nyheder

Langt afhængig af termoset kulfibermaterialer til at fremstille meget stærke sammensatte strukturelle dele til fly, luftfartsselskaber omfavner nu en anden klasse af kulfibermaterialer, når teknologiske fremskridt lover automatiseret fremstilling af nye ikke-termohærde dele til høje volumen, lave omkostninger og lettere vægt.

Mens termoplastiske carbon-fiber-kompositmaterialer "har været i lang tid", kunne først for nylig luftfartsproducenter overveje deres udbredte anvendelse til fremstilling af flydele, inklusive primære strukturelle komponenter, sagde Stephane Dion, VP Engineering hos Collins Aerospace's Advanced Structures Unit.

Termoplastiske carbonfiberkompositter tilbyder potentielt rumfarts-OEM'er flere fordele i forhold til termohærdende kompositter, men indtil for nylig kunne producenter ikke gøre dele ud af termoplastiske kompositter til høje satser og til lave omkostninger, sagde han.

I de sidste fem år er OEM'er begyndt at se ud over at fremstille dele fra ThermoSet-materialer, da tilstanden af ​​carbon-fiber-sammensatte delfremstillingsvidenskab udviklede at anvende termoplastiske kompositter.

GKN Aerospace har investeret meget i at udvikle sin harpiks-infusion og RTM-teknologi til fremstilling af store luftfartøjskomponenter overkommelige og til høje satser. GKN fremstiller nu en 17 meter lang, enkelt-stykke sammensat vingespar ved hjælp af harpiksinfusionsfremstilling, ifølge Max Brown, VP for teknologi til GKN Aerospace's Horizon 3 Advanced-Technologies Initiative.

OEMS 'tunge kompositfremstillingsinvesteringer i de sidste par år har også inkluderet at bruge strategisk på at udvikle kapaciteter til at muliggøre fremstilling af termoplastiske dele med høj volumen, ifølge Dion.

Den mest bemærkelsesværdige forskel mellem termohærdet og termoplastiske materialer ligger i det faktum, at termosætmaterialer skal opbevares i koldopbevaring, før de er formet til dele, og når den først er formet, skal en termosetdel gennemgå hærdning i mange timer i en autoklav. Processerne kræver en hel del energi og tid, og således er produktionsomkostningerne for termohærdende dele en tendens til at forblive høje.

Hærdning ændrer molekylstrukturen af ​​en termosæt sammensat irreversibelt, hvilket giver delen sin styrke. På det aktuelle stadium af teknologisk udvikling gør hærdning imidlertid også materialet i den del, der er uegnet til genbrug i en primær strukturel komponent.

Termoplastiske materialer kræver imidlertid ikke kold opbevaring eller bagning, når de fremstilles i dele, ifølge Dion. De kan stemples i den endelige form af en simpel del - hver beslag til flykroprammerne i Airbus A350 er en termoplastisk sammensat del - eller til et mellemliggende trin i en mere kompleks komponent.

Termoplastiske materialer kan svejses sammen på forskellige måder, hvilket gør det muligt at fremstille komplekse, stærkt formede dele af enkle understrukturer. I dag anvendes induktionsvejsning hovedsageligt, hvilket kun tillader, at flade, konstante tykkelse kan fremstilles af underdelene, ifølge Dion. Imidlertid udvikler Collins vibrations- og friktionssvejsningsteknikker til sammenføjning af termoplastiske dele, som engang certificeret det forventer, at det til sidst vil give det mulighed for at producere "virkelig avancerede komplekse strukturer," sagde han.

Evnen til at svejse sammen termoplastiske materialer til at fremstille komplekse strukturer giver producenterne mulighed for at fjerne metalskruerne, fastgørelsesmidler og hængsler, der kræves af termohærdende dele til sammenføjning og foldning, og derved skabe en vægtreduktionsfordel på ca. 10 procent, brune estimater.

Alligevel binder termoplastiske kompositter sig bedre til metaller end termohærdende kompositter, ifølge Brown. Mens den industrielle F & U, der sigter mod at udvikle praktiske anvendelser til den termoplastiske egenskab, forbliver "ved et tidligt modenhedsteknologi-beredskabsniveau", kan det til sidst lade rumfartsingeniører designe komponenter, der indeholder hybrid termoplastisk og metal integrerede strukturer.

