nyheter

Lenge avhengig av termoherdede karbonfibermaterialer for å lage svært sterke komposittkonstruksjonsdeler for fly, omfavner luftfarts-OEM-er nå en annen klasse av karbonfibermaterialer ettersom teknologiske fremskritt lover automatisert produksjon av nye ikke-termoherdende deler til høyt volum, lave kostnader og lettere vekt.

Mens termoplastiske karbonfiber-komposittmaterialer "har eksistert i lang tid", kunne luftfartsprodusenter først nylig vurdere deres utbredte bruk i å lage flydeler, inkludert primære strukturelle komponenter, sa Stephane Dion, vp engineering ved Collins Aerospaces Advanced Structures-enhet.

Termoplastiske karbonfiberkompositter gir potensielt romfarts-OEM-er flere fordeler i forhold til herdede kompositter, men inntil nylig kunne ikke produsenter lage deler av termoplastiske kompositter til høye priser og til lave kostnader, sa han.

I løpet av de siste fem årene har OEM-er begynt å se lenger enn å lage deler av herdede materialer ettersom vitenskapen om produksjon av karbonfiberkomposittdeler utviklet seg, først for å bruke harpiksinfusjons- og harpiksoverføringsstøpingsteknikker (RTM) for å lage flydeler, og deretter å bruke termoplastiske kompositter.

GKN Aerospace har investert tungt i å utvikle sin harpiksinfusjons- og RTM-teknologi for produksjon av strukturelle komponenter til store fly til en rimelig pris og til høye priser. GKN lager nå en 17 meter lang komposittvinge i ett stykke ved å bruke harpiksinfusjonsproduksjon, ifølge Max Brown, vicedirektør for teknologi for GKN Aerospaces Horizon 3 avanserte teknologiinitiativ.

OEMs tunge investeringer i komposittproduksjon de siste årene har også inkludert strategiske utgifter på å utvikle kapasiteter for å tillate høyvolumproduksjon av termoplastiske deler, ifølge Dion.

Den mest bemerkelsesverdige forskjellen mellom herdede og termoplastiske materialer ligger i det faktum at herdede materialer må oppbevares i kjølelager før de formes til deler, og når den først er formet, må en herdede del herde i mange timer i en autoklav. Prosessene krever mye energi og tid, og produksjonskostnadene for herdede deler har en tendens til å forbli høye.

Herding endrer molekylstrukturen til en herdeplast kompositt irreversibelt, og gir delen dens styrke. Men på det nåværende stadiet av teknologisk utvikling gjør herding også materialet i delen uegnet for gjenbruk i en primær strukturell komponent.

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

Termoplastiske materialer kan sveises sammen på ulike måter, slik at komplekse, høyt formede deler kan lages av enkle understrukturer. I dag brukes hovedsakelig induksjonssveising, som bare tillater at flate deler med konstant tykkelse kan lages av underdeler, ifølge Dion. Imidlertid utvikler Collins vibrasjons- og friksjonssveiseteknikker for sammenføyning av termoplastiske deler, som når de er sertifisert, forventer at den 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 det mulig for produsenter å gjøre unna metallskruene, festene og hengslene som kreves av herdeplastdeler for sammenføyning og bretting, og dermed skape en vektreduksjonsfordel på rundt 10 prosent, anslår Brown.

Likevel binder termoplastiske kompositter seg bedre til metaller enn herdede kompositter, ifølge Brown. Mens industriell FoU rettet mot å utvikle praktiske applikasjoner for den termoplastiske egenskapen forblir "på et teknologiberedskapsnivå for tidlig modenhet", kan det til slutt la luftfartsingeniører designe komponenter som inneholder hybride termoplast- og metallintegrerte strukturer.

En potensiell applikasjon kan for eksempel være et lettvekts passasjersete i ett stykke som inneholder alle de metallbaserte kretsene som trengs for grensesnittet som brukes av passasjeren for å velge og kontrollere underholdningsalternativene hans eller hennes ombord, setebelysning, luftvifte , elektronisk styrt setetilbakestilling, vindusskjermopasitet og andre funksjoner.

I motsetning til herdeplastmaterialer, som trenger herding for å produsere stivheten, styrken og formen som kreves fra delene de blir laget til, endres ikke de molekylære strukturene til termoplastiske komposittmaterialer når de lages til deler, ifølge Dion.

Som et resultat er termoplastiske materialer langt mer bruddbestandige ved støt enn herdede materialer, samtidig som de tilbyr lignende, om ikke sterkere, strukturell seighet og styrke. "Så du kan designe [deler] til mye tynnere målere," sa Dion, som betyr at termoplastiske deler veier mindre enn alle herdede deler de erstatter, selv bortsett fra de ekstra vektreduksjonene som følge av at termoplastiske deler ikke krever metallskruer eller festemidler .

Resirkulering av termoplastiske deler bør også være en enklere prosess enn resirkulering av herdeplastdeler. På dagens teknologiske nivå (og i en tid fremover) forhindrer de irreversible endringene i molekylstrukturen som produseres ved å herde herdede materialer bruk av resirkulert materiale for å lage nye deler med tilsvarende styrke.

Resirkulering av herdede deler innebærer å male opp karbonfibrene i materialet i små lengder og brenne fiber-og-harpiksblandingen før den reprosesseres. Materialet som oppnås for reprosessering er strukturelt svakere enn det herdede materialet som den resirkulerte delen ble laget av, så resirkulering av herdede deler til nye gjør vanligvis "en sekundær struktur til en tertiær," sa Brown.

På den annen side, fordi de molekylære strukturene til termoplastiske deler ikke endres i deler-fremstillings- og deler-sammenføyningsprosessene, kan de ganske enkelt smeltes ned til flytende form og bearbeides til deler som er like sterke som originalene, ifølge Dion.

Flydesignere kan velge mellom et bredt utvalg av forskjellige termoplastiske materialer som er tilgjengelige å velge mellom i design og produksjon av deler. "Et ganske bredt spekter av harpikser" er tilgjengelig der endimensjonale karbonfiberfilamenter eller todimensjonale vevninger kan legges inn, og produserer forskjellige materialegenskaper, sa Dion. "De mest spennende harpiksene er lavsmeltende harpikser," som smelter ved relativt lave temperaturer og kan derfor formes og formes ved lavere temperaturer.

Ulike klasser av termoplast tilbyr også forskjellige stivhetsegenskaper (høy, middels og lav) og generell kvalitet, ifølge Dion. Harpiksene av høyeste kvalitet koster mest, og rimelighet representerer akilleshælen for termoplast sammenlignet med herdeplastmaterialer. Vanligvis koster de mer enn herdedemper, og flyprodusenter må ta det i betraktning i deres kostnad/nytte-designberegninger, sa Brown.

Delvis av den grunn vil GKN Aerospace og andre fortsette å fokusere mest på herdede materialer ved produksjon av store strukturelle deler til fly. De bruker allerede termoplastiske materialer mye for å lage mindre strukturelle deler som empennages, ror og spoilere. Men snart, når høyvolum, lavkostproduksjon av lettvekts termoplastiske deler blir rutine, vil produsentene bruke dem mye mer utbredt – spesielt i det voksende eVTOL UAM-markedet, konkluderte Dion.

kommer fra ainonline