vijesti

Dugo se oslanjajući na termoreaktivne materijale od ugljičnih vlakana za izradu vrlo jakih kompozitnih strukturnih dijelova za avione, proizvođači originalne opreme za zrakoplovstvo sada prihvaćaju drugu klasu materijala od karbonskih vlakana jer tehnološki napredak obećava automatiziranu proizvodnju novih dijelova koji nisu termoreaktivni uz veliku količinu, niske cijene i lakša težina.

Dok su termoplastični kompozitni materijali od karbonskih vlakana "postojali dugo vremena", tek nedavno su proizvođači svemirskih letjelica mogli razmotriti njihovu široku upotrebu u izradi dijelova aviona, uključujući primarne strukturne komponente, rekao je Stephane Dion, potpredsjednik inženjeringa u odjelu za napredne strukture Collins Aerospacea.

Termoplastični kompoziti od karbonskih vlakana potencijalno nude proizvođačima originalne opreme u zrakoplovstvu nekoliko prednosti u odnosu na termoreaktivne kompozite, ali donedavno proizvođači nisu mogli praviti dijelove od termoplastičnih kompozita po visokim cijenama i po niskim cijenama, rekao je.

U proteklih pet godina, proizvođači originalne opreme počeli su gledati dalje od pravljenja dijelova od termoreaktivnih materijala kako se razvilo stanje nauke o proizvodnji kompozitnih dijelova od karbonskih vlakana, prvo da koriste tehnike infuzije smole i prijenosa smole (RTM) za izradu dijelova za avione, a zatim koristiti termoplastične kompozite.

GKN Aerospace je uložio velika sredstva u razvoj svoje infuzije smole i RTM tehnologije za proizvodnju velikih strukturnih komponenti aviona po pristupačnoj cijeni i po visokim cijenama. GKN sada proizvodi 17 metara dug, jednodijelni kompozitni krak krila koristeći proizvodnju infuzije smole, prema Max Brownu, potpredsjedniku tehnologije za inicijativu za napredne tehnologije Horizon 3 kompanije GKN Aerospace.

Teška ulaganja OEM-a u proizvodnju kompozita u posljednjih nekoliko godina također su uključivala stratešku potrošnju na razvoj sposobnosti kako bi se omogućila proizvodnja termoplastičnih dijelova velikog obima, navodi Dion.

Najznačajnija razlika između termoreaktivnih i termoplastičnih materijala leži u činjenici da se termoreaktivni materijali moraju držati u hladnom skladištu prije nego što se oblikuju u dijelove, a kada se oblikuje, termoreaktivni dio mora proći više sati sušenja u autoklavu. Procesi zahtijevaju mnogo energije i vremena, tako da troškovi proizvodnje termoreaktivnih dijelova ostaju visoki.

Stvrdnjavanje nepovratno mijenja molekularnu strukturu termoreaktivnog kompozita, dajući dijelu njegovu snagu. Međutim, u sadašnjoj fazi tehnološkog razvoja, očvršćavanje 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 su napravljeni u dijelovima. 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 se mogu zavariti na različite načine, što omogućava izradu složenih, visoko oblikovanih dijelova od jednostavnih podstruktura. Danas se uglavnom koristi indukcijsko zavarivanje, koje, prema Dionu, dozvoljava samo izradu ravnih dijelova konstantne debljine od poddijelova. Međutim, Collins razvija tehnike zavarivanja vibracijama i trenjem za spajanje termoplastičnih dijelova, za koje očekuje da će nakon certificiranja na kraju omogućiti proizvodnju "zaista naprednih složenih struktura", rekao je.

Sposobnost zavarivanja termoplastičnih materijala kako bi se napravile složene strukture omogućava proizvođačima da uklone metalne vijke, pričvršćivače i šarke koje su potrebni termoreaktivnim dijelovima za spajanje i preklapanje, čime se postiže smanjenje težine od oko 10 posto, procjenjuje Brown.

Ipak, prema Brownu, termoplastični kompoziti se bolje vežu za metale nego termoreaktivni kompoziti. Dok industrijsko istraživanje i razvoj usmjeren na razvoj praktičnih aplikacija za to termoplastično svojstvo ostaje „na nivou spremnosti za tehnologiju rane zrelosti“, to bi na kraju moglo dozvoliti inžinjerima u svemiru da dizajniraju komponente koje sadrže hibridne termoplastične i metalne integrirane strukture.