En potentiel anvendelse kunne for eksempel være et passagersæde i ét stykke, letvægts-passagersæde, der indeholder alt det metalbaserede kredsløb, der er nødvendigt til grænsefladen, der bruges af passageren til at vælge og kontrollere hans eller hendes inflight-underholdningsmuligheder, sædebelysning, overheadventilator , elektronisk kontrolleret sædebetaling, vinduesskygge opacitet og andre funktioner.

I modsætning til termohærdende materialer, som skal hærdes for at producere stivhed, styrke og form, der kræves fra de dele, de bliver lavet, ændres de molekylære strukturer af termoplastiske sammensatte materialer ikke, når de fremstilles til dele, ifølge Dion.

Som et resultat er termoplastiske materialer langt mere brudbestandige efter påvirkning end termohærdende materialer, mens de tilbyder lignende, hvis ikke stærkere, strukturel sejhed og styrke. ”Så du kan designe [dele] til meget tyndere målere,” sagde Dion, hvilket betyder, at termoplastiske dele vejer mindre end nogen termohærdende dele, de erstatter, selv bortset fra de ekstra vægtreduktioner, der er resultatet af, at termoplastiske dele ikke kræver metalskruer eller fastgørelsesmidler .

Genanvendelse af termoplastiske dele bør også bevise en enklere proces end genanvendelse af termohærdende dele. Ved den aktuelle teknologistilstand (og i nogen tid fremover) forhindrer de irreversible ændringer i molekylstruktur produceret ved hærdning af termohærdende materialer brugen af ​​genanvendt materiale til at fremstille nye dele af ækvivalent styrke.

Genanvendelse af termohærde dele involverer slibning af carbonfibrene i materialet i små længder og forbrænding af fiber-og-resin-blandingen, før den oparbejdes. Det materiale, der er opnået til oparbejdning, er strukturelt svagere end det termohærdende materiale, hvorfra den genanvendte del blev lavet, så genanvendelse af termohærde dele til nye, der typisk gør "en sekundær struktur til en tertiær," sagde Brown.

På den anden side, fordi de molekylære strukturer af termoplastiske dele ikke ændrer sig i dele-fremstillings- og dele-sammenføjningsprocesser, kan de simpelthen smeltes ned i flydende form og oparbejdes i dele så stærke som originalerne, ifølge Dion.

Flydesignere kan vælge mellem et bredt udvalg af forskellige termoplastiske materialer, der er tilgængelige at vælge imellem i design og fremstillingsdele. "En temmelig bred vifte af harpikser" er tilgængelig, hvorpå en-dimensionelle carbonfiberfilamenter eller to-dimensionelle væv kan indlejres, hvilket producerer forskellige materialegenskaber, sagde Dion. ”De mest spændende harpikser er de lavt smelteharpikser,” som smelter ved relativt lave temperaturer og så kan formes og dannes ved lavere temperaturer.

Forskellige klasser af termoplast tilbyder også forskellige stivhedsegenskaber (høj, medium og lav) og samlet kvalitet, ifølge Dion. Resinserne af højeste kvalitet koster mest, og overkommelige priser repræsenterer Achilles-hælen for termoplast i sammenligning med termohærdende materialer. Typisk koster de mere end termoterne, og flyproducenter skal overveje denne kendsgerning i deres beregninger af omkostninger/fordel -design, sagde Brown.

Delvis af den grund vil GKN Aerospace og andre fortsat fokusere mest på termohærdende materialer, når man fremstiller store strukturelle dele til fly. De bruger allerede termoplastiske materialer bredt til at fremstille mindre strukturelle dele, såsom empennages, ror og spoilere. Snart, når højvolumen, billig fremstilling af lette termoplastiske dele bliver rutine, vil producenterne bruge dem meget mere vidtgående-især på det spirende EVTOL UAM-marked, konkluderede Dion.

Kom fra Ainonline