uutiset

Ilmailu- ja avaruusteollisuuden OEM-valmistajat ovat pitkään olleet riippuvaisia ​​lämpökovettuvista hiilikuitumateriaaleista erittäin vahvojen komposiittirakenneosien valmistamisessa lentokoneita varten, ja ne omaksuvat nyt toisen luokan hiilikuitumateriaaleja, kun teknologinen kehitys lupaa uusien ei-termoskovettuvien osien automaattisen valmistuksen suurella volyymilla, alhaisin kustannuksin ja kevyempi paino.

Vaikka termoplastiset hiilikuitukomposiittimateriaalit "ovat olleet olemassa jo kauan", ilmailualan valmistajat saattoivat vasta äskettäin harkita niiden laajaa käyttöä lentokoneiden osien valmistuksessa, mukaan lukien ensisijaiset rakennekomponentit, sanoi Stephane Dion, Collins Aerospacen Advanced Structures -yksikön johtaja.

Termoplastiset hiilikuitukomposiitit tarjoavat mahdollisesti ilmailu- ja avaruusteollisuuden OEM-valmistajille useita etuja kertamuovikomposiitteihin verrattuna, mutta viime aikoihin asti valmistajat eivät voineet valmistaa osia kestomuovikomposiiteista suurella nopeudella ja alhaisin kustannuksin, hän sanoi.

Viimeisten viiden vuoden aikana OEM-valmistajat ovat alkaneet katsoa pidemmälle kuin osien valmistaminen lämpökovettuvista materiaaleista, kun hiilikuitukomposiittiosien valmistustiede kehittyi. Ensin on käytetty hartsin infuusio- ja hartsinsiirtomuovaustekniikoita (RTM) lentokoneiden osien valmistukseen, ja sitten käyttää termoplastisia komposiitteja.

GKN Aerospace on investoinut voimakkaasti hartsi-infuusio- ja RTM-teknologiansa kehittämiseen suurten lentokoneiden rakenneosien valmistukseen edullisesti ja suurella nopeudella. GKN valmistaa nyt 17 metriä pitkän, yksiosaisen komposiittisiipivarren käyttämällä hartsi-infuusiovalmistusta, kertoo Max Brownin, GKN Aerospacen Horizon 3 -edenneiden tekniikoiden aloitteen teknologiajohtaja.

Dionin mukaan OEM-valmistajien voimakkaat komposiittivalmistusinvestoinnit ovat viime vuosina sisältäneet myös strategisia investointeja kykyjen kehittämiseen, jotta kestomuoviosien tuotanto voidaan tehdä suuria määriä.

Merkittävin ero kertamuovimateriaalien ja kestomuovimateriaalien välillä piilee siinä, että kertamuovimateriaalit on säilytettävä kylmässä ennen kuin ne muotoillaan osiin, ja kun kertamuovi on muotoiltu, sen on kovetettava useita tunteja autoklaavissa. Prosessit vaativat paljon energiaa ja aikaa, joten lämpökovettuvien osien tuotantokustannukset pysyvät korkeina.

Kovetus muuttaa kertamuovikomposiitin molekyylirakennetta peruuttamattomasti antaen osalle sen lujuuden. Kuitenkin nykyisessä teknologian kehitysvaiheessa kovettaminen tekee myös osan materiaalista sopimattoman uudelleenkäytettäväksi ensisijaisessa rakennekomponentissa.

Dionin mukaan kestomuovimateriaalit eivät kuitenkaan vaadi kylmäsäilytystä tai paistamista, kun ne on valmistettu osiksi. Ne voidaan leimata yksinkertaisen osan lopulliseen muotoon – jokainen Airbus A350:n rungon rungon kiinnike on termoplastinen komposiittiosa – tai monimutkaisemman komponentin välivaiheeseen.

Termoplastiset materiaalit voidaan hitsata yhteen eri tavoin, jolloin yksinkertaisista alirakenteista voidaan valmistaa monimutkaisia, erittäin muotoiltuja osia. Nykyään käytetään pääasiassa induktiohitsausta, joka mahdollistaa Dionin mukaan vain tasaisten, vakiopaksuisten osien valmistamisen alaosista. Collins kuitenkin kehittää tärinä- ja kitkahitsaustekniikoita kestomuoviosien liittämiseen, joiden sertifioinnin jälkeen se odottaa lopulta mahdollistavan "todella edistyneitä monimutkaisia ​​rakenteita", hän sanoi.

Kyky hitsata yhteen kestomuovimateriaaleja monimutkaisten rakenteiden muodostamiseksi antaa valmistajille mahdollisuuden luopua metalliruuvit, kiinnikkeet ja saranat, joita lämpökovettuvat osat tarvitsevat liittämiseen ja taittamiseen, jolloin saadaan noin 10 prosentin painonpudotushyöty, Brown arvioi.