Jedna potencijalna aplikacija mogla bi, na primjer, biti jednodijelno, lagano putničko sjedalo u avionu koje sadrži sva metalna kola potrebna za sučelje koje putnik koristi za odabir i kontrolu svojih mogućnosti zabave u letu, osvjetljenje sjedala, nadzemni ventilator , elektronski kontroliran nagib sjedišta, neprozirnost zasjenila prozora i druge funkcije.

Za razliku od termoreaktivnih materijala, kojima je potrebno očvršćavanje kako bi se proizvela krutost, čvrstoća i oblik koji se zahtijeva od dijelova od kojih se prave, molekularne strukture termoplastičnih kompozitnih materijala se ne mijenjaju kada se naprave dijelovi, prema Dionu.

Kao rezultat toga, termoplastični materijali su daleko otporniji na lomove na udar od termoreaktivnih materijala, dok nude sličnu, ako ne i jaču strukturnu žilavost i čvrstoću. „Tako da možete dizajnirati [dijelove] mnogo tanjih mjerača“, rekao je Dion, što znači da termoplastični dijelovi teže manje od svih termoset dijelova koje zamjenjuju, čak i osim dodatnog smanjenja težine koje je rezultat činjenice da termoplastični dijelovi ne zahtijevaju metalne vijke ili pričvršćivače .

Recikliranje termoplastičnih dijelova bi također trebalo biti jednostavniji proces od recikliranja termoset dijelova. U trenutnom stanju tehnologije (i još neko vrijeme koje dolazi), nepovratne promjene u molekularnoj strukturi koje nastaju očvršćavanjem termoreaktivnih materijala sprječavaju upotrebu recikliranog materijala za izradu novih dijelova jednake čvrstoće.

Recikliranje termoset dijelova uključuje mljevenje karbonskih vlakana u materijalu na male dužine i spaljivanje mješavine vlakana i smole prije ponovne obrade. Materijal koji se dobije za ponovnu obradu strukturno je slabiji od termoreaktivnog materijala od kojeg je napravljen reciklirani dio, tako da recikliranje termoreaktivnih dijelova u nove tipično pretvara "sekundarnu strukturu u tercijarnu", rekao je Brown.

S druge strane, budući da se molekularne strukture termoplastičnih dijelova ne mijenjaju u procesima proizvodnje i spajanja dijelova, oni se, prema Dionu, jednostavno mogu rastopiti u tekući oblik i ponovno obraditi u dijelove jake kao originali.

Dizajneri aviona mogu birati između širokog izbora različitih termoplastičnih materijala dostupnih za odabir u projektiranju i proizvodnji dijelova. Dostupan je “prilično širok spektar smola” u koje se mogu ugraditi jednodimenzionalni filamenti od karbonskih vlakana ili dvodimenzionalni tkani proizvodi, dajući različita svojstva materijala, rekao je Dion. „Najuzbudljivije smole su smole niskog taljenja“, koje se tope na relativno niskim temperaturama i tako se mogu oblikovati i formirati na nižim temperaturama.

Različite klase termoplasta također nude različita svojstva krutosti (visoka, srednja i niska) i ukupni kvalitet, prema Dionu. Najkvalitetnije smole koštaju najviše, a pristupačnost predstavlja Ahilovu petu za termoplaste u odnosu na termoreaktivne materijale. Obično koštaju više od termoseta i proizvođači aviona moraju uzeti u obzir tu činjenicu u svojim proračunima dizajna troškova i koristi, rekao je Brown.

Djelomično iz tog razloga, GKN Aerospace i drugi će nastaviti da se najviše fokusiraju na termoreaktivne materijale prilikom proizvodnje velikih strukturnih dijelova za avione. Već naširoko koriste termoplastične materijale u izradi manjih strukturnih dijelova kao što su pramenovi, kormila i spojleri. Uskoro, međutim, kada proizvodnja lakih termoplastičnih dijelova po niskoj cijeni postane rutinska, proizvođači će ih koristiti mnogo šire – posebno na rastućem tržištu eVTOL UAM, zaključio je Dion.

dolaze sa ainonline