novice

Dolgo odvisni od duroplastnih materialov iz ogljikovih vlaken za izdelavo zelo močnih kompozitnih strukturnih delov za letala, proizvajalci originalne opreme v vesolju zdaj sprejemajo drug razred materialov iz ogljikovih vlaken, saj tehnološki napredek obljublja avtomatizirano proizvodnjo novih netermoreaktivnih delov v velikem obsegu, nizkih stroških in manjša teža.

Medtem ko so termoplastični kompozitni materiali iz ogljikovih vlaken »prisotni že dolgo«, so lahko letalski proizvajalci šele pred kratkim razmislili o njihovi široki uporabi pri izdelavi letalskih delov, vključno s primarnimi strukturnimi komponentami, je dejal Stephane Dion, podpredsednik inženiringa v enoti za napredne strukture družbe Collins Aerospace.

Termoplastični kompoziti iz ogljikovih vlaken potencialno ponujajo proizvajalcem originalne opreme v vesolju več prednosti pred duroplastnimi kompoziti, vendar do nedavnega proizvajalci niso mogli izdelovati delov iz termoplastičnih kompozitov z visokimi stopnjami in nizkimi stroški, je dejal.

V zadnjih petih letih so proizvajalci originalne opreme začeli gledati dlje od izdelave delov iz duroplastnih materialov, ko se je razvila znanost o proizvodnji kompozitnih delov iz ogljikovih vlaken, najprej za uporabo tehnik vlivanja smole in vlivanja s smolo (RTM) za izdelavo delov letal, nato pa za uporabo termoplastičnih kompozitov.

GKN Aerospace je veliko vložil v razvoj svoje tehnologije za vlivanje smole in RTM za izdelavo strukturnih komponent velikih letal po ugodnih cenah in po visokih cenah. GKN zdaj izdeluje 17-metrsko enodelno kompozitno krilo za krilo z uporabo proizvodnje z vlivanjem smole, pravi Max Brown, podpredsednik tehnologije za pobudo GKN Aerospace za napredne tehnologije Horizon 3.

Velike naložbe proizvajalcev originalne opreme v proizvodnjo kompozitov v zadnjih nekaj letih so vključevale tudi strateško porabo za razvoj zmogljivosti za omogočanje obsežne proizvodnje termoplastičnih delov, pravi Dion.

Najpomembnejša razlika med duroplastnimi in termoplastičnimi materiali je v dejstvu, da je treba duroplastne materiale hraniti v hladilnici, preden jih oblikujemo v dele, in ko se oblikuje, se mora duroplastni del več ur strjevati v avtoklavu. Procesi zahtevajo veliko energije in časa, zato proizvodni stroški duroplastnih delov ostajajo visoki.

Strjevanje nepovratno spremeni molekularno strukturo duroplastnega kompozita, kar daje delu trdnost. Vendar pa na trenutni stopnji tehnološkega razvoja utrjevanje povzroči tudi, da material v delu postane neprimeren za ponovno uporabo v primarni strukturni komponenti.

Vendar pa termoplastični materiali ne potrebujejo hladilnega shranjevanja ali pečenja, ko so izdelani v dele, pravi Dion. Lahko jih vtisnete v končno obliko preprostega dela – vsak nosilec za okvirje trupa letala Airbus A350 je termoplastični kompozitni del – ali v vmesno stopnjo bolj zapletene komponente.

Termoplastične materiale je mogoče zvariti skupaj na različne načine, kar omogoča izdelavo kompleksnih, zelo oblikovanih delov iz preprostih podkonstrukcij. Danes se v glavnem uporablja indukcijsko varjenje, ki omogoča izdelavo ravnih delov s konstantno debelino iz poddelov, pravi Dion. Vendar pa Collins razvija tehnike varjenja z vibracijami in trenjem za spajanje termoplastičnih delov, za katere pričakuje, da bodo po pridobitvi certifikata sčasoma omogočili izdelavo "resnično naprednih kompleksnih struktur", je dejal.

Zmožnost varjenja termoplastičnih materialov za izdelavo zapletenih struktur proizvajalcem omogoča, da odpravijo kovinske vijake, pritrdilne elemente in tečaje, ki jih potrebujejo duroplastični deli za spajanje in zlaganje, s čimer ustvarijo približno 10-odstotno zmanjšanje teže, ocenjuje Brown.

