uutiset

Pitkä riippuvainen lämpökovettuneista hiilikuitumateriaaleista erittäin vahvojen komposiittien rakenteellisten osien valmistamiseksi ilma-aluksen, ilmailualan valmistajat omaksuvat nyt toisen luokan hiilikuitumateriaaleja, koska teknologinen kehitys lupaa automatisoidun uusien muiden kuin termoset-osien valmistuksen suurella määrällä, alhaisella kustannuksella ja ja alhaiset kustannukset ja kevyempi paino.

Vaikka termoplastiset hiilikuitukomposiittimateriaalit ovat "olleet noin pitkään", vasta äskettäin pystyivät ilmailu- ja avaruusteollisuuden valmistajat harkitsemaan niiden laajaa käyttöä lentokoneiden osien valmistuksessa, mukaan lukien ensisijaiset rakenteelliset komponentit, sanoi Stephane Dion, VP-tekniikka Collins Aerospace's Advanced Structures -yksikössä.

Termoplastiset hiilikuitukomposiitit tarjoavat potentiaalisesti ilmailu- ja avaruusvaltuuksia useita etuja verrattuna termosettikomposiitteihin, mutta viime aikoihin saakka valmistajat eivät pystyneet tekemään osia kestomuovisista komposiitteista korkeilla hinnoilla ja edullisin kustannuksin, hän sanoi.

Viimeisen viiden vuoden aikana OEM-valmistajat ovat alkaneet katsoa, ​​että termalsettimateriaalien osien tekeminen, kun hiilikuitukomposiittiosan tuotantotieteen tila kehitettiin ensin käyttämään hartsi-infuusio- ja hartsinsiirtomuovaustekniikoita (RTM) lentokoneiden osien valmistamiseksi ja sitten sitten Termoplastisten komposiittien käyttäminen.

GKN Aerospace on investoinut voimakkaasti hartsi-infuusionsa ja RTM-tekniikan kehittämiseen suurten lentokoneiden rakenteellisten komponenttien valmistukseen edullisesti ja korkealla hinnalla. GKN tekee nyt 17 metrin pituisen, yksiosaisen komposiitti-siipien Spararin käyttämällä hartsi-infuusiovalmistusta, mukaan GKN Aerospace's Horizon 3 Advanced-Technologies -aloitteen tekniikan johtaja Max Brown.

Dionin mukaan OEMS: n raskaat komposiittivalmistusinvestoinnit ovat viime vuosina myös sisältäneet strategisesti kehitysmahdollisuuksien käyttämistä kestomuovisten osien suuren määrän valmistuksen sallimiseksi, Dionin mukaan.

Huomattavin ero termosettin ja kestomuovisten materiaalien välillä on siinä tosiasiassa, että termosettimateriaalit on pidettävä kylmässä varastossa ennen kuin ne on muotoiltu osiin, ja kun ne on muotoiltu, termosettiosa on kovettava useita tunteja autoklaavessa. Prosessit vaativat paljon energiaa ja aikaa, joten termuovikkeiden osien tuotantokustannukset ovat yleensä korkeat.

Kovettuminen muuttaa lämpökovettumisen komposiitin molekyylirakennetta peruuttamattomasti antaen osalle sen lujuuden. Teknologisen kehityksen nykyisessä vaiheessa kovettuminen tekee kuitenkin osassa myös materiaalista, joka ei sovellu uudelleenkäyttöön ensisijaisessa rakenteellisessa komponentissa.

Thermoplastiset materiaalit eivät kuitenkaan vaadi kylmää varastointia tai leivotusta osiin, Dionin mukaan. Ne voidaan leimata yksinkertaisen osan lopulliseen muotoon - kaikki Airbus A350: n runkokehyksien kiinnike on kestomuovinen komposiittiosa - tai monimutkaisemman komponentin välivaiheeseen.

Termoplastiset materiaalit voidaan hitsata yhteen eri tavoin, jolloin monimutkaiset, erittäin muotoiset osat voidaan valmistaa yksinkertaisista alarakenteista. Nykyään käytetään induktiohitsausta, mikä mahdollistaa vain tasaisten, vakiopaksujen osien valmistamisen alaosista, Dionin mukaan. Collins kehittää kuitenkin värähtely- ja kitkahitsaustekniikoita termoplastisten osien liittymiseen, jotka sen jälkeen kun se on odottanut, antaa sen lopulta tuottaa ”todella edistyneitä monimutkaisia ​​rakenteita", hän sanoi.

Kyky hitsata yhteen kestomuovisia materiaaleja monimutkaisten rakenteiden valmistamiseksi antaa valmistajille mahdollisuuden poistaa metalliruuvit, kiinnittimet ja saranat, joita termalakalvoosat vaativat liittymistä ja taittamista varten, luomalla siten noin 10 prosentin painon vähentämisetu, ruskeat arviot.

