новини

Дълго време разчитайки на термореактивни материали от въглеродни влакна за направата на много здрави композитни структурни части за самолети, авиокосмическите производители на оригинално оборудване сега възприемат друг клас материали от въглеродни влакна, тъй като технологичният напредък обещава автоматизирано производство на нови нетермореактивни части в голям обем, ниска цена и по-леко тегло.

Докато термопластичните композитни материали от въглеродни влакна „съществуват от дълго време“, едва наскоро производителите на аерокосмическа промишленост можеха да обмислят широкото им използване в производството на части за самолети, включително първични структурни компоненти, каза Стефан Дион, заместник-вицепрезидент по инженерството в звеното Advanced Structures на Collins Aerospace.

Термопластичните композити от въглеродни влакна потенциално предлагат на производителите на оригинално оборудване в космическата промишленост няколко предимства пред термореактивните композити, но доскоро производителите не можеха да правят части от термопластични композити с висока скорост и на ниска цена, каза той.

През последните пет години производителите на оригинално оборудване започнаха да гледат отвъд производството на части от термореактивни материали, тъй като състоянието на науката за производство на части от композитни въглеродни влакна се разви, първо да използват техники за вливане на смола и формоване с трансфер на смола (RTM) за производство на части за самолети, а след това за използване на термопластични композити.

GKN Aerospace инвестира сериозно в разработването на своята технология за вливане на смола и RTM за производство на големи конструктивни компоненти на самолети на достъпна цена и с високи цени. GKN сега прави 17-метров композитен лонжерон на крилото от една част, използвайки производство на вливане на смола, според Макс Браун, вицепрезидент по технологиите за инициативата за напреднали технологии Horizon 3 на GKN Aerospace.

Сериозните инвестиции на производителите на оригинално оборудване в производство на композитни материали през последните няколко години също включват стратегически разходи за развитие на способности, за да се позволи производство на големи обеми на термопластични части, според Дион.

Най-забележителната разлика между термореактивните и термопластичните материали се крие във факта, че термореактивните материали трябва да се съхраняват в хладилни хранилища, преди да бъдат оформени в части, и веднъж оформена, термореактивната част трябва да бъде подложена на втвърдяване в продължение на много часове в автоклав. Процесите изискват много енергия и време, така че производствените разходи за термореактивни части обикновено остават високи.

Втвърдяването необратимо променя молекулярната структура на термореактивния композит, придавайки на детайла неговата здравина. Въпреки това, на сегашния етап на технологично развитие, втвърдяването също така прави материала в частта неподходящ за повторна употреба в първичен структурен компонент.

Термопластичните материали обаче не изискват студено съхранение или печене, когато са направени на части, според Дион. Те могат да бъдат щамповани в крайната форма на проста част - всяка скоба за рамите на фюзелажа в Airbus A350 е термопластична композитна част - или в междинен етап на по-сложен компонент.

Термопластичните материали могат да бъдат заварени заедно по различни начини, позволявайки сложни части с висока форма да бъдат направени от прости подструктури. Днес се използва главно индукционно заваряване, което позволява само плоски части с постоянна дебелина да бъдат направени от подчасти, според Дион. Collins обаче разработва техники за вибрационно и фрикционно заваряване за свързване на термопластични части, които, след като бъдат сертифицирани, очаква в крайна сметка да му позволят да произвежда „наистина напреднали сложни структури“, каза той.

Способността да се заваряват заедно термопластични материали, за да се направят сложни структури, позволява на производителите да премахнат металните винтове, крепежни елементи и панти, необходими на термореактивните части за свързване и сгъване, като по този начин се създава полза от намаляване на теглото с около 10 процента, изчислява Браун.

Все пак термопластичните композити се свързват по-добре с металите, отколкото термореактивните композити, според Браун. Докато промишлената научноизследователска и развойна дейност, насочена към разработване на практически приложения за това термопластично свойство, остава „на ниво на готовност за ранна зрялост на технологиите“, това може в крайна сметка да позволи на аерокосмическите инженери да проектират компоненти, които съдържат хибридни интегрирани структури от термопласт и метал.

Едно потенциално приложение може например да бъде лека пътническа седалка за самолет от една част, съдържаща всички метални вериги, необходими за интерфейса, използван от пътника за избор и контрол на неговите или нейните опции за забавление по време на полет, осветление на седалката, вентилатор над главата , електронно контролиран наклон на седалката, непрозрачност на щората и други функции.

За разлика от термореактивните материали, които се нуждаят от втвърдяване, за да произведат твърдостта, здравината и формата, изисквани от частите, в които се правят, молекулярните структури на термопластичните композитни материали не се променят, когато се направят на части, според Дион.

В резултат на това термопластичните материали са много по-устойчиви на счупване при удар от термореактивните материали, като същевременно предлагат подобна, ако не и по-здрава, структурна издръжливост и здравина. „Така че можете да проектирате [части] с много по-тънки габарити“, каза Дион, което означава, че термопластичните части тежат по-малко от всички термореактивни части, които заменят, дори с изключение на допълнителните намаления на теглото в резултат на факта, че термопластичните части не изискват метални винтове или крепежни елементи .

Рециклирането на термопластични части също трябва да се окаже по-прост процес от рециклирането на термореактивни части. При сегашното състояние на технологиите (и за известно време), необратимите промени в молекулярната структура, причинени от втвърдяване на термореактивни материали, предотвратяват използването на рециклиран материал за направата на нови части с еквивалентна здравина.

Рециклирането на термореактивни части включва смилане на въглеродните влакна в материала на малки дължини и изгаряне на сместа от влакна и смола, преди да се преработи повторно. Материалът, получен за повторна обработка, е структурно по-слаб от термореактивния материал, от който е направена рециклираната част, така че рециклирането на термореактивни части в нови обикновено превръща „вторичната структура в третична“, каза Браун.

От друга страна, тъй като молекулярните структури на термопластичните части не се променят в процесите на производство и свързване на части, те могат просто да бъдат разтопени в течна форма и повторно преработени в части, толкова здрави, колкото оригиналите, според Дион.

Дизайнерите на самолети могат да избират от широка селекция от различни термопластични материали, от които да избират при проектирането и производството на части. Налична е „доста широка гама от смоли“, в които могат да бъдат вградени едноизмерни нишки от въглеродни влакна или двуизмерни тъкани, произвеждащи различни свойства на материала, каза Дион. „Най-вълнуващите смоли са смолите с ниска топимост“, които се топят при относително ниски температури и така могат да бъдат оформени и оформени при по-ниски температури.

Различните класове термопласти също предлагат различни свойства на твърдост (висока, средна и ниска) и общо качество, според Дион. Най-висококачествените смоли струват най-много, а достъпността представлява ахилесовата пета за термопластичните в сравнение с термореактивните материали. Обикновено те струват повече от термореактивните и производителите на самолети трябва да вземат предвид този факт в своите изчисления на разходите и ползите, каза Браун.

Отчасти поради тази причина GKN Aerospace и други ще продължат да се фокусират най-много върху термореактивните материали при производството на големи структурни части за самолети. Те вече използват широко термопластични материали при направата на по-малки структурни части като перила, кормила и спойлери. Скоро обаче, когато производството на леки термопластични части в голям обем и с ниска цена стане рутинно, производителите ще ги използват много по-широко – особено на разрастващия се пазар на eVTOL UAM, заключи Дион.

идват от ainonline