Kljub temu se termoplastični kompoziti bolje vežejo na kovine kot duroplastni kompoziti, pravi Brown. Medtem ko industrijske raziskave in razvoj, katerih cilj je razvoj praktičnih aplikacij za to termoplastično lastnost, ostajajo "na ravni pripravljenosti za zgodnjo zrelost tehnologije", bi lahko vesoljski inženirji sčasoma omogočili načrtovanje komponent, ki vsebujejo hibridne termoplastične in kovinske integrirane strukture.

Ena od potencialnih aplikacij bi lahko bil na primer enodelni lahki potniški sedež v letalu, ki vsebuje vsa kovinska vezja, ki so potrebna za vmesnik, ki ga potnik uporablja za izbiro in nadzor svojih možnosti za zabavo med letom, osvetlitev sedeža, ventilator nad glavo , elektronsko krmiljen naklon sedeža, motnost senčila in druge funkcije.

Za razliko od duroplastičnih materialov, ki potrebujejo strjevanje, da ustvarijo togost, trdnost in obliko, zahtevano od delov, v katere so izdelani, se molekularne strukture termoplastičnih kompozitnih materialov ne spremenijo, ko so izdelani v dele, pravi Dion.

Posledično so termoplastični materiali ob udarcih veliko bolj odporni na lomljenje kot duroplastični materiali, hkrati pa ponujajo podobno, če ne močnejšo strukturno žilavost in moč. "Tako lahko oblikujete [dele] na veliko tanjše merilnike," je dejal Dion, kar pomeni, da termoplastični deli tehtajo manj kot kateri koli duroplastični deli, ki jih zamenjajo, tudi razen dodatnega zmanjšanja teže, ki je posledica dejstva, da termoplastični deli ne potrebujejo kovinskih vijakov ali pritrdilnih elementov. .

Recikliranje termoplastičnih delov bi moralo biti tudi enostavnejši postopek kot recikliranje duroplastičnih delov. Pri trenutnem stanju tehnologije (in še nekaj časa) nepopravljive spremembe v molekularni strukturi, ki nastanejo pri strjevanju duroplastnih materialov, preprečujejo uporabo recikliranega materiala za izdelavo novih delov enakovredne trdnosti.

Recikliranje duroplastnih delov vključuje mletje ogljikovih vlaken v materialu na majhne dolžine in žganje mešanice vlaken in smole pred ponovno obdelavo. Material, pridobljen za ponovno obdelavo, je strukturno šibkejši od duroplastnega materiala, iz katerega je bil narejen reciklirani del, zato recikliranje duroplastnih delov v nove običajno spremeni "sekundarno strukturo v terciarno", je dejal Brown.

Po drugi strani, ker se molekularne strukture termoplastičnih delov ne spremenijo v postopkih izdelave delov in spajanja delov, jih je mogoče preprosto stopiti v tekočo obliko in ponovno predelati v dele, ki so tako močni kot originali, pravi Dion.

Oblikovalci letal lahko izbirajo med širokim izborom različnih termoplastičnih materialov, ki so na voljo pri načrtovanju in izdelavi delov. Na voljo je "precej široka paleta smol", v katere je mogoče vgraditi enodimenzionalne filamente iz ogljikovih vlaken ali dvodimenzionalne vezave, ki proizvajajo različne lastnosti materiala, je dejal Dion. "Najbolj vznemirljive smole so smole z nizkim tališčem," ki se stopijo pri relativno nizkih temperaturah in jih je zato mogoče oblikovati in oblikovati pri nižjih temperaturah.

Različni razredi termoplastov ponujajo tudi različne lastnosti togosti (visoke, srednje in nizke) in splošno kakovost, pravi Dion. Najbolj kakovostne smole stanejo največ, cenovna dostopnost pa je Ahilova peta za termoplaste v primerjavi z duroplastnimi materiali. Običajno stanejo več kot duroplasti in proizvajalci letal morajo to dejstvo upoštevati pri svojih izračunih stroškov in koristi, je dejal Brown.

Delno iz tega razloga se bodo GKN Aerospace in drugi še naprej najbolj osredotočali na duroplastne materiale pri izdelavi velikih strukturnih delov za letala. Termoplastične materiale že na veliko uporabljajo pri izdelavi manjših strukturnih delov, kot so osi, krmila in spojlerji. Kmalu pa, ko bo obsežna in poceni proizvodnja lahkih termoplastičnih delov postala rutina, jih bodo proizvajalci uporabljali veliko širše – zlasti na rastočem trgu eVTOL UAM, je zaključil Dion.

prihajajo iz ainonline