termoplastice și metalice hibride.

O aplicație potențială ar putea, de exemplu, să fie un scaun de pasageri ușor, ușor, care conține toate circuitele bazate pe metal necesare interfeței utilizate de pasager pentru a selecta și controla opțiunile sale de divertisment influențate, iluminatul scaunelor, ventilatorul aerian , înclinarea scaunului controlat electronic, opacitatea nuanței ferestrei și alte funcții.

Spre deosebire de materialele termoset, care au nevoie de întărire pentru a produce rigiditatea, rezistența și forma necesară din părțile în care se fac, structurile moleculare ale materialelor compozite termoplastice nu se schimbă atunci când sunt făcute în piese, potrivit Dion.

Drept urmare, materialele termoplastice sunt mult mai rezistente la fracturi la impact decât materialele termoset, oferind în același timp o duritate și rezistență structurală similare, dacă nu mai puternice. „Așadar, puteți proiecta [piese] pe calibre mult mai subțiri”, a spus Dion, ceea ce înseamnă că piesele termoplastice cântăresc mai puțin decât orice piese termoset pe care le înlocuiesc, chiar în afară de reducerile suplimentare de greutate rezultate din faptul că piesele termoplastice nu necesită șuruburi metalice sau elemente de fixare .

Reciclarea pieselor termoplastice ar trebui să dovedească, de asemenea, un proces mai simplu decât reciclarea pieselor termoset. La starea actuală a tehnologiei (și pentru o perioadă următoare), modificările ireversibile ale structurii moleculare produse prin vindecarea materialelor termoset împiedică utilizarea materialelor reciclate pentru a face noi părți de rezistență echivalentă.

Reciclarea pieselor termoset implică șlefuirea fibrelor de carbon din material în lungimi mici și arderea amestecului de fibre și rășină înainte de reprocesarea acestuia. Materialul obținut pentru reprocesare este mai slab din punct de vedere structural decât materialul termoset din care s -a făcut partea reciclată, astfel încât reciclarea pieselor termoset în altele noi transformă de obicei „o structură secundară într -una terțiară”, a spus Brown.

Pe de altă parte, deoarece structurile moleculare ale părților termoplastice nu se schimbă în procesele de fabricare a pieselor și de alăturare a pieselor, ele pot fi pur și simplu topite în formă lichidă și reprocesate în părți la fel de puternice ca originalele, potrivit Dion.

Designerii aeronavelor pot alege dintr -o selecție largă de materiale termoplastice diferite disponibile pentru a alege în proiectarea și fabricarea pieselor. „O gamă destul de largă de rășini” este disponibilă în care pot fi încorporate filamentele unidimensionale din fibră de carbon sau țesături bidimensionale, producând diferite proprietăți materiale, a spus Dion. „Cele mai interesante rășini sunt rășinile cu topuri scăzute”, care se topesc la temperaturi relativ scăzute și astfel pot fi modelate și formate la temperaturi mai scăzute.

Diferite clase de termoplastice oferă, de asemenea, diferite proprietăți de rigiditate (ridicate, medii și scăzute) și calitate generală, potrivit Dion. Rășinile de cea mai mare calitate costă cel mai mult, iar accesibilitatea reprezintă călcâiul lui Ahile pentru termoplastici în comparație cu materialele termoset. De obicei, acestea costă mai mult decât termosetele, iar producătorii de aeronave trebuie să ia în considerare acest fapt în calculele lor de proiectare a costurilor/beneficiilor, a spus Brown.

Parțial din acest motiv, GKN Aerospace și alții vor continua să se concentreze cel mai mult pe materiale termoset atunci când fabrică piese structurale mari pentru aeronave. Aceștia folosesc deja materiale termoplastice pe scară largă pentru a face piese structurale mai mici, cum ar fi impenaje, rude și spoilere. În curând, însă, atunci când fabricarea cu volum mare, cu costuri reduse a pieselor termoplastice ușoare devine de rutină, producătorii le vor folosi mult mai larg-în special pe piața evtol UAM, a concluzionat Dion.

Vino de la Ainonline