ştiri

Demult dependenți de materialele termosetate din fibră de carbon pentru a face piese structurale compozite foarte puternice pentru avioane, OEM-urile din industria aerospațială îmbrățișează acum o altă clasă de materiale din fibră de carbon, deoarece progresele tehnologice promit fabricarea automată de noi piese netermosabile la volum mare, la costuri reduse și greutate mai ușoară.

În timp ce materialele compozite termoplastice din fibră de carbon „există de mult timp”, doar recent producătorii aerospațiali au putut lua în considerare utilizarea lor pe scară largă în fabricarea de piese pentru avioane, inclusiv componente structurale primare, a declarat Stephane Dion, vp engineering la unitatea Advanced Structures a Collins Aerospace.

Compozitele termoplastice din fibră de carbon oferă potențial OEM-urilor din industria aerospațială mai multe avantaje față de compozitele termosetate, dar până de curând producătorii nu puteau produce piese din compozite termoplastice la prețuri mari și la costuri reduse, a spus el.

În ultimii cinci ani, OEM-urile au început să privească dincolo de fabricarea de piese din materiale termorigide, pe măsură ce știința de fabricație a pieselor din compozit din fibră de carbon s-a dezvoltat, mai întâi utilizând tehnici de turnare prin infuzie de rășină și transfer de rășină (RTM) pentru a face piese de aeronave, apoi pentru a folosi compozite termoplastice.

GKN Aerospace a investit masiv în dezvoltarea tehnologiei sale de infuzie de rășină și RTM pentru fabricarea componentelor structurale de aeronave mari la prețuri accesibile și la prețuri ridicate. GKN realizează acum o lungime de 17 metri, dintr-o singură piesă, din compozit, folosind producția de perfuzie de rășină, conform lui Max Brown, vicepreședintele tehnologiei pentru inițiativa de tehnologii avansate Horizon 3 a GKN Aerospace.

Investițiile mari ale OEM-urilor în producția de compozite din ultimii câțiva ani au inclus, de asemenea, cheltuieli strategice pentru dezvoltarea capacităților care să permită fabricarea în volum mare a pieselor termoplastice, potrivit Dion.

Cea mai notabilă diferență dintre materialele termosetate și cele termoplastice constă în faptul că materialele termosetate trebuie păstrate la rece înainte de a fi modelate în părți, iar odată modelată, o piesă termorigidă trebuie să fie supusă întăririi timp de multe ore într-o autoclavă. Procesele necesită multă energie și timp, astfel încât costurile de producție ale pieselor termosetate tind să rămână ridicate.

Întărirea modifică ireversibil structura moleculară a unui compozit termorigid, dând piesei rezistența sa. Cu toate acestea, în stadiul actual de dezvoltare tehnologică, întărirea face, de asemenea, materialul din piesă inadecvat pentru reutilizare într-o componentă structurală primară.

Cu toate acestea, materialele termoplastice nu necesită depozitare la rece sau coacere atunci când sunt făcute în părți, potrivit Dion. Ele pot fi ștanțate în forma finală a unei piese simple - fiecare suport pentru cadrele fuzelajului din Airbus A350 este o piesă din compozit termoplastic - sau într-o etapă intermediară a unei componente mai complexe.

Materialele termoplastice pot fi sudate între ele în diferite moduri, permițând fabricarea pieselor complexe, cu formă ridicată, din substructuri simple. Astăzi se folosește în principal sudarea prin inducție, ceea ce permite doar fabricarea pieselor plate, cu grosime constantă, din sub-piese, conform lui Dion. Cu toate acestea, Collins dezvoltă tehnici de sudare prin vibrații și frecare pentru îmbinarea pieselor termoplastice, care, odată certificate, se așteaptă să îi permită în cele din urmă să producă „structuri complexe cu adevărat avansate”, a spus el.

Capacitatea de a suda împreună materiale termoplastice pentru a realiza structuri complexe le permite producătorilor să elimine șuruburile metalice, elementele de fixare și balamalele necesare pieselor termosetate pentru îmbinare și pliere, creând astfel un beneficiu de reducere a greutății de aproximativ 10%, estimează Brown.

