Nyheter

Lenge avhengig av termosett karbonfibermaterialer for å lage veldig sterke sammensatte strukturelle deler for fly, omfavner luftfarts-OEM-er nå en annen klasse av karbonfibermaterialer når teknologiske fremskritt lover automatisert fremstilling av nye ikke-termosettdeler til høyt volum, lave kostnader og og lettere vekt.

Mens termoplastiske karbonfiberkomposittmaterialer "har eksistert lenge", bare nylig kunne luftfartsprodusenter vurdere sin utbredte bruk i å lage flymadier, inkludert primære strukturelle komponenter, sa Stephane Dion, VP Engineering ved Collins Aerospace's Advanced Structure Unit.

Termoplastiske karbonfiberkompositter tilbyr potensielt luftfarts-OEM-er flere fordeler i forhold til termosettkompositter, men inntil nylig kunne produsentene ikke lage deler av termoplastiske kompositter til høye priser og til lav pris, sa han.

I løpet av de siste fem årene har OEM- å bruke termoplastiske kompositter.

GKN Aerospace har investert stort i å utvikle sin harpiksinfusjon og RTM-teknologi for fremstilling av store flystrukturelle komponenter rimelig og med høye priser. GKN lager nå en 17 meter lang, enkelt stykke sammensatt vingespar ved bruk av harpiksinfusjonsproduksjon, ifølge Max Brown, VP for teknologi for GKN Aerospace's Horizon 3 Advanced-Technologies Initiative.

OEMS 'tunge sammensatte produksjonsinvesteringer de siste årene har også inkludert å bruke strategisk på å utvikle evner for å tillate produksjon med høyt volum av termoplastiske deler, ifølge Dion.

Den mest bemerkelsesverdige forskjellen mellom termosett og termoplastiske materialer ligger i det faktum at termosettmaterialer må oppbevares i kjølerom før den formes til deler, og når den er formet, må en termosettdel gjennomgå herding i mange timer i en autoklav. Prosessene krever mye energi og tid, og produksjonskostnadene for termosettdeler har en tendens til å forbli høye.

Herding endrer molekylstrukturen til en termosettkompositt irreversibelt, og gir delen sin styrke. Imidlertid, på det nåværende stadiet av teknologisk utvikling, gjengir herding også materialet i delen uegnet for gjenbruk i en primær strukturell komponent.

Termoplastiske materialer krever imidlertid ikke kald lagring eller baking når de blir til deler, ifølge Dion. De kan stemples inn i den endelige formen til en enkel del - hver brakett for flykropprammer i Airbus A350 er en termoplastisk komposittdel - eller inn i et mellomtrinn av en mer kompleks komponent.

Termoplastiske materialer kan sveises sammen på forskjellige måter, slik at komplekse, sterkt formede deler kan lages av enkle understrukturer. I dag brukes induksjonssveising hovedsakelig, som bare gjør det mulig å lage flate, konstante tykkelsesdeler fra underdeler, ifølge Dion. Imidlertid utvikler Collins vibrasjoner og friksjonssveiseteknikker for å slå sammen termoplastiske deler, som en gang er sertifisert den forventer at til slutt vil tillate den å produsere "virkelig avanserte komplekse strukturer," sa han.

Evnen til å sveise sammen termoplastiske materialer for å lage komplekse strukturer gjør at produsenter kan fjerne seg med metallskruene, festemidlene og hengsler som kreves av termosettdeler for sammenføyning og folding, og dermed skape en vektreduksjonsfordel på omtrent 10 prosent, brune estimater.

Fortsatt binder termoplastiske kompositter bedre til metaller enn termosettkompositter, ifølge Brown. Mens industriell FoU hadde som mål å utvikle praktiske anvendelser for den termoplastiske egenskapen, forblir "på et beredskapsnivå for tidlig modenhet", kan det til slutt la romfartsingeniører designe komponenter som inneholder hybrid termoplastiske og metall integrerte strukturer.

En potensiell applikasjon kan for eksempel være et passasjersete i ett stykke, lette flyselskap , elektronisk kontrollert setelinje, vindusskygge opacitet og andre funksjoner.

I motsetning til termosettmaterialer, som trenger herding for å produsere stivhet, styrke og form som kreves fra de delene de blir laget, endres ikke molekylstrukturene til termoplastiske komposittmaterialer når de blir gjort til deler, ifølge Dion.

Som et resultat er termoplastiske materialer langt mer bruddresistente på påvirkning enn termosettmaterialer mens de tilbyr lignende, om ikke sterkere, strukturell seighet og styrke. "Så du kan designe [deler] til mye tynnere målere," sa Dion, noe som betyr at termoplastiske deler veier mindre enn noen termosettdeler de erstatter, selv bortsett fra de ekstra vektreduksjonene som følge av det faktum at termoplastiske deler ikke krever metallskruer eller festemidler .

Gjenvinning av termoplastiske deler bør også bevise en enklere prosess enn resirkulering av termosettdeler. Ved dagens teknologi (og i noen tid fremover) forhindrer de irreversible endringene i molekylstruktur produsert ved å kurere termosettmaterialer bruk av resirkulert materiale for å lage nye deler av tilsvarende styrke.

Gjenvinning av termosettdeler innebærer å slipe opp karbonfibrene i materialet i små lengder og brenne fiber-og-resinblandingen før du opparbeidet den. Materialet som er oppnådd for opparbeidelse er strukturelt svakere enn termosettmaterialet som den resirkulerte delen ble laget fra, så resirkulering av termosettdeler til nye typisk gjør "en sekundær struktur til en tertiær," sa Brown.

På den annen side, fordi de molekylære strukturene til termoplastiske deler ikke endres i delene av delene og delene sammen med prosesser, kan de ganske enkelt smeltes ned i flytende form og opparbeidet seg i deler som er så sterke som originalene, ifølge Dion.

Flydesignere kan velge mellom et bredt utvalg av forskjellige termoplastiske materialer som er tilgjengelige å velge mellom i utforming og produksjonsdeler. "Et ganske bredt spekter av harpikser" er tilgjengelig som endimensjonale karbonfiberfilamenter eller todimensjonale vev kan være innebygd, og produserer forskjellige materialegenskaper, sa Dion. "De mest spennende harpikser er lavsmelteharpikser," som smelter ved relativt lave temperaturer og kan formes og dannes ved lavere temperaturer.

Ulike klasser av termoplast tilbyr også forskjellige stivhetsegenskaper (høy, middels og lav) og generell kvalitet, ifølge Dion. Harpikser av høyeste kvalitet koster mest, og prisgunstighet representerer Achilles-hælen for termoplast i sammenligning med termosettmaterialer. Vanligvis koster de mer enn termosetter, og flyprodusenter må vurdere det faktum i kostnads-/fordeldesignberegningene, sa Brown.

Delvis av den grunn vil GKN Aerospace og andre fortsette å fokusere mest på termosettmaterialer når de produserer store strukturelle deler for fly. De bruker allerede termoplastiske materialer bredt i å lage mindre strukturelle deler som empennages, ror og spoilere. Imidlertid, når det er høyt volum, lavprisproduksjon av lette termoplastiske deler blir rutinemessige, vil produsentene bruke dem mye mer utbredt-spesielt i det spirende Evtol UAM-markedet, konkluderte Dion.

Kom fra Ainonline