notizia

A lungo affidamento sui materiali in fibra di carbonio termoset per produrre parti strutturali composite molto forti per gli aeromobili, gli OEM aerospaziali stanno ora abbracciando un'altra classe di materiali in fibra di carbonio poiché i progressi tecnologici promettono una produzione automatizzata di nuove parti non termoset di alto volume, a basso costo e Peso più leggero.

Mentre i materiali compositi in fibra di carbonio termoplastico "sono state intorno a molto tempo", solo di recente i produttori aerospaziali potrebbero considerare il loro uso diffuso nella realizzazione di parti di aeromobili, comprese le componenti strutturali primarie, ha affermato Stephane Dion, ingegneria del vicepresidente presso l'unità di strutture avanzate di Collins Aerospace.

I compositi di fibra di carbonio termoplastica offrono potenzialmente OEM aerospaziali diversi vantaggi rispetto ai compositi termoset, ma fino a poco tempo fa i produttori non potevano realizzare parti di compositi termoplastici a tassi elevati e a basso costo, ha affermato.

Negli ultimi cinque anni, gli OEM hanno iniziato a guardare oltre la realizzazione di parti dai materiali termoinalizza impiegare compositi termoplastici.

GKN Aerospace ha investito molto nello sviluppo della sua tecnologia di infusione di resina e RTM per la produzione di grandi componenti strutturali aeronautici in modo conveniente e ad alti tassi. GKN ora produce un longarone alare composito a singolo pezzo lungo 17 metri che utilizza la produzione di infusione di resina, secondo Max Brown, vicepresidente della tecnologia per l'iniziativa di Tecnologie avanzate di GKN Aerospace.

Gli investimenti di produzione composita pesante degli OEM negli ultimi anni hanno anche incluso la spesa strategicamente per lo sviluppo di capacità per consentire la produzione ad alto volume di parti termoplastiche, secondo Dion.

La differenza più notevole tra termoset e materiali termoplastici sta nel fatto che i materiali termoset devono essere conservati in conservazione a freddo prima di essere modellati in parti e una volta modellato, una parte termoset deve sottoporsi a indurimento per molte ore in autoclave. I processi richiedono molta energia e tempo, quindi i costi di produzione delle parti del termoset tendono a rimanere alti.

La cura altera la struttura molecolare di un termoset composito in modo irreversibile, dando alla parte la sua forza. Tuttavia, nella fase attuale dello sviluppo tecnologico, la cura rende anche il materiale nella parte inadatto al riutilizzo in una componente strutturale primaria.

Tuttavia, i materiali termoplastici non richiedono stoccaggio a freddo o cottura se trasformati in parti, secondo Dion. Possono essere stampati nella forma finale di una parte semplice: ogni parentesi per i telai della fusoliera nell'Airbus A350 è una parte composita termoplastica - o in una fase intermedia di un componente più complesso.

I materiali termoplastici possono essere saldati insieme in vari modi, consentendo di realizzare parti complesse e altamente formate da semplici sottostrutture. Oggi viene utilizzata principalmente la saldatura a induzione, il che consente solo parti pianeggianti e spessore costante da parte di parti secondarie, secondo Dion. Tuttavia, Collins sta sviluppando tecniche di saldatura per vibrazioni e attrito per unire le parti termoplastiche, che una volta certificate che si aspetta alla fine gli consentirà di produrre "strutture complesse veramente avanzate", ha affermato.

La capacità di saldare insieme materiali termoplastici per realizzare strutture complesse consente ai produttori di eliminare le viti metalliche, i dispositivi di fissaggio e le cerniere necessarie dalle parti del termoinset per l'adesione e la piegatura, creando così un beneficio di riduzione del peso di circa il 10 percento, stime marroni.

Tuttavia, i compositi termoplastici si legano meglio ai metalli rispetto ai compositi termoset, secondo Brown. Mentre la R&S industriale mirava a sviluppare applicazioni pratiche per quella proprietà termoplastica rimane "a un livello di prontezza della tecnologia a maturità precoce", potrebbe eventualmente consentire agli ingegneri aerospaziali di progettare componenti che contengono strutture integrate termoplastiche e metalliche ibride.

