nuus

Lank afhanklik van termoharde koolstofveselmateriale vir die maak van baie sterk saamgestelde struktuuronderdele vir vliegtuie, omhels lugvaart-OEM's nou 'n ander klas koolstofveselmateriale, aangesien tegnologiese vooruitgang outomatiese vervaardiging van nuwe nie-termoset-onderdele teen hoë volume, lae koste en ligter gewig.

Terwyl termoplastiese koolstof-vesel saamgestelde materiale "al 'n lang tyd bestaan", kon lugvaartvervaardigers eers onlangs hul wydverspreide gebruik oorweeg in die vervaardiging van vliegtuigonderdele, insluitend primêre strukturele komponente, sê Stephane Dion, VP-ingenieur by Collins Aerospace se Advanced Structures-eenheid.

Termoplastiese koolstofvesel-komposiete bied potensieel lugvaart-OEM's verskeie voordele bo termoplastiese komposiete, maar tot onlangs kon vervaardigers nie onderdele van termoplastiese samestellings teen hoë tariewe en teen lae koste maak nie, het hy gesê.

In die afgelope vyf jaar het OEM's begin kyk verder as die maak van onderdele van termoharde materiale soos die stand van koolstof-vesel saamgestelde dele vervaardiging wetenskap ontwikkel het, eers om harsinfusie en hars oordrag giet (RTM) tegnieke te gebruik om vliegtuigonderdele te maak, en dan om termoplastiese samestellings te gebruik.

GKN Aerospace het baie belê in die ontwikkeling van sy harsinfusie- en RTM-tegnologie vir die vervaardiging van groot vliegtuigstruktuurkomponente bekostigbaar en teen hoë tariewe. GKN maak nou 'n 17 meter lange, enkelstuk saamgestelde vlerkspar met gebruik van harsinfusievervaardiging, volgens Max Brown, VP van tegnologie vir GKN Aerospace se Horizon 3-gevorderde-tegnologie-inisiatief.

OEM's se swaar saamgestelde vervaardigingsbeleggings in die afgelope paar jaar het ook strategiese besteding aan die ontwikkeling van vermoëns ingesluit om hoëvolume-vervaardiging van termoplastiese onderdele moontlik te maak, volgens Dion.

Die mees noemenswaardige verskil tussen termoharde en termoplastiese materiale lê in die feit dat termoharde materiale in koue stoor gehou moet word voordat dit in dele gevorm word, en sodra dit gevorm is, moet 'n termoharde deel vir baie ure in 'n outoklaaf verhard word. Die prosesse verg baie energie en tyd, en dus is produksiekoste van termoharde onderdele geneig om hoog te bly.

Uitharding verander die molekulêre struktuur van 'n termoharde saamgestelde stof onomkeerbaar, wat die onderdeel sy sterkte gee. In die huidige stadium van tegnologiese ontwikkeling maak genesing egter ook die materiaal in die deel ongeskik vir hergebruik in 'n primêre strukturele komponent.

Termoplastiese materiale benodig egter nie koue stoor of bak wanneer dit in dele gemaak word nie, volgens Dion. Hulle kan in die finale vorm van 'n eenvoudige deel gestempel word - elke hakie vir die romprame in die Airbus A350 is 'n termoplastiese saamgestelde deel - of in 'n tussenstadium van 'n meer komplekse komponent.

Termoplastiese materiale kan op verskeie maniere aanmekaar gesweis word, sodat komplekse, hoogs gevormde dele van eenvoudige substrukture gemaak kan word. Vandag word hoofsaaklik induksiesweiswerk gebruik, wat volgens Dion slegs toelaat dat plat, konstante dikte onderdele van subonderdele gemaak word. Collins ontwikkel egter vibrasie- en wrywingsweistegnieke om termoplastiese dele te verbind, wat, sodra dit gesertifiseer is, dit uiteindelik sal toelaat om "werklik gevorderde komplekse strukture" te produseer, het hy gesê.

Die vermoë om termoplastiese materiale aanmekaar te sweis om komplekse strukture te maak, stel vervaardigers in staat om weg te doen met die metaalskroewe, hegstukke en skarniere wat deur termoharde onderdele benodig word vir aansluiting en vou, en sodoende 'n gewigverminderingsvoordeel van ongeveer 10 persent skep, skat Brown.

