berita

Lama bergantung pada bahan gentian karbon termoset untuk membuat bahagian struktur komposit yang sangat kuat untuk pesawat, OEM aeroangkasa kini menerima satu lagi kelas bahan gentian karbon kerana kemajuan teknologi menjanjikan pembuatan automatik bahagian bukan termoset baharu pada volum tinggi, kos rendah dan berat lebih ringan.

Walaupun bahan komposit gentian karbon termoplastik "sudah lama wujud," hanya baru-baru ini pengeluar aeroangkasa boleh mempertimbangkan penggunaan meluas mereka dalam membuat bahagian pesawat, termasuk komponen struktur utama, kata Stephane Dion, kejuruteraan vp di unit Struktur Lanjutan Collins Aerospace.

Komposit gentian karbon termoplastik berpotensi menawarkan OEM aeroangkasa beberapa kelebihan berbanding komposit termoset, tetapi sehingga baru-baru ini pengeluar tidak dapat membuat bahagian daripada komposit termoplastik pada kadar tinggi dan pada kos rendah, katanya.

Dalam tempoh lima tahun yang lalu, OEM telah mula melihat di luar membuat bahagian daripada bahan termoset apabila keadaan sains pembuatan bahagian komposit gentian karbon berkembang, mula-mula menggunakan infusi resin dan teknik pengacuan pemindahan resin (RTM) untuk membuat bahagian pesawat, dan kemudian untuk menggunakan komposit termoplastik.

GKN Aerospace telah melabur banyak dalam membangunkan resin-infusi dan teknologi RTM untuk pembuatan komponen struktur pesawat besar dengan harga yang berpatutan dan pada kadar yang tinggi. GKN kini membuat spar sayap komposit sekeping tunggal sepanjang 17 meter menggunakan pembuatan infusi resin, menurut Max Brown, vp teknologi untuk inisiatif teknologi canggih Horizon 3 GKN Aerospace.

Pelaburan besar pembuatan komposit OEM dalam beberapa tahun kebelakangan ini juga termasuk perbelanjaan secara strategik untuk membangunkan keupayaan untuk membolehkan pengeluaran bahagian termoplastik volum tinggi, menurut Dion.

Perbezaan yang paling ketara antara bahan termoset dan termoplastik terletak pada fakta bahawa bahan termoset mesti disimpan dalam simpanan sejuk sebelum dibentuk menjadi bahagian, dan apabila dibentuk, bahagian termoset mesti menjalani pengawetan selama berjam-jam dalam autoklaf. Proses tersebut memerlukan banyak tenaga dan masa, maka kos pengeluaran bahagian termoset cenderung kekal tinggi.

Pengawetan mengubah struktur molekul komposit termoset secara tidak dapat dipulihkan, memberikan bahagian itu kekuatannya. Walau bagaimanapun, pada peringkat semasa pembangunan teknologi, pengawetan juga menyebabkan bahan di bahagian tidak sesuai untuk digunakan semula dalam komponen struktur utama.

Bagaimanapun, bahan termoplastik tidak memerlukan penyimpanan sejuk atau dibakar apabila dibuat bahagian, menurut Dion. Ia boleh dicop ke dalam bentuk akhir bahagian ringkas—setiap kurungan untuk bingkai fiuslaj dalam Airbus A350 ialah bahagian komposit termoplastik—atau ke peringkat pertengahan komponen yang lebih kompleks.

Bahan termoplastik boleh dikimpal bersama dalam pelbagai cara, membenarkan bahagian yang kompleks dan berbentuk tinggi dibuat daripada substruktur ringkas. Hari ini kimpalan aruhan digunakan terutamanya, yang hanya membenarkan bahagian yang rata dan tebal tetap dibuat daripada sub-bahagian, menurut Dion. Bagaimanapun, Collins sedang membangunkan teknik kimpalan getaran dan geseran untuk menyambung bahagian termoplastik, yang apabila diperakui ia menjangka akhirnya akan membolehkannya menghasilkan "struktur kompleks yang benar-benar maju," katanya.

Keupayaan untuk mengimpal bersama bahan termoplastik untuk membuat struktur kompleks membolehkan pengeluar menghapuskan skru logam, pengikat dan engsel yang diperlukan oleh bahagian termoset untuk dicantum dan dilipat, dengan itu mencipta faedah pengurangan berat kira-kira 10 peratus, anggaran Brown.

