zprávy

Letečtí OEM, dlouho závislí na termosetových materiálech z uhlíkových vláken při výrobě velmi pevných kompozitních konstrukčních dílů pro letadla, nyní přijímají další třídu materiálů z uhlíkových vláken, protože technologický pokrok slibuje automatizovanou výrobu nových netermosetových dílů ve velkém objemu, s nízkou cenou a lehčí hmotnost.

Zatímco termoplastické kompozitní materiály s uhlíkovými vlákny „existují již dlouhou dobu“, teprve nedávno mohli výrobci letectví zvážit jejich široké využití při výrobě součástí letadel, včetně primárních konstrukčních součástí, řekl Stephane Dion, viceprezident pro inženýrství v oddělení Advanced Structures společnosti Collins Aerospace.

Termoplastické kompozity z uhlíkových vláken potenciálně nabízejí výrobcům OEM v letectví několik výhod oproti termosetovým kompozitům, ale až donedávna nemohli výrobci vyrábět díly z termoplastických kompozitů při vysokých rychlostech a za nízkou cenu, řekl.

V posledních pěti letech se výrobci OEM začali dívat dál, než na výrobu dílů z termosetových materiálů, jak se vyvinula věda o výrobě kompozitních dílů z uhlíkových vláken, nejprve k výrobě dílů letadel používají infuzi pryskyřice a techniky přenosu pryskyřice (RTM) a poté používat termoplastické kompozity.

Společnost GKN Aerospace investovala značné prostředky do vývoje své technologie infuze pryskyřice a RTM pro výrobu konstrukčních součástí velkých letadel za dostupnou cenu a za vysoké ceny. Společnost GKN nyní vyrábí 17 metrů dlouhý, jednodílný kompozitní nosník křídla pomocí výroby infuzí pryskyřice, podle Maxe Browna, viceprezidenta technologie pro iniciativu GKN Aerospace Horizon 3 pro pokročilé technologie.

Velké investice výrobců OEM do výroby kompozitů v posledních několika letech také zahrnovaly strategické výdaje na rozvoj schopností umožňujících velkoobjemovou výrobu termoplastických dílů, uvádí Dion.

Nejpozoruhodnější rozdíl mezi termosetovými a termoplastickými materiály spočívá ve skutečnosti, že termosetové materiály musí být před tvarováním do částí skladovány v chladu, a jakmile jsou vytvarovány, musí termosetová část podstoupit vytvrzování po mnoho hodin v autoklávu. Procesy vyžadují velké množství energie a času, a tak výrobní náklady termosetových dílů mají tendenci zůstat vysoké.

Vytvrzování nevratně mění molekulární strukturu termosetového kompozitu a dává dílu jeho pevnost. V současné fázi technologického vývoje však vytvrzování také činí materiál v dílu nevhodným pro opětovné použití v primárním konstrukčním prvku.

Termoplastické materiály však nevyžadují skladování v chladu nebo pečení, když jsou vyrobeny na díly, podle Dion. Mohou být vylisovány do konečného tvaru jednoduchého dílu – každý držák pro rámy trupu v Airbusu A350 je termoplastický kompozitní díl – nebo do mezistupně složitější komponenty.

Termoplastické materiály lze svařovat různými způsoby, což umožňuje výrobu složitých, vysoce tvarovaných dílů z jednoduchých spodních konstrukcí. Dnes se používá hlavně indukční svařování, které podle Dion umožňuje vyrábět pouze ploché díly konstantní tloušťky z dílčích dílů. Collins však vyvíjí techniky vibračního a třecího svařování pro spojování termoplastických dílů, od kterých očekává, že jakmile budou certifikovány, nakonec jí umožní vyrábět „skutečně pokročilé složité struktury,“ řekl.

Schopnost svařovat termoplastické materiály za účelem vytváření složitých struktur umožňuje výrobcům zbavit se kovových šroubů, spojovacích prvků a závěsů, které vyžadují termosetové díly pro spojování a skládání, a tím vytváří výhodu snížení hmotnosti o přibližně 10 procent, odhaduje Brown.

