noticias

Dependendo dende hai moito tempo de materiais de fibra de carbono termoestables para fabricar pezas estruturais compostas moi resistentes para aeronaves, os OEM aeroespaciais están adoptando agora outra clase de materiais de fibra de carbono xa que os avances tecnolóxicos prometen a fabricación automatizada de novas pezas non termoestables a alto volume, baixo custo e peso máis lixeiro.

Aínda que os materiais compostos termoplásticos de fibra de carbono "existen desde hai moito tempo", só recentemente os fabricantes aeroespaciais puideron considerar o seu uso xeneralizado na fabricación de pezas de avións, incluíndo compoñentes estruturais primarios, dixo Stephane Dion, vicepresidente de enxeñería da unidade de Estruturas Avanzadas de Collins Aerospace.

Os compostos termoplásticos de fibra de carbono ofrecen potencialmente aos OEM aeroespaciais varias vantaxes sobre os compostos termoestables, pero ata hai pouco os fabricantes non podían fabricar pezas con compostos termoplásticos a prezos elevados e a baixo custo, dixo.

Nos últimos cinco anos, os fabricantes de equipos originales comezaron a mirar máis aló da fabricación de pezas a partir de materiais termoestables a medida que se desenvolveu o estado da ciencia de fabricación de pezas compostas de fibra de carbono, primeiro empregando técnicas de infusión de resina e de moldeo por transferencia de resina (RTM) para fabricar pezas de aeronaves, e despois para empregar compostos termoplásticos.

GKN Aerospace investiu moito no desenvolvemento da súa tecnoloxía de infusión de resina e RTM para a fabricación de compoñentes estruturais de grandes aeronaves a prezos económicos e elevados. GKN agora fabrica un largueiro de alar composto dunha soa peza de 17 metros de lonxitude mediante a fabricación de infusión de resina, segundo Max Brown, vicepresidente de tecnoloxía da iniciativa de tecnoloxías avanzadas Horizon 3 de GKN Aerospace.

Segundo Dion, os fortes investimentos de fabricación de compostos dos OEM nos últimos anos tamén incluíron gastos estratéxicos no desenvolvemento de capacidades para permitir a fabricación de grandes volumes de pezas termoplásticas.

A diferenza máis notable entre os materiais termoendurecibles e termoplásticos reside no feito de que os materiais termoendurecibles deben manterse en frío antes de ser moldeados en pezas e, unha vez conformadas, unha peza termoendurecida debe someterse ao curado durante moitas horas nun autoclave. Os procesos requiren unha gran cantidade de enerxía e tempo, polo que os custos de produción das pezas termoestables adoitan permanecer elevados.

O curado altera a estrutura molecular dun composto termoestable de forma irreversible, dándolle á peza a súa resistencia. Non obstante, na fase actual de desenvolvemento tecnolóxico, o curado tamén fai que o material da peza sexa inadecuado para a súa reutilización nun compoñente estrutural primario.

Non obstante, os materiais termoplásticos non requiren almacenamento en frío nin cocción cando se fan en pezas, segundo Dion. Pódense estampar na forma final dunha peza simple (cada soporte para os cadros da fuselaxe do Airbus A350 é unha peza composta termoplástica) ou nunha etapa intermedia dun compoñente máis complexo.

Os materiais termoplásticos pódense soldar entre si de varias maneiras, permitindo que se fagan pezas complexas e de gran forma a partir de subestruturas sinxelas. Hoxe en día utilízase principalmente a soldadura por indución, que só permite que se fagan pezas planas e de espesor constante a partir de subpezas, segundo Dion. Non obstante, Collins está a desenvolver técnicas de soldadura por vibración e fricción para unir pezas termoplásticas, que unha vez certificadas espera que lle permitan producir "estruturas complexas verdadeiramente avanzadas", dixo.

A capacidade de soldar materiais termoplásticos para facer estruturas complexas permite aos fabricantes eliminar os parafusos metálicos, os parafusos e as bisagras que requiren as pezas termoestables para unir e dobrar, creando así un beneficio de redución de peso dun 10 por cento, estima Brown.