Una potenziale applicazione potrebbe, ad esempio, essere un sedile passeggero di aereo di linea leggera e leggero contenente tutti i circuiti a base di metallo necessari per l'interfaccia utilizzata dal passeggero per selezionare e controllare le sue opzioni di intrattenimento in volo, illuminazione dei sedili , Recline del sedile controllata elettronicamente, opacità all'ombra della finestra e altre funzioni.

A differenza dei materiali termoset, che hanno bisogno di indurimento per produrre la rigidità, la resistenza e la forma necessarie dalle parti in cui vengono realizzati, le strutture molecolari dei materiali compositi termoplastici non cambiano se trasformate in parti, secondo Dion.

Di conseguenza, i materiali termoplastici sono molto più resistenti alla frattura all'impatto rispetto ai materiali termoset che offrono pur offrendo una tenacità e una forza strutturali simili, se non più forti. "Quindi è possibile progettare [parti] con calibri molto più sottili", ha detto Dion, il che significa che le parti termoplastiche pesano meno di qualsiasi parte di termoset che sostituiscono, anche a parte le ulteriori riduzioni del peso risultanti dal fatto che le parti termoplastiche non richiedono viti metalliche o addetti ai dispositivi di fissaggio .

Le parti termoplastiche di riciclaggio dovrebbero anche rivelarsi un processo più semplice rispetto alle parti del termoset di riciclaggio. Allo stato attuale della tecnologia (e per qualche tempo a venire), le variazioni irreversibili nella struttura molecolare prodotte curando i materiali termoset impediscono l'uso di materiale riciclato per creare nuove parti di resistenza equivalente.

Le parti del termoset di riciclaggio comportano la macellazione delle fibre di carbonio nel materiale in piccole lunghezze e la combustione della miscela di fibre e resina prima di ritrattarla. Il materiale ottenuto per il ritrattamento è strutturalmente più debole del materiale termoset da cui è stata realizzata la parte riciclata, quindi riciclaggio di parti termoset in nuove in genere trasformano "una struttura secondaria in una terziaria", ha detto Brown.

D'altra parte, poiché le strutture molecolari delle parti termoplastiche non cambiano nei processi di fabbricazione e parti di parti, possono semplicemente essere sciolte in forma liquida e rielaborate in parti forti come gli originali, secondo Dion.

I progettisti di aeromobili possono scegliere tra un'ampia selezione di diversi materiali termoplastici disponibili tra cui scegliere nella progettazione e nella produzione di parti. "Una gamma piuttosto ampia di resine" è disponibile in cui possono essere incorporati i filamenti in fibra di carbonio unidimensionali o le trame bidimensionali, producendo diverse proprietà del materiale, ha affermato Dion. "Le resine più eccitanti sono le resine a bassa calda", che si sciolgono a temperature relativamente basse e quindi possono essere modellate e formate a temperature più basse.

Diverse classi di termoplastici offrono anche diverse proprietà di rigidità (alta, media e bassa) e qualità generale, secondo Dion. Le resine di alta qualità costano maggiormente e l'accessibilità economica rappresenta il tallone di Achille per le termoplastiche rispetto ai materiali termoinali. In genere, costano più dei termoset e i produttori di aeromobili devono considerare questo fatto nei loro calcoli di progettazione di costi/benefici, ha affermato Brown.

In parte per questo motivo, GKN Aerospace e altri continueranno a concentrarsi maggiormente sui materiali termoset quando si producono grandi parti strutturali per gli aeromobili. Usano già materiali termoplastici ampiamente nella realizzazione di parti strutturali più piccole come empenna, timoni e spoiler. Presto, tuttavia, quando diventa routine la produzione ad alto volume ea basso costo di parti termoplastiche leggere, i produttori le useranno molto più ampiamente, in particolare nel fiorente mercato di Evtol UAM, ha concluso Dion.

Vieni da Ainonline