Totuși, compozitele termoplastice se leagă mai bine de metale decât compozitele termorigide, potrivit lui Brown. În timp ce cercetarea și dezvoltarea industrială menită să dezvolte aplicații practice pentru această proprietate termoplastică rămâne „la un nivel de pregătire a tehnologiei de maturitate timpurie”, în cele din urmă ar putea permite inginerilor aerospațiali să proiecteze componente care conțin structuri hibride integrate termoplastic și metal.

O aplicație potențială ar putea fi, de exemplu, un scaun de pasager ușor, dintr-o singură piesă, care conține toate circuitele pe bază de metal necesare pentru interfața utilizată de pasager pentru a-și selecta și controla opțiunile de divertisment la bord, iluminarea scaunelor, ventilatorul deasupra capului. , înclinarea scaunului controlată electronic, opacitatea umbririi geamului și alte funcții.

Spre deosebire de materialele termorigide, care au nevoie de întărire pentru a produce rigiditatea, rezistența și forma necesare pieselor în care sunt fabricate, structurile moleculare ale materialelor compozite termoplastice nu se schimbă atunci când sunt transformate în părți, potrivit Dion.

Ca rezultat, materialele termoplastice sunt mult mai rezistente la rupere la impact decât materialele termosetate, oferind în același timp o rezistență și o rezistență structurală similare, dacă nu mai puternice. „Așa că puteți proiecta [piese] cu calibre mult mai subțiri”, a spus Dion, ceea ce înseamnă că piesele termoplastice cântăresc mai puțin decât orice piesă termoplastică pe care le înlocuiesc, chiar și în afară de reducerile suplimentare de greutate care rezultă din faptul că piesele termoplastice nu necesită șuruburi sau elemente de fixare metalice. .

Reciclarea pieselor termoplastice ar trebui, de asemenea, să se dovedească un proces mai simplu decât reciclarea pieselor termosetate. În stadiul actual al tehnologiei (și pentru ceva timp de acum încolo), modificările ireversibile ale structurii moleculare produse de întărirea materialelor termorigide împiedică utilizarea materialului reciclat pentru a face piese noi cu rezistență echivalentă.

Reciclarea pieselor termorigide implică măcinarea fibrelor de carbon din material în lungimi mici și arderea amestecului de fibre și rășini înainte de reprocesare. Materialul obținut pentru reprocesare este structural mai slab decât materialul termorigid din care a fost făcută piesa reciclată, astfel încât reciclarea pieselor termosetate în altele noi transformă de obicei „o structură secundară într-una terțiară”, a spus Brown.

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

Proiectanții de aeronave pot alege dintr-o selecție largă de diferite materiale termoplastice disponibile pentru a alege în proiectarea și fabricarea pieselor. „O gamă destul de largă de rășini” este disponibilă în care pot fi încorporate filamente unidimensionale de fibră de carbon sau țesături bidimensionale, producând diferite proprietăți ale materialelor, a spus Dion. „Cele mai interesante rășini sunt rășinile cu topire scăzută”, 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, proprietăți diferite de rigiditate (înaltă, medie și scăzută) și calitate generală, conform lui Dion. Rășinile de cea mai înaltă calitate costă cel mai mult, iar accesibilitatea reprezintă călcâiul lui Ahile pentru termoplastice în comparație cu materialele termosetate. De obicei, acestea costă mai mult decât termorigidele, iar producătorii de avioane trebuie să ia în considerare acest fapt în calculele lor de proiectare cost/beneficiu, a spus Brown.

Parțial din acest motiv, GKN Aerospace și alții vor continua să se concentreze cel mai mult pe materialele termorigide atunci când produc piese structurale mari pentru avioane. Aceștia folosesc deja materiale termoplastice pe scară largă pentru a realiza piese structurale mai mici, cum ar fi empenaje, cârme și spoilere. În curând, totuși, când producția de piese termoplastice ușoare devine obișnuită, cu volum mare și la costuri reduse, producătorii le vor folosi mult mai pe scară largă – în special pe piața în plină dezvoltare eVTOL UAM, a concluzionat Dion.

provin de la ainonline