Namun, komposit termoplastik mengikat lebih baik kepada logam daripada komposit termoset, menurut Brown. Walaupun R&D perindustrian yang bertujuan untuk membangunkan aplikasi praktikal untuk harta termoplastik itu kekal "pada tahap kesediaan teknologi matang awal," ia akhirnya mungkin membenarkan jurutera aeroangkasa mereka bentuk komponen yang mengandungi struktur bersepadu termoplastik-dan-logam hibrid.

Satu aplikasi yang berpotensi, sebagai contoh, boleh menjadi tempat duduk penumpang pesawat satu bahagian, ringan yang mengandungi semua litar berasaskan logam yang diperlukan untuk antara muka yang digunakan oleh penumpang untuk memilih dan mengawal pilihan hiburan dalam penerbangannya, pencahayaan tempat duduk, kipas atas kepala. , sandar tempat duduk dikawal secara elektronik, kelegapan teduh tingkap dan fungsi lain.

Tidak seperti bahan termoset, yang memerlukan pengawetan untuk menghasilkan kekakuan, kekuatan dan bentuk yang diperlukan daripada bahagian yang digunakan, struktur molekul bahan komposit termoplastik tidak berubah apabila dibuat menjadi bahagian, menurut Dion.

Akibatnya, bahan termoplastik jauh lebih tahan patah apabila hentaman berbanding bahan termoset sambil menawarkan keliatan dan kekuatan struktur yang serupa, jika tidak lebih kuat. "Jadi, anda boleh mereka bentuk [bahagian] kepada tolok yang lebih nipis," kata Dion, bermakna bahagian termoplastik mempunyai berat kurang daripada mana-mana bahagian termoset yang digantikannya, malah selain daripada pengurangan berat tambahan akibat fakta bahagian termoplastik tidak memerlukan skru atau pengikat logam .

Kitar semula bahagian termoplastik juga harus membuktikan proses yang lebih mudah daripada mengitar semula bahagian termoset. Pada keadaan teknologi semasa (dan untuk beberapa waktu akan datang), perubahan tidak dapat dipulihkan dalam struktur molekul yang dihasilkan oleh pengawetan bahan termoset menghalang penggunaan bahan kitar semula untuk membuat bahagian baharu dengan kekuatan yang setara.

Kitar semula bahagian termoset melibatkan mengisar gentian karbon dalam bahan kepada panjang yang kecil dan membakar campuran gentian dan resin sebelum memprosesnya semula. Bahan yang diperoleh untuk pemprosesan semula secara strukturnya lebih lemah daripada bahan termoset dari mana bahagian kitar semula itu dibuat, jadi mengitar semula bahagian termoset kepada yang baharu lazimnya menukar "struktur sekunder kepada yang tertier," kata Brown.

Sebaliknya, kerana struktur molekul bahagian termoplastik tidak berubah dalam proses pembuatan bahagian dan penyambung bahagian, ia hanya boleh dileburkan ke dalam bentuk cecair dan diproses semula menjadi bahagian sekuat yang asal, menurut Dion.

Pereka pesawat boleh memilih daripada pelbagai pilihan bahan termoplastik berbeza yang tersedia untuk dipilih dalam reka bentuk dan pembuatan bahagian. "Julat resin yang agak luas" tersedia di mana filamen gentian karbon satu dimensi atau anyaman dua dimensi boleh dibenamkan, menghasilkan sifat bahan yang berbeza, kata Dion. "Resin yang paling menarik ialah resin cair rendah," yang cair pada suhu yang agak rendah dan boleh dibentuk dan dibentuk pada suhu yang lebih rendah.

Kelas termoplastik yang berbeza juga menawarkan sifat kekakuan yang berbeza (tinggi, sederhana dan rendah) dan kualiti keseluruhan, menurut Dion. Kos resin berkualiti tinggi paling tinggi, dan harga mampu milik mewakili tumit Achilles untuk termoplastik berbanding dengan bahan termoset. Biasanya, kosnya lebih tinggi daripada termoset, dan pengeluar pesawat mesti mempertimbangkan fakta itu dalam pengiraan reka bentuk kos/faedah mereka, kata Brown.

Sebahagiannya atas sebab itu, GKN Aerospace dan lain-lain akan terus menumpukan pada bahan termoset apabila mengeluarkan bahagian struktur yang besar untuk pesawat. Mereka sudah menggunakan bahan termoplastik secara meluas dalam membuat bahagian struktur yang lebih kecil seperti empennages, kemudi, dan spoiler. Walau bagaimanapun, tidak lama lagi, apabila pembuatan bahagian termoplastik ringan dengan volum tinggi dan kos rendah menjadi rutin, pengeluar akan menggunakannya dengan lebih meluas—terutamanya dalam pasaran eVTOL UAM yang sedang berkembang, kata Dion.

datang dari ainonline