Tog bind termoplastiese samestellings beter aan metale as termoplastiese komposiete, volgens Brown. Terwyl industriële R&D wat daarop gemik is om praktiese toepassings vir daardie termoplastiese eienskap te ontwikkel "op 'n vroeë-volwassenheid tegnologie gereedheidsvlak" bly, kan dit uiteindelik lugvaartingenieurs toelaat om komponente te ontwerp wat hibriede termoplastiese-en-metaal-geïntegreerde strukture bevat.

Een potensiële toepassing kan byvoorbeeld 'n een-stuk, liggewig passasiersitplek vir passasiersvliegtuie wees wat al die metaalgebaseerde stroombane bevat wat benodig word vir die koppelvlak wat deur die passasier gebruik word om sy of haar invlugvermaakopsies, sitplekbeligting, oorhoofse waaier te kies en te beheer , elektronies beheerde sitplekleuning, vensterskadudeursigtigheid en ander funksies.

In teenstelling met termoplastiese materiale, wat gehard moet word om die styfheid, sterkte en vorm te produseer wat benodig word van die dele waarin hulle gemaak word, verander die molekulêre strukture van termoplastiese saamgestelde materiale nie wanneer dit in dele gemaak word nie, volgens Dion.

Gevolglik is termoplastiese materiale baie meer breukbestand as termoplastiese materiale as termoplastiese materiale, terwyl dit soortgelyke, indien nie sterker nie, strukturele taaiheid en sterkte bied. "So jy kan [onderdele] tot baie dunner meters ontwerp," het Dion gesê, wat beteken dat termoplastiese onderdele minder weeg as enige termoplastiese onderdele wat hulle vervang, selfs afgesien van die bykomende gewigsvermindering as gevolg van die feit dat termoplastiese onderdele nie metaalskroewe of hegstukke benodig nie .

Die herwinning van termoplastiese onderdele behoort ook 'n eenvoudiger proses te wees as die herwinning van termoplastiese onderdele. Teen die huidige stand van tegnologie (en vir 'n geruime tyd om te kom) verhoed die onomkeerbare veranderinge in molekulêre struktuur wat veroorsaak word deur die genesing van termoharde materiale die gebruik van herwonne materiaal om nuwe dele van gelyke sterkte te maak.

Herwinning van termoharde dele behels die maal van die koolstofvesels in die materiaal in klein lengtes en die verbranding van die vesel-en-harsmengsel voordat dit herverwerk word. Die materiaal wat vir herverwerking verkry word, is struktureel swakker as die termoharde materiaal waaruit die herwonne deel gemaak is, so herwinning van termoharde dele in nuwes verander tipies "'n sekondêre struktuur in 'n tersiêre een," het Brown gesê.

Aan die ander kant, omdat die molekulêre strukture van termoplastiese dele nie verander in die dele-vervaardiging en dele-verbinding prosesse nie, kan hulle eenvoudig afgesmelt word in vloeibare vorm en herverwerk word in dele so sterk soos die oorspronklikes, volgens Dion.

Vliegtuigontwerpers kan kies uit 'n wye verskeidenheid verskillende termoplastiese materiale wat beskikbaar is om van te kies in die ontwerp en vervaardiging van onderdele. "'n Redelik wye reeks harse" is beskikbaar waarin eendimensionele koolstofveselfilamente of tweedimensionele weefsels ingebed kan word, wat verskillende materiaaleienskappe produseer, het Dion gesê. "Die mees opwindende harse is die laagsmeltende harse," wat by relatief lae temperature smelt en dus by laer temperature gevorm en gevorm kan word.

Verskillende klasse termoplastiek bied ook verskillende styfheidseienskappe (hoog, medium en laag) en algehele kwaliteit, volgens Dion. Die harse van die hoogste gehalte kos die meeste, en bekostigbaarheid verteenwoordig die Achilleshiel vir termoplastiek in vergelyking met termoharde materiale. Tipies kos dit meer as termoharde, en vliegtuigvervaardigers moet daardie feit in hul koste/voordeel-ontwerpberekeninge in ag neem, het Brown gesê.

Deels om daardie rede sal GKN Aerospace en ander voortgaan om die meeste op termohardende materiale te fokus wanneer groot struktuuronderdele vir vliegtuie vervaardig word. Hulle gebruik reeds termoplastiese materiale wyd in die maak van kleiner strukturele dele soos empennages, roere, en spoilers. Binnekort, wanneer hoëvolume, laekoste-vervaardiging van liggewig termoplastiese onderdele egter roetine word, sal vervaardigers dit baie wyer gebruik - veral in die ontluikende eVTOL UAM-mark, het Dion afgesluit.

kom van ainonline