nieuws

Lang afhankelijk van thermoset koolstofvezel materialen voor het maken van zeer sterke samengestelde structurele onderdelen voor vliegtuigen, ruimtevaart OEM's omarmen nu een andere klasse koolstofvezel materialen, omdat technologische vooruitgang geautomatiseerde productie van nieuwe niet-thermoset-onderdelen bij hoog volume, lage kosten en lichter gewicht.

Hoewel thermoplastische koolstofvezelcomposietmaterialen 'al lang bestaan', konden fabrikanten van de ruimtevaart slechts recent hun wijdverbreide gebruik overwegen bij het maken van vliegtuigonderdelen, waaronder primaire structurele componenten, zei Stephane Dion, VP-engineering bij Collins Aerospace's Advanced Structures Unit.

Thermoplastische koolstofvezelcomposieten bieden mogelijk Aerospace OEM's verschillende voordelen ten opzichte van thermohardende composieten, maar tot voor kort konden fabrikanten geen onderdelen maken van thermoplastische composieten tegen hoge snelheden en tegen lage kosten, zei hij.

In de afgelopen vijf jaar zijn OEM's begonnen verder te kijken dan het maken van onderdelen van thermohardende materialen als de staat van koolstofvezel composiet onderdeel productiewetenschap ontwikkeld, eerst om harsinfusie en harsoverdrachtvorming (RTM) technieken te gebruiken om vliegtuigonderdelen te maken, en vervolgens om thermoplastische composieten te gebruiken.

GKN Aerospace heeft zwaar geïnvesteerd in het ontwikkelen van zijn harsinfusie en RTM-technologie voor de productie van structurele componenten van grote vliegtuigen betaalbaar en tegen hoge tarieven. GKN maakt nu een 17-meter lange composietvleugels met één stuk met behulp van harsinfusieproductie, volgens Max Brown, VP van technologie voor GKN Aerospace's Horizon 3 Advanced-Technologies Initiative.

De zware composiet-productie-investeringen van OEM's in de afgelopen jaren omvatten ook het strategisch uitgaven voor het ontwikkelen van mogelijkheden om de productie van thermoplastische onderdelen met een hoge volume mogelijk te maken, volgens Dion.

Het meest opvallende verschil tussen thermohardende en thermoplastische materialen ligt in het feit dat thermohardende materialen in koude opslag moeten worden gehouden voordat ze in onderdelen worden gevormd, en eenmaal gevormd, moet een thermohardende onderdeel vele uren in een autoclaaf worden uitgehard. De processen vereisen veel energie en tijd, en dus blijven de productiekosten van thermohardende onderdelen meestal hoog.

Het uitharden van de moleculaire structuur van een thermohardende composiet onomkeerbaar, waardoor het deel zijn sterkte heeft. In de huidige fase van technologische ontwikkeling maakt uitharding echter ook het materiaal in het deel dat niet geschikt is voor hergebruik in een primaire structurele component.

Thermoplastische materialen vereisen echter geen koelopslag of bakken wanneer ze in delen worden gemaakt, volgens Dion. Ze kunnen worden gestempeld in de uiteindelijke vorm van een eenvoudig onderdeel - elke schrap voor de rompframes in de Airbus A350 is een thermoplastisch composietgedeelte - of in een tussenstadium van een complexere component.

Thermoplastische materialen kunnen op verschillende manieren aan elkaar worden gelast, waardoor complexe, sterk gevormde delen kunnen worden gemaakt van eenvoudige substructuren. Tegenwoordig wordt inductielassen voornamelijk gebruikt, waardoor alleen platte, constante dikte onderdelen kunnen worden gemaakt van sub delen, volgens Dion. Collins ontwikkelt echter trillings- en wrijvingslassentechnieken voor het samenvoegen van thermoplastische onderdelen, waarvan het eenmaal gecertificeerd wordt verwacht, zal het uiteindelijk in staat zullen stellen om 'echt geavanceerde complexe structuren' te produceren, zei hij.

De mogelijkheid om thermoplastische materialen aan elkaar te lassen om complexe structuren te maken, kunnen fabrikanten de metalen schroeven, bevestigingsmiddelen en scharnieren van thermohardende onderdelen voor het verbinden en vouwen afwijzen, waardoor een gewichtsreductie-voordeel van ongeveer 10 procent, bruine schattingen wordt gecreëerd.

