вести

Долго време зависни од термозатегнати материјали од јаглеродни влакна за правење многу силни композитни структурни делови за авиони, воздушните OEM сега прифаќаат друга класа материјали од јаглеродни влакна, бидејќи технолошкиот напредок ветува автоматско производство на нови нетермозатегнати делови со голем волумен, ниска цена и помала тежина.

Додека композитните материјали од термопластични јаглеродни влакна „постојат долго време“, само неодамна производителите на воздухопловството можеа да размислат за нивната широка употреба во производството на делови за авиони, вклучително и примарните структурни компоненти, рече Стефан Дион, вп инженеринг во единицата Advanced Structures на Collins Aerospace.

Термопластичните композити од јаглеродни влакна потенцијално нудат на воздушните OEM неколку предности во однос на термореактивните композити, но до неодамна производителите не можеа да прават делови од термопластични композити по високи цени и ниска цена, рече тој.

Во изминатите пет години, ОЕМ почнаа да гледаат подалеку од правење делови од термозацврстени материјали како што се развиваше состојбата на науката за производство на композитни делови од јаглеродни влакна, прво да ги користат техниките за инфузија на смола и калапи за пренос на смола (RTM) за производство на делови за авиони, а потоа да се користат термопластични композити.

GKN Aerospace инвестираше многу во развојот на својата технологија за инфузија на смола и RTM за производство на структурни компоненти на големи авиони по пристапни цени и високи стапки. GKN сега прави 17 метри долга, едноделно композитно крило со помош на производство на инфузија на смола, според Макс Браун, претставник на технологијата за иницијативата за напредни технологии на GKN Aerospace, Horizon 3.

Тешките инвестиции на OEM во производството на композитни производи во изминатите неколку години, исто така, вклучија стратешки трошења за развој на способности за да се овозможи производство на термопластични делови со голем обем, според Дион.

Најзабележителната разлика помеѓу термозалагодливите и термопластичните материјали лежи во фактот што термозацврстените материјали мора да се чуваат во ладно складирање пред да се обликуваат во делови, а штом ќе се обликува, термозацврстениот дел мора да претрпи стврднување многу часови во автоклав. Процесите бараат голема доза на енергија и време, па затоа трошоците за производство на термозацврстените делови имаат тенденција да останат високи.

Лекувањето неповратно ја менува молекуларната структура на композитот со термозацврстување, давајќи му на делот цврстина. Меѓутоа, во сегашната фаза на технолошки развој, стврднувањето исто така го прави материјалот во делот несоодветен за повторна употреба во примарна структурна компонента.

Сепак, термопластичните материјали не бараат складирање или печење во ладилници кога се прават делови, според Дион. Тие можат да бидат втиснати во конечниот облик на едноставен дел - секоја заграда за рамки на трупот во Airbus A350 е термопластичен композитен дел - или во средна фаза на посложена компонента.

Термопластичните материјали можат да се заваруваат на различни начини, овозможувајќи сложени, високо обликувани делови да се направат од едноставни под-структури. Денес главно се користи индукционото заварување, што дозволува само рамни делови со постојана дебелина да се прават од подделови, според Дион. Сепак, Колинс развива техники за заварување со вибрации и триење за спојување на термопластични делови, кои штом еднаш ќе бидат сертифицирани, очекува дека на крајот ќе му овозможат да произведе „вистински напредни сложени структури“, рече тој.

Способноста да се заваруваат термопластични материјали за да се направат сложени структури им овозможува на производителите да ги отстранат металните завртки, прицврстувачите и шарките што ги бараат термозаштитните делови за спојување и преклопување, со што се создава придобивка за намалување на тежината од околу 10 проценти, проценува Браун.