Silti termoplastiset komposiitit sitoutuvat paremmin metalleihin kuin termuovikomposiitit, Brownin mukaan. Vaikka teollisuustutkimus ja kehitys, jonka tavoitteena on kehittää käytännöllisiä sovelluksia kyseiselle kestomuoviselle ominaisuudelle, pysyy ”varhaisen kypsyysteknologian valmiustasolla”, se saattaa lopulta antaa ilmailualan insinöörien suunnittelukomponentit, jotka sisältävät hybridi-kestomuovisia ja metallisia integroituja rakenteita.

Yksi potentiaalinen sovellus voisi olla esimerkiksi yksiosainen, kevyt lentokoneen matkustajaistuin, joka sisältää kaikki matkustajan käyttämälle rajapinnalle tarvittavat metallipohjaiset piirit lentovalaisimien, istuimen valaistuksen, ylätuulettimen valitsemiseen ja hallintaan , sähköisesti ohjattu istuimen kallistus, ikkunan sävyn opasiteetti ja muut toiminnot.

Toisin kuin termosettimateriaalit, jotka tarvitsevat kovettamista niiden osien jäykkyyden, lujuuden ja muodon aikaansaamiseksi, termoplastisten komposiittimateriaalien molekyylirakenteet eivät muutu osiin, Dionin mukaan.

Seurauksena on, että termoplastiset materiaalit ovat paljon murtumien kestäviä iskuihin kuin termosettimateriaalit tarjoavat samalla samanlaisia, ellei voimakkaampia, rakenteellista sitkeyttä ja lujuutta. "Joten voit suunnitella [osat] paljon ohuemmille mittareille", sanoi Dion, mikä tarkoittaa, että kestomuoviset osat painaavat vähemmän kuin mikään lämpökovettuneiden osia, lukuun ottamatta tosiasiasta johtuvia lisäpainon alennuksia, jotka johtuvat siitä, .

Talmoplastisten osien kierrätyksen tulisi myös todistaa yksinkertaisempi prosessi kuin lämpökovososien kierrätys. Nykyisessä tekniikan tilassa (ja jonkin aikaa tulevan ajan) peruuttamattomat molekyylirakenteen muutokset, jotka on tuotettu termosettimateriaalien parantamisella, estävät kierrätetyn materiaalin käytön vastaavan lujuuden uusien osien valmistamiseksi.

Lämpökovettuvien osien kierrätys sisältää materiaalin hiilikuitujen jauhamisen pieniksi pituuksiin ja kuitu- ja harrassi-seoksen polttaminen ennen sen uudelleenkäsittelyä. Uudelleenkäsittelyä varten saatu materiaali on rakenteellisesti heikompi kuin termuovit -materiaali, josta kierrätysosa tehtiin, joten lämpökovesosien kierrätys uusiksi muuttuu tyypillisesti ”toissijaisesta rakenteesta tertiääriseksi”, sanoi Brown.

Toisaalta, koska termoplastisten osien molekyylirakenteet eivät muutu osien valmistus- ja osien liittymisprosesseissa, ne voidaan yksinkertaisesti sulattaa nestemäiseen muotoon ja kopioida Dionin mukaan uudelleen yhtä voimakkaita osiin kuin alkuperäiset.

Ilma -aluksen suunnittelijat voivat valita laajasta valikoimasta erilaisia ​​termoplastisia materiaaleja, joista valitaan suunnittelu- ja valmistusosissa. "Melko laaja hartsia" on saatavana, joihin yksiulotteiset hiilikuitufilamentit tai kaksiulotteiset kudokset voidaan upottaa, tuottaen erilaisia ​​materiaaliominaisuuksia, Dion sanoi. ”Mielenkiintoisimmat hartsit ovat alhaisen sulan hartsit”, jotka sulavat suhteellisen alhaisissa lämpötiloissa ja jotka voidaan muotoilla ja muodostaa alhaisemmissa lämpötiloissa.

Erilaiset kestomuovit tarjoavat myös erilaisia ​​jäykkyysominaisuuksia (korkea, keskipitkä ja matala) ja yleinen laatu, Dionin mukaan. Korkein laadun hartsit maksavat eniten, ja kohtuuhintaisuus edustaa Achilles-kantapäätä kestomuovisten suhteen verrattuna termosettimateriaaleihin. Tyypillisesti ne maksavat enemmän kuin termosetit, ja lentokoneiden valmistajien on harkittava tätä tosiasiaa kustannus-/hyötyjen suunnittelulaskelmissaan, Brown sanoi.

Osittain tästä syystä GKN Aerospace ja muut keskittyvät edelleen eniten termosettimateriaaleihin valmistettaessa lentokoneiden suuria rakenteellisia osia. He käyttävät jo kestomuovisia materiaaleja laajasti pienempien rakenteellisten osien, kuten denpennien, peräsien ja spoilerien valmistuksessa. Pian, kun kevyiden kestomuovisten osien korkean määrän, halpavalmistus tulee rutiiniksi, valmistajat käyttävät niitä paljon laajemmin-etenkin kasvavien EVTOL UAM -markkinoiden kanssa, päätti Dionin.

tulla Ainonline