Silti termoplastiset komposiitit sitoutuvat paremmin metalleihin kuin kertamuovikomposiitit Brownin mukaan. Vaikka teollinen tutkimus- ja kehitystyö, jonka tarkoituksena on kehittää käytännön sovelluksia tälle kestomuoviselle ominaisuudelle, pysyy "teknologian varhaisen kypsyysvalmiuden tasolla", se saattaa lopulta antaa ilmailu- ja avaruusinsinöörien suunnitella komponentteja, jotka sisältävät integroituja kestomuovin ja metallin hybridirakenteita.

Yksi mahdollinen sovellus voisi olla esimerkiksi yksiosainen, kevyt matkustajan istuin, joka sisältää kaikki metallipohjaiset piirit, joita matkustajan käyttämä käyttöliittymä voi valita ja ohjata lennon viihdevaihtoehtoja, istuinvalaistusta, tuuletinta. , elektronisesti ohjattu istuimen kallistus, ikkunavarjostimen peittävyys ja muut toiminnot.

Toisin kuin kertamuovimateriaalit, jotka tarvitsevat kovettumista tuottaakseen osista, joihin ne valmistetaan, vaaditun jäykkyyden, lujuuden ja muodon, Dionin mukaan termoplastisten komposiittimateriaalien molekyylirakenteet eivät muutu, kun ne tehdään osiin.

Tämän seurauksena kestomuovimateriaalit ovat paljon kestävämpiä iskuja murtumaan kuin kertamuovimateriaalit samalla kun ne tarjoavat samanlaista, ellei vahvempaa, rakenteellista sitkeyttä ja lujuutta. "Joten voit suunnitella [osia] paljon ohuempiin mittoihin", sanoi Dion, mikä tarkoittaa, että kestomuoviosat painavat vähemmän kuin mitkään kertamuoviosat, jotka ne korvaavat, jopa lukuun ottamatta ylimääräisiä painonpudotuksia, jotka johtuvat siitä, että kestomuoviosat eivät vaadi metalliruuveja tai kiinnikkeitä. .

Termoplastisten osien kierrätyksen pitäisi myös osoittautua yksinkertaisemmaksi prosessiksi kuin kertamuoviosien kierrättäminen. Nykyisellä tekniikan tasolla (ja vielä jonkin aikaa) kovettuvien lämpökovettuvien materiaalien aiheuttamat peruuttamattomat muutokset molekyylirakenteessa estävät kierrätysmateriaalin käytön uusien, yhtä vahvojen osien valmistuksessa.

Lämpökovettuvien osien kierrätykseen kuuluu materiaalissa olevien hiilikuitujen jauhaminen pieniksi paloiksi ja kuitu-hartsiseoksen polttaminen ennen sen uudelleenkäsittelyä. Jälleenkäsittelyyn saatu materiaali on rakenteellisesti heikompaa kuin kertamuovimateriaali, josta kierrätysosa valmistettiin, joten kertamuoviosien kierrättäminen uusiksi tyypillisesti muuttaa "sekundaarirakenteen tertiääriseksi", Brown sanoi.

Toisaalta, koska kestomuoviosien molekyylirakenteet eivät muutu osien valmistus- ja osien liitosprosesseissa, ne voidaan Dionin mukaan yksinkertaisesti sulattaa nestemäiseen muotoon ja käsitellä uudelleen yhtä vahvoiksi osiksi kuin alkuperäiset.

Lentokonesuunnittelijat voivat valita laajasta valikoimasta erilaisia ​​termoplastisia materiaaleja, joista valita osien suunnittelussa ja valmistuksessa. Saatavilla on "melko laaja valikoima hartseja", joihin voidaan upottaa yksiulotteisia hiilikuitufilamentteja tai kaksiulotteisia kudoksia, jolloin saadaan erilaisia ​​materiaaliominaisuuksia, Dion sanoi. "Järkittävimmät hartsit ovat matalassa sulavat hartsit", jotka sulavat suhteellisen alhaisissa lämpötiloissa ja voidaan siten muotoilla ja muodostaa alemmissa lämpötiloissa.

Eri luokat kestomuovit tarjoavat myös erilaisia ​​​​jäykkyysominaisuuksia (korkea, keskikokoinen ja matala) ja yleislaatua Dionin mukaan. Laadukkaimmat hartsit maksavat eniten, ja edullisuus edustaa kestomuovien akilleen kantapäätä verrattuna kertamuoviin. Tyypillisesti ne maksavat enemmän kuin kertamuovit, ja lentokoneiden valmistajien on otettava tämä huomioon kustannus-hyöty-suunnittelulaskelmissaan, Brown sanoi.

Osittain tästä syystä GKN Aerospace ja muut keskittyvät jatkossakin eniten lämpökovettuviin materiaaleihin valmistaessaan suuria lentokoneiden rakenneosia. He käyttävät jo nyt laajasti kestomuovimateriaaleja pienempien rakenneosien, kuten emennasien, peräsimien ja spoilereiden, valmistuksessa. Pian kuitenkin, kun kevyiden kestomuoviosien suuri volyymi ja edullinen valmistus tulee rutiiniksi, valmistajat alkavat käyttää niitä paljon laajemmin – erityisesti nousevilla eVTOL UAM -markkinoilla, Dion totesi.

tulevat ainonlinesta