Сепак, термопластичните композити подобро се поврзуваат со металите отколку термореактивните композити, според Браун. Додека индустриското истражување и развој насочено кон развивање практични апликации за тоа својство на термопластика останува „на ниво на технолошка подготвеност за рана зрелост“, на крајот може да им дозволи на воздушните инженери да дизајнираат компоненти што содржат хибридни интегрирани структури од термопластика и метал.

Една потенцијална апликација може, на пример, да биде едноделно, лесно патничко седиште во авион, кое ги содржи сите метални кола потребни за интерфејсот што го користи патникот за да ги избере и контролира неговите или нејзините опции за забава при лет, осветлување на седиштата, вентилатор над главата. , електронски контролирано потпирање на седиштата, непроѕирност на сенката на прозорецот и други функции.

За разлика од термозацврстените материјали, на кои им е потребно стврднување за да се добие вкочанетоста, цврстината и обликот што се бара од деловите во кои се направени, молекуларните структури на термопластичните композитни материјали не се менуваат кога се прават делови, според Дион.

Како резултат на тоа, термопластичните материјали се многу поотпорни на фрактури при удар од термозацврстените материјали, додека нудат слична, ако не и поцврста, структурна цврстина и цврстина. „За да можете да дизајнирате [делови] на многу потенки мерачи“, рече Дион, што значи дека термопластичните делови тежат помалку од сите делови што ги заменуваат со терморегулација, дури и покрај дополнителното намалување на тежината што произлегува од фактот дека за термопластичните делови не се потребни метални завртки или прицврстувачи. .

Рециклирањето на термопластични делови исто така треба да се покаже како поедноставен процес од рециклирањето на термозацврстените делови. Со сегашната состојба на технологијата (и уште некое време), неповратните промени во молекуларната структура произведени со стврднување на термозацврстените материјали ја спречуваат употребата на рециклиран материјал за да се направат нови делови со еквивалентна јачина.

Рециклирањето на термозацврстените делови вклучува мелење на јаглеродните влакна во материјалот на мали должини и согорување на смесата од влакна и смола пред да се преработи. Материјалот добиен за повторна обработка е структурно послаб од термозацврстениот материјал од кој е направен рециклираниот дел, така што рециклирањето на термозацврстените делови во нови обично ја претвора „секундарната структура во терциерна“, рече Браун.

Од друга страна, бидејќи молекуларните структури на термопластичните делови не се менуваат во процесите на производство и спојување делови, тие едноставно може да се стопат во течна форма и повторно да се обработат во делови силни како оригиналите, според Дион.

Дизајнерите на авиони можат да изберат од широк избор на различни термопластични материјали достапни за избор при дизајнирање и производство на делови. Достапен е „прилично широк асортиман на смоли“ во кои може да се вградат еднодимензионални филаменти од јаглеродни влакна или дводимензионални ткаенини, создавајќи различни својства на материјалот, рече Дион. „Највозбудливите смоли се смоли со ниска топење“, кои се топат на релативно ниски температури и така може да се обликуваат и формираат на пониски температури.

Различните класи на термопластика исто така нудат различни својства на вкочанетост (висока, средна и низок) и севкупен квалитет, според Дион. Најквалитетните смоли чинат најмногу, а достапноста ја претставува Ахиловата пета за термопластика во споредба со термореактивните материјали. Вообичаено, тие чинат повеќе од терморегулаторите, а производителите на авиони мора да го земат предвид тој факт во нивните пресметки за дизајн на трошоци/бенефиции, рече Браун.

Делумно поради таа причина, GKN Aerospace и другите ќе продолжат да се фокусираат најмногу на термореактивните материјали при производство на големи структурни делови за авиони. Тие веќе користат термопластични материјали нашироко при изработката на помали структурни делови како што се гази, кормила и спојлери. Меѓутоа, наскоро, кога производството со голем обем и евтина цена на лесни термопластични делови ќе стане рутина, производителите ќе ги користат многу пошироко - особено на растечкиот пазар на eVTOL UAM, заклучи Дион.

доаѓаат од ainonline