ziņas

Ilgstoši paļaujoties uz termoreaktīvo oglekļa šķiedru materiāliem, lai izgatavotu ļoti spēcīgas kompozītmateriālu konstrukciju daļas lidmašīnām, aviācijas un kosmosa oriģinālo iekārtu ražotāji tagad izmanto citu oglekļa šķiedru materiālu klasi, jo tehnoloģiskie sasniegumi sola automatizētu jaunu termoreaktīvo detaļu ražošanu ar lielu apjomu, zemām izmaksām un vieglāks svars.

Lai gan termoplastiskie oglekļa šķiedras kompozītmateriāli “ir bijuši jau ilgu laiku”, tikai nesen kosmosa ražotāji varēja apsvērt to plašo izmantošanu gaisa kuģu detaļu, tostarp primāro strukturālo komponentu, ražošanā, sacīja Stīvens Dions, Collins Aerospace Advanced Structures nodaļas inženierzinātnes.

Viņš teica, ka termoplastiskie oglekļa šķiedras kompozītmateriāli potenciāli piedāvā kosmosa oriģinālo iekārtu ražotājiem vairākas priekšrocības salīdzinājumā ar termoreaktīviem kompozītmateriāliem, taču vēl nesen ražotāji nevarēja izgatavot detaļas no termoplastiskiem kompozītmateriāliem ar lielu ātrumu un zemām izmaksām.

Pēdējos piecos gados oriģinālo iekārtu ražotāji ir sākuši raudzīties ne tikai uz detaļu izgatavošanu no termoreaktīviem materiāliem, jo ​​attīstījās oglekļa šķiedras kompozītmateriālu detaļu ražošanas zinātne, vispirms izmantojot sveķu infūzijas un sveķu pārneses formēšanas (RTM) paņēmienus, lai izgatavotu lidmašīnas detaļas, bet pēc tam izmantot termoplastiskus kompozītmateriālus.

Uzņēmums GKN Aerospace ir ieguldījis lielus ieguldījumus savas sveķu infūzijas un RTM tehnoloģijas izstrādē, lai par pieņemamu cenu un augstu ātrumu ražotu lielu gaisa kuģu konstrukcijas komponentus. Saskaņā ar Maks Brauns, GKN Aerospace progresīvo tehnoloģiju iniciatīvas Horizon 3 tehnoloģiju viceprezidents, GKN tagad izgatavo 17 metrus garu viengabala kompozītmateriālu spārnu spārnu, izmantojot sveķu infūzijas ražošanu.

Saskaņā ar Dion teikto oriģinālo iekārtu ražotāju lielās investīcijas kompozītmateriālu ražošanā pēdējos gados ir ietvērušas arī stratēģiskus izdevumus, lai attīstītu iespējas, lai ļautu ražot liela apjoma termoplastiskas detaļas.

Visievērojamākā atšķirība starp termoreaktīvajiem un termoplastiskajiem materiāliem slēpjas faktā, ka termoreaktīvie materiāli pirms formēšanas daļās ir jāuzglabā aukstumā, un pēc formas termoreaktīvajai daļai vairākas stundas jācietē autoklāvā. Procesi prasa daudz enerģijas un laika, tāpēc termoreaktīvo detaļu ražošanas izmaksas mēdz palikt augstas.

Sacietēšana neatgriezeniski maina termoreaktīva kompozīta molekulāro struktūru, piešķirot detaļai tās izturību. Tomēr pašreizējā tehnoloģiskās attīstības stadijā sacietēšana arī padara materiālu daļā nepiemērotu atkārtotai izmantošanai primārajā konstrukcijas komponentā.

Tomēr, saskaņā ar Dionu, termoplastiskajiem materiāliem nav nepieciešama uzglabāšana aukstumā vai cepšana, ja tie tiek izgatavoti daļās. Tos var iespiest vienkāršas daļas galīgajā formā — katrs Airbus A350 fizelāžas rāmju kronšteins ir termoplastiska kompozītmateriāla daļa — vai sarežģītāka komponenta starpposmā.

Termoplastiskus materiālus var sametināt kopā dažādos veidos, ļaujot no vienkāršām apakškonstrukcijām izgatavot sarežģītas, augstas formas detaļas. Mūsdienās galvenokārt tiek izmantota indukcijas metināšana, kas saskaņā ar Dionu ļauj izgatavot tikai plakanas, nemainīga biezuma detaļas no apakšdaļām. Tomēr Kolinss izstrādā vibrācijas un berzes metināšanas paņēmienus termoplastisku detaļu savienošanai, un pēc tam, kad tas būs sertificēts, tas galu galā ļaus ražot "patiesi progresīvas sarežģītas struktūras", viņš teica.

Spēja sametināt kopā termoplastiskus materiālus, lai izveidotu sarežģītas konstrukcijas, ļauj ražotājiem atteikties no metāla skrūvēm, stiprinājumiem un eņģēm, kas nepieciešamas termoreaktīvo detaļu savienošanai un locīšanai, tādējādi radot svara samazināšanas ieguvumu par aptuveni 10 procentiem, lēš Brauns.