Přesto se termoplastické kompozity lepí na kovy lépe než termosetové kompozity, tvrdí Brown. Zatímco průmyslový výzkum a vývoj zaměřený na vývoj praktických aplikací pro tuto termoplastickou vlastnost zůstává „na úrovni připravenosti technologie v rané zralosti“, může nakonec leteckým inženýrům umožnit navrhnout součásti, které obsahují hybridní termoplastické a kovové integrované struktury.

Jednou z potenciálních aplikací by například mohlo být jednodílné lehké sedadlo spolujezdce v letadle obsahující všechny kovové obvody potřebné pro rozhraní používané cestujícím k výběru a ovládání možností zábavy v letadle, osvětlení sedadla, stropního ventilátoru. , elektronicky řízené sklápění sedadla, neprůhlednost okenního stínítka a další funkce.

Na rozdíl od termosetových materiálů, které potřebují vytvrzení, aby vytvořily tuhost, pevnost a tvar požadovaný od dílů, do kterých se vyrábějí, se molekulární struktury termoplastických kompozitních materiálů při výrobě dílů podle Dion nemění.

V důsledku toho jsou termoplastické materiály mnohem odolnější proti zlomení při nárazu než termosetové materiály, přičemž nabízejí podobnou, ne-li silnější, strukturální houževnatost a pevnost. „Takže můžete navrhovat [díly] na mnohem tenčí rozměry,“ řekl Dion, což znamená, že termoplastické díly váží méně než jakékoli termosetové díly, které nahrazují, a to i bez dalšího snížení hmotnosti vyplývajícího ze skutečnosti, že termoplastické díly nevyžadují kovové šrouby nebo spojovací prvky. .

Recyklace termoplastických dílů by se také měla ukázat jako jednodušší proces než recyklace termosetových dílů. Při současném stavu technologie (a ještě nějakou dobu v budoucnu) nevratné změny v molekulární struktuře způsobené vytvrzováním termosetových materiálů brání použití recyklovaného materiálu k výrobě nových dílů stejné pevnosti.

Recyklace termosetových dílů zahrnuje rozmělnění uhlíkových vláken v materiálu na malé délky a spálení směsi vláken a pryskyřice před jejím dalším zpracováním. Materiál získaný pro přepracování je strukturálně slabší než termosetový materiál, ze kterého byla vyrobena recyklovaná část, takže recyklace termosetových částí na nové obvykle změní „sekundární strukturu na terciární,“ řekl Brown.

Na druhou stranu, protože se molekulární struktury termoplastických dílů v procesech výroby dílů a spojování dílů nemění, lze je podle Diona jednoduše roztavit do tekuté formy a znovu zpracovat na díly stejně pevné jako originály.

Konstruktéři letadel si mohou vybrat ze širokého výběru různých termoplastických materiálů, ze kterých si mohou vybrat při navrhování a výrobě dílů. K dispozici je „celkem široká škála pryskyřic“, do kterých lze zabudovat jednorozměrná vlákna z uhlíkových vláken nebo dvourozměrné vazby, čímž se získají různé materiálové vlastnosti, řekl Dion. „Nejvíc vzrušující pryskyřice jsou nízkotavitelné pryskyřice“, které se taví při relativně nízkých teplotách a lze je tak tvarovat a tvarovat při nižších teplotách.

Různé třídy termoplastů také nabízejí různé vlastnosti tuhosti (vysoká, střední a nízká) a celkovou kvalitu, podle Dion. Nejkvalitnější pryskyřice stojí nejvíce a cenová dostupnost představuje Achillovu patu termoplastů ve srovnání s termosety. Obvykle stojí více než termosety a výrobci letadel musí tuto skutečnost zohlednit ve svých výpočtech nákladů a přínosů, řekl Brown.

Částečně z tohoto důvodu se GKN Aerospace a další budou při výrobě velkých konstrukčních dílů pro letadla i nadále nejvíce zaměřovat na termosetové materiály. Při výrobě menších konstrukčních dílů, jako jsou ocasní plochy, kormidla a spoilery, již široce používají termoplastické materiály. Brzy však, když se velkoobjemová a nízkonákladová výroba lehkých termoplastických dílů stane rutinou, výrobci je začnou používat mnohem více – zejména na rostoucím trhu eVTOL UAM, uzavřel Dion.

pocházejí z ainonline