Aínda así, os compostos termoplásticos únense mellor aos metais que os termoestables, segundo Brown. Aínda que a I+D industrial destinada a desenvolver aplicacións prácticas para esa propiedade termoplástica permanece "nun nivel de preparación tecnolóxica de madurez temperá", pode eventualmente permitir que os enxeñeiros aeroespaciais deseñen compoñentes que conteñan estruturas integradas de termoplástico e metal híbridos.

Unha aplicación potencial podería ser, por exemplo, un asento de pasaxeiros dun avión de liña lixeiro dunha peza que contén todos os circuítos baseados en metal necesarios para a interface utilizada polo pasaxeiro para seleccionar e controlar as súas opcións de entretemento en voo, iluminación do asento, ventilador superior. , reclinación do asento controlada electrónicamente, opacidade da cortina da fiestra e outras funcións.

A diferenza dos materiais termoestables, que precisan de cura para producir a rixidez, resistencia e forma necesarias das pezas nas que se fabrican, as estruturas moleculares dos materiais compostos termoplásticos non cambian cando se converten en pezas, segundo Dion.

Como resultado, os materiais termoplásticos son moito máis resistentes á fractura ao impacto que os termoestables ao tempo que ofrecen unha tenacidade e resistencia estrutural similares, se non máis fortes. "Así que podes deseñar [pezas] con calibres moito máis finos", dixo Dion, o que significa que as pezas termoplásticas pesan menos que as pezas termoestables que substitúen, aínda que non sexan as reducións de peso adicionais derivadas do feito de que as pezas termoplásticas non necesitan parafusos ou fixadores metálicos. .

A reciclaxe de pezas termoplásticas tamén debería resultar un proceso máis sinxelo que a reciclaxe de pezas termoestables. No estado actual da tecnoloxía (e durante algún tempo), os cambios irreversibles na estrutura molecular producidos polo curado de materiais termoestables impiden o uso de material reciclado para fabricar novas pezas de resistencia equivalente.

A reciclaxe de pezas termoestables implica moer as fibras de carbono do material en pequenas lonxitudes e queimar a mestura de fibra e resina antes de reprocesala. O material obtido para o reprocesamento é estruturalmente máis débil que o material termoendurecible do que se fixo a parte reciclada, polo que reciclar pezas termoendurecibles en novas normalmente converte "unha estrutura secundaria nunha terciaria", dixo Brown.

Por outra banda, debido a que as estruturas moleculares das pezas termoplásticas non cambian nos procesos de fabricación e unión de pezas, poden simplemente fundirse en forma líquida e reprocesar en pezas tan fortes como as orixinais, segundo Dion.

Os deseñadores de aeronaves poden escoller entre unha ampla selección de diferentes materiais termoplásticos dispoñibles para elixir no deseño e fabricación de pezas. "Hai dispoñible unha gama bastante ampla de resinas" nas que se poden incrustar filamentos de fibra de carbono unidimensional ou tecidos bidimensionais, producindo diferentes propiedades de materiais, dixo Dion. "As resinas máis emocionantes son as resinas de baixo punto de fusión", que se funden a temperaturas relativamente baixas e, polo tanto, poden ser moldeadas e formadas a temperaturas máis baixas.

As diferentes clases de termoplásticos tamén ofrecen diferentes propiedades de rixidez (alta, media e baixa) e calidade xeral, segundo Dion. As resinas de maior calidade custan máis, e a accesibilidade representa o talón de Aquiles dos termoplásticos en comparación cos materiais termoestables. Normalmente, custan máis que os termoestables, e os fabricantes de avións deben considerar ese feito nos seus cálculos de deseño custo/beneficio, dixo Brown.

En parte por ese motivo, GKN Aerospace e outros seguirán centrándose principalmente nos materiais termoestables cando fabriquen pezas estruturais grandes para aeronaves. Xa usan materiais termoplásticos amplamente na fabricación de pezas estruturais máis pequenas, como empenaxes, temóns e spoilers. Non obstante, pronto, cando a fabricación de grandes volumes e baixo custo de pezas termoplásticas lixeiras se converta en rutina, os fabricantes utilizaránas moito máis, especialmente no florecente mercado eVTOL UAM, concluíu Dion.

veñen de ainonline