Toch binden thermoplastische composieten beter aan metalen dan thermosetcomposieten, volgens Brown. Hoewel industriële R&D gericht is op het ontwikkelen van praktische toepassingen voor die thermoplastische eigenschap blijft "op een technologiegereedheid in de vroege looptijd", kan het uiteindelijk de lucht- en door de ruimtevaart ingenieurs kunnen ontwerpen die hybride thermoplastische en metaal geïntegreerde structuren bevatten.

Eén potentiële applicatie kan bijvoorbeeld een lichtgewicht passagiersstoel uit één stuk zijn met alle metaalgebaseerde circuits die nodig zijn voor de interface die door de passagier wordt gebruikt om zijn of haar entertainmentopties te selecteren en te regelen, stoelverlichting, overheadventilator , elektronisch gecontroleerde stoelleuning, raamschaduw dekking en andere functies.

In tegenstelling tot thermohardende materialen, die moeten worden genezen om de stijfheid, sterkte en vorm te produceren die vereist zijn uit de onderdelen waarin ze worden gemaakt, veranderen de moleculaire structuren van thermoplastische composietmaterialen niet bij delen, volgens Dion.

Als gevolg hiervan zijn thermoplastische materialen veel breukbestendiger bij impact dan thermohardende materialen en bieden ze vergelijkbare, zo niet sterkere, structurele taaiheid en sterkte. "Dus u kunt [onderdelen] op veel dunnere meters ontwerpen," zei Dion, wat betekent dat thermoplastische onderdelen minder wegen dan alle thermohardende onderdelen die ze vervangen, zelfs afgezien van de extra gewichtsreducties als gevolg van het feit dat thermoplastische onderdelen geen metalen schroeven of bevestigingsmiddelen nodig hebben .

Recycling thermoplastische onderdelen moeten ook een eenvoudiger proces zijn dan thermohardende onderdelen. In de huidige staat van technologie (en nog enige tijd komen), voorkomen de onomkeerbare veranderingen in moleculaire structuur die worden geproduceerd door het uitharden van thermohardende materialen het gebruik van gerecycled materiaal om nieuwe delen van equivalente sterkte te maken.

Het recyclen van thermohardende onderdelen omvat het slijpen van de koolstofvezels in het materiaal in kleine lengtes en het verbranden van het vezel- en resinesmengsel voordat u het opnieuw verwerkt. Het verkregen materiaal voor opwerking is structureel zwakker dan het thermohardende materiaal waaruit het gerecyclede deel werd gemaakt, dus recycling thermohardende onderdelen in nieuwe omzetten van "een secundaire structuur in een tertiaire," zei Brown.

Aan de andere kant, omdat de moleculaire structuren van thermoplastische onderdelen niet veranderen in de onderdelenproductie- en onderdelen-samenwerkingsprocessen, kunnen ze eenvoudig worden gesmolten in vloeibare vorm en opnieuw worden verwerkt in delen zo sterk als de originelen, volgens Dion.

Vliegtuigontwerpers kunnen kiezen uit een brede selectie van verschillende thermoplastische materialen die beschikbaar zijn om uit te kiezen in het ontwerpen en productie van onderdelen. "Er is een vrij breed scala aan harsen" beschikbaar waarin eendimensionale koolstofvezelfilamenten of tweedimensionale weefsels kunnen worden ingebed, waardoor verschillende materiaaleigenschappen worden geproduceerd, zei Dion. "De meest opwindende harsen zijn de low-meltharsen", die bij relatief lage temperaturen smelten en dus kan worden gevormd en gevormd bij lagere temperaturen.

Volgens Dion bieden verschillende klassen van thermoplastics ook verschillende stijfheidseigenschappen (hoog, gemiddeld en laag) en algehele kwaliteit. De harsen van de hoogste kwaliteit kosten het meest, en betaalbaarheid vertegenwoordigt de achilleshiel voor thermoplastics in vergelijking met thermohardende materialen. Meestal kosten ze meer dan thermodets, en vliegtuigfabrikanten moeten dat feit in overweging nemen in hun kosten/batenontwerpberekeningen, zei Brown.

Om die reden zullen GKN Aerospace en anderen zich het meest blijven concentreren op thermohardende materialen bij het produceren van grote structurele onderdelen voor vliegtuigen. Ze gebruiken al thermoplastische materialen op grote schaal bij het maken van kleinere structurele onderdelen zoals Empennages, Roeren en spoilers. Maar snel, wanneer hoogwaardige, goedkope productie van lichtgewicht thermoplastische onderdelen routine wordt, zullen fabrikanten ze veel breder gebruiken-vooral in de ontluikende Evtol UAM-markt, concludeerde Dion.

Kom uit Ainonline