Tomēr saskaņā ar Braunu termoplastiskie kompozītmateriāli labāk savienojas ar metāliem nekā termoreaktīvie kompozītmateriāli. Lai gan rūpnieciskā pētniecība un izstrāde, kuras mērķis ir izstrādāt praktiskus pielietojumus šim termoplastiskajam īpašumam, joprojām ir "tehnoloģijas gatavības agrīnā stadijā", tas galu galā varētu ļaut aviācijas un kosmosa inženieriem izstrādāt komponentus, kas satur hibrīdas termoplastiskās un metāla integrētās struktūras.

Viens no iespējamiem lietojumiem varētu būt, piemēram, viengabalains viegls pasažieru sēdeklis, kas satur visas metāla shēmas, kas nepieciešamas saskarnei, ko pasažieris izmanto, lai izvēlētos un kontrolētu savas lidojuma izklaides iespējas, sēdekļu apgaismojumu, gaisa ventilatoru. , elektroniski vadāms sēdekļa slīpums, logu abažūrs un citas funkcijas.

Atšķirībā no termoreaktīvajiem materiāliem, kuriem ir nepieciešama sacietēšana, lai iegūtu stingrību, izturību un formu, kas nepieciešama detaļām, kurās tie tiek izgatavoti, saskaņā ar Dionu termoplastisko kompozītmateriālu molekulārās struktūras nemainās, tos veidojot daļās.

Tā rezultātā termoplastiskie materiāli ir daudz izturīgāki pret triecieniem nekā termoreaktīvie materiāli, vienlaikus piedāvājot līdzīgu, ja ne stiprāku, strukturālo stingrību un izturību. "Tātad jūs varat izstrādāt [detaļas] daudz plānākiem mērierīcēm," sacīja Dions, kas nozīmē, ka termoplastiskās detaļas sver mazāk nekā jebkuras termoreaktīvas detaļas, kuras tās nomaina, pat ja neskaita papildu svara samazinājumu, kas izriet no tā, ka termoplastiskajām daļām nav vajadzīgas metāla skrūves vai stiprinājumi. .

Termoplastisko detaļu pārstrādei arī vajadzētu izrādīties vienkāršāks process nekā termoreaktīvo detaļu pārstrādei. Pašreizējā tehnoloģijas stāvoklī (un vēl kādu laiku) neatgriezeniskās molekulārās struktūras izmaiņas, ko rada termoreaktīvo materiālu sacietēšana, neļauj izmantot pārstrādātu materiālu, lai izgatavotu jaunas līdzvērtīgas stiprības daļas.

Termoreaktīvo detaļu pārstrāde ietver materiālā esošo oglekļa šķiedru sasmalcināšanu mazos gabaliņos un šķiedru un sveķu maisījuma sadedzināšanu pirms tā atkārtotas apstrādes. Pārstrādei iegūtais materiāls ir strukturāli vājāks par termoreaktīvo materiālu, no kura tika izgatavota pārstrādātā daļa, tāpēc termoreaktīvo detaļu pārstrāde jaunās parasti pārvērš "sekundāro struktūru par terciāro", sacīja Brauns.

No otras puses, tā kā termoplastisko detaļu molekulārās struktūras nemainās detaļu ražošanas un detaļu savienošanas procesos, tās var vienkārši izkausēt šķidrā veidā un pārstrādāt tikpat spēcīgās daļās kā oriģinālās, norāda Dions.

Gaisa kuģu dizaineri var izvēlēties no plašā dažādu termoplastisko materiālu klāsta, no kuriem izvēlēties, izstrādājot un ražojot detaļas. Ir pieejams "diezgan plašs sveķu klāsts", kuros var iestrādāt viendimensijas oglekļa šķiedras pavedienus vai divdimensiju pinumus, radot dažādas materiāla īpašības, sacīja Dions. "Visaizraujošākie sveķi ir zemas kušanas temperatūras sveķi", kas kūst salīdzinoši zemā temperatūrā, tāpēc tos var veidot un veidot zemākā temperatūrā.

Saskaņā ar Diona teikto, dažādas termoplastu klases piedāvā arī dažādas stingrības īpašības (augstu, vidēju un zemu) un vispārējo kvalitāti. Augstākās kvalitātes sveķi maksā visvairāk, un to pieejamība ir Ahileja papēdis termoplastiem salīdzinājumā ar termoreaktīvajiem materiāliem. Parasti tie maksā vairāk nekā termoreaktīvi, un lidmašīnu ražotājiem šis fakts jāņem vērā izmaksu un ieguvumu projektēšanas aprēķinos, sacīja Brauns.

Daļēji šī iemesla dēļ GKN Aerospace un citi, ražojot lielas gaisa kuģu konstrukcijas daļas, lielāko uzmanību pievērsīs termoreaktīvajiem materiāliem. Viņi jau plaši izmanto termoplastiskus materiālus, veidojot mazākas konstrukcijas daļas, piemēram, spārnus, stūres un spoileri. Tomēr drīzumā, kad vieglo termoplastisko detaļu liela apjoma un zemu izmaksu ražošana kļūs par rutīnu, ražotāji tās izmantos daudz plašāk, jo īpaši plaukstošajā eVTOL UAM tirgū, secināja Dions.

nāk no ainonline