новости

Долгое время полагается на терморевно-углеродные материалы для изготовления очень прочных композитных структурных деталей для самолетов, аэрокосмические OEM-производители в настоящее время охватывают другой класс материалов из углеродного волокна, поскольку технологические достижения обещают автоматизированное производство новых нетерермосет более легкий вес.

В то время как термопластичные композитные материалы из углеродного волокна «были в течение длительного времени», только недавно могли производители аэрокосмической промышленности рассмотреть их широкое использование при изготовлении деталей самолетов, включая первичные конструктивные компоненты, сказал Стефан Дион, вице-президент по проектированию Collins Aerospace.

Термопластичные композиты из углеродного волокна потенциально предлагают аэрокосмические OEM-производители несколько преимуществ по сравнению с термосетовыми композитами, но до недавнего времени производители не могли сделать детали из термопластичных композитов с высокой скоростью и по низкой стоимости, сказал он.

За последние пять лет производители начали выходить за рамки изготовления деталей из термосетевых материалов в качестве состояния углеродной составной части производства науки о производстве, сначала используя методы инфузии смолы и передачи света (RTM) для создания деталей самолета, а затем и затем Использовать термопластичные композиты.

GKN Aerospace инвестировала в значительной степени в разработку своей технологии инфузии смолы и RTM для производства крупных конструктивных компонентов самолетов доступно и с высокими показателями. В настоящее время GKN производит 17-метровый одножильный композитный крыло Spar с использованием инфузионного производства смолы, согласно Максу Брауну, вице-президенту по технологии для инициативы GKN Aerospace Horizon 3.

По словам Дион, инвестиции в тяжелые производства производителей производителей в последние несколько лет также включали стратегически расходы на разработку возможностей, позволяющих обеспечить масштабное производство термопластичных деталей.

Наиболее заметная разница между термосеткой и термопластичными материалами заключается в том, что термосетаные материалы должны храниться в холодном хранении, прежде чем формируются в детали, и после формы термосетка должна подвергаться отверждению в течение многих часов в автоклаве. Процессы требуют большого количества энергии и времени, и поэтому производственные затраты на терморетсковые детали, как правило, остаются высокими.

Прекращение необратимо изменяет молекулярную структуру терморевно -составной композитной, придавая части ее прочность. Однако на текущей стадии технологического развития отверждение также делает материал в части непригодным для повторного использования в первичном структурном компоненте.

Тем не менее, термопластичные материалы не требуют холодного хранения или выпечки при превращении в детали, согласно Дион. Их можно штамп в конечную форму простой части - каждый кронштейн для фюзеляжных рам в Airbus A350 является термопластичной композитной частью - или в промежуточную стадию более сложного компонента.

Термопластичные материалы могут быть сварены вместе различными способами, позволяя изготавливать сложные, высоко формированные детали из простых субструктур. По словам Диона, сегодня используется индукционная сварка в основном, что позволяет только плоские детали постоянной толщины. Тем не менее, Коллинз разрабатывает методы вибрации и сварки трения для соединения термопластичных частей, которые после сертификации ожидают, что в конечном итоге позволит ему производить «по -настоящему передовые сложные структуры», сказал он.

Возможность сварки термопластичных материалов для изготовления сложных конструкций позволяет производителям покончить с металлическими винтами, крепежными элементами и петлями, требуемыми для терморетских деталей для соединения и складывания, что создает преимущество снижения веса примерно в 10 процентов, оценивает Браун.

Тем не менее, термопластичные композиты лучше соединяются с металлами, чем композиты с термосеткой, согласно Брауну. В то время как промышленные исследования и разработки, направленные на разработку практических применений для этого термопластичного свойства, остаются «на уровне готовности к технологии раннего погашения», оно может в конечном итоге позволить инженерам-аэрокосмическим инженерам проектировать компоненты, которые содержат гибридные термопластичные и металлические интегрированные конструкции.

Одним из потенциальных применений может, например, быть универсальным, легким пассажирским сиденьем авиалайнера, содержащим все схемы на основе металлов, необходимые для интерфейса, используемого пассажиром для выбора и управления вариантами развлечений в полете, освещение сидений, накладное вентилятор Электронно контролируемое откидывание сиденья, непрозрачность окон и другие функции.

В отличие от термореактивных материалов, которые нуждаются в отверждении для получения жесткости, прочности и формы, необходимых от деталей, в которые они получаются, молекулярные структуры термопластичных композитных материалов не изменяются при превращении в детали, согласно Dion.

В результате термопластичные материалы гораздо более устойчивы к переломам при воздействии, чем термосетаные материалы, предлагая сходную, если не более сильную, структурную вязкость и прочность. «Таким образом, вы можете спроектировать [детали] на гораздо более тонкие датчики», - сказал Дион, а это означает, что термопластичные детали весят меньше, чем любые детали термосета, которые они заменяют, даже помимо дополнительного снижения веса, возникающих в результате факта, что термопластичные детали не требуют металлических винтов или крепежных изделий. Полем

Утилизация термопластичных деталей также должна доказать более простой процесс, чем утилизация терморезочных деталей. В текущем состоянии технологии (и в течение некоторого времени) необратимые изменения в молекулярной структуре, создаваемых путем лечения термосетевых материалов, предотвращают использование переработанного материала для создания новых частей эквивалентной прочности.

Утилизация терморезок включает измельчение углеродных волокон в материале в небольшие длины и сжигание смеси клетчатки и резина перед его переработкой. Материал, полученный для переработки, является структурно слабее, чем терморевный материал, из которого была изготовлена ​​переработанная часть, поэтому переработка терморетских деталей в новые, как правило, превращает «вторичную структуру в третичную», - сказал Браун.

С другой стороны, поскольку молекулярные структуры термопластичных частей не изменяются в процессах производства деталей и подготовки деталей, их можно просто расплавить в жидкую форму и переработать в частях, столь же сильные, как и оригиналы, согласно Диону.

Дизайнеры самолетов могут выбирать из широкого выбора различных термопластичных материалов, доступных на выбор в проектировании и производственных частях. «Довольно широкий диапазон смол» доступен, в которые могут быть встроены одномерные углеродные волокно или двумерные плетения, создавая различные свойства материала, сказал Дион. «Наиболее захватывающими смолами являются низкоплавные смолы», которые платят при относительно низких температурах и, следовательно, могут быть сформированы и образуются при более низких температурах.

По словам Диона, различные классы термопластов также предлагают различные свойства жесткости (высокий, средний и низкий) и общее качество. Наиболее качественные смолы стоят больше всего, а доступность представляет ахиллесовую пятку для термопластов по сравнению с термосетистыми материалами. Как правило, они стоят дороже, чем терморективы, и производители самолетов должны учитывать этот факт в своих расчетах дизайна затрат/выгоды, сказал Браун.

Отчасти по этой причине GKN Aerospace и другие будут по -прежнему сосредотачиваться на терморековых материалах при изготовлении больших структурных деталей для самолетов. Они уже широко используют термопластичные материалы для изготовления более мелких структурных деталей, таких как Empennage, Rudders и спойлеры. Вскоре, однако, когда крупный объем, недорогой изготовление легких термопластичных частей становится обычным делом, производители будут использовать их гораздо более широко, особенно на растущем рынке Evtol UAM, заключил Дион.

Приходите из Ainonline