航空機用の非常に強力な複合構造部品を作るための熱硬質炭素繊維材料に長く依存している航空宇宙OEMは、技術の進歩を約束して、大量、低コスト、および低コストで新しい非セルモセット部品の自動製造を約束するため、炭素繊維材料の別のクラスを受け入れています。軽量。
Collins AerospaceのAdvanced StructuresユニットのVPエンジニアリングであるStephane Dion氏によると、熱可塑性炭素繊維複合材料材料は「長い間」になっていますが、航空宇宙メーカーは最近の航空機部品の製造において広範な使用を検討することができました。
熱可塑性炭素繊維複合材料は、航空宇宙OEMに熱硬化性複合材料よりもいくつかの利点を提供する可能性がありますが、最近まで、メーカーは高速で低コストで熱可塑性複合材料から部品を作ることができませんでした、と彼は言いました。
過去5年間で、OEMは、炭素繊維複合部品製造科学の状態が開発されたため、サーモセット材料から部品を作るだけでなく、最初に樹脂注入および樹脂移動モールディング（RTM）技術を使用して航空機の部品を作成し、次に使用し、次に目を向けています。熱可塑性複合材料を採用します。
GKNAEROSPACEは、手頃な価格で高レートで大規模な航空機構造成分を製造するための樹脂浸潤とRTMテクノロジーの開発に多額の投資を行ってきました。 GKN Aerospace's Horizon 3 Advanced-Technologies Initiativeのテクノロジー担当副社長であるMax Brownによると、GKNは樹脂注入製造を使用して17メートルの長さのシングルピースコンポジットウィングスパーを製造しています。
DIONによると、OEMSの過去数年間のOEMSの重い複合製造投資には、熱可塑性部品の大量の製造を可能にする能力の開発に戦略的に費やすことも含まれています。
熱硬化性材料と熱可塑性材料の最も顕著な違いは、サーモセット材料を部品に形作る前にコールドストレージに保持する必要があるという事実にあり、一度形作られたら、サーモセット部分はオートクレーブで何時間も硬化しなければなりません。プロセスには多くのエネルギーと時間が必要であるため、サーモセット部品の生産コストは高いままになる傾向があります。
硬化は、熱硬化性複合材の分子構造を不可逆的に変化させ、その強度を与えます。ただし、技術開発の現在の段階では、硬化は、主要な構造コンポーネントでの再利用に適していない部品の材料もレンダリングします。
ただし、Dionによると、熱可塑性材料は、部品にするときに冷蔵またはベーキングを必要としません。それらは、単純な部分の最終的な形状に刻印することができます。エアバスA350の胴体フレームのすべてのブラケットは、熱可塑性コンポジット部分です。
熱可塑性材料は、さまざまな方法で一緒に溶接することができ、複雑で高度な形の部分を単純なサブ構造から作ることができます。 Dionによると、今日では誘導溶接が主に使用されており、平らで一定の厚さの部分のみをサブパートから作ることができます。しかし、コリンズは熱可塑性部品を結合するための振動と摩擦溶接技術を開発しています。
熱可塑性材料を溶接して複雑な構造を作成する機能により、メーカーは、熱セット部品が結合および折りたたむために必要な金属ネジ、ファスナー、およびヒンジを廃止することができ、それにより、約10％の重量削減の利点を作成することができます。
それでも、茶色によると、熱可塑性複合材料は、熱硬化性複合材料よりも金属に適しています。産業用研究開発は、その熱可塑性プロパティのための実用的なアプリケーションの開発を目的としていますが、「早期成熟技術の準備レベル」にとどまることができますが、最終的には、航空宇宙エンジニアがハイブリッド熱可塑性と金属の統合構造を含むコンポーネントを設計できるようにするかもしれません。
たとえば、1つの潜在的なアプリケーションは、乗客が機内エンターテイメントオプション、シート照明、オーバーヘッドファンを選択して制御するために使用されるインターフェイスに必要なすべての金属ベースの回路を含む、ワンピースの軽量な旅客機の助手席になる可能性があります。 、電子的に制御されたシートリクライニング、窓の色合いの不透明度、およびその他の機能。
ディオンによれば、熱可塑性複合材料の分子構造は、それらが作られた部分から必要な剛性、強度、および形状を生成する必要がある硬化、強度、および形状を生成する必要がある硬化材とは異なり、熱可塑性複合材料の分子構造は変化しません。
その結果、熱可塑性材料は、熱セット材料よりも衝撃に対してはるかに骨折に耐性があり、同様の強力ではないにしても構造的靭性と強度を提供します。 「したがって、[パーツ]をより薄いゲージに設計できます」とディオンは言いました。つまり、熱可塑性部品が金属ねじやファスナーを必要としないという事実から生じる追加の重量削減とは別に、交換する熱硬化部品よりも少ないことを意味します。 。
熱可塑性部品のリサイクルは、サーモセット部品のリサイクルよりも単純なプロセスを証明する必要があります。現在の技術状態（そして今後しばらくの間）では、熱セット材料を硬化させることによって生成される分子構造の不可逆的な変化は、リサイクル材料の使用を妨げて、同等の強度の新しい部分を作ることを防ぎます。
サーモセット部品のリサイクルには、材料の炭素繊維を少量の長さに粉砕し、再処理する前に繊維と樹脂の混合物を燃やすことが含まれます。再処理のために得られた材料は、リサイクルされた部分が作られた熱硬化性材料よりも構造的に弱いため、通常、サーモセット部品をリサイクルすることは通常「二次構造を三次構造に変えます」とブラウンは言いました。
一方、熱可塑性部分の分子構造は部品製造プロセスや部品結合プロセスで変化しないため、Dionによると、単に液体に溶けてオリジナルと同じくらい強い部分に再処理できます。
航空機の設計者は、部品の設計と製造で選択できるさまざまな熱可塑性材料の幅広い選択から選択できます。 「かなり広範囲の樹脂」が利用可能です。これには、1次元の炭素繊維フィラメントまたは2次元の織りが埋め込まれ、異なる材料特性を生成できます。 「最もエキサイティングな樹脂は低ゼルト樹脂です」は、比較的低い温度で溶けているため、低温で形成されて形成されます。
Dionによると、さまざまなクラスの熱可塑性科学部も、さまざまな剛性特性（高、中、低）と全体的な品質を提供します。最高品質の樹脂は最もコストがかかり、手頃な価格は熱硬化性材料と比較して熱可塑性科学のアキレスヒールを表しています。通常、彼らはサーモセットよりも費用がかかり、航空機のメーカーはその事実をコスト/福利厚生の設計計算において考慮しなければなりません、とブラウンは言いました。
そのためには、航空機用の大規模な構造部品を製造する際に、GKNAEROSPACEなどが熱セット材料に最も焦点を合わせ続けます。彼らはすでに、能力、丸み、ネタバレなどの小さな構造部品を作る際に熱可塑性材料を広く使用しています。しかし、まもなく、軽量の熱可塑性部品の大量の低コストの製造が日常的になると、メーカーはそれらをより広く使用します。特に、急成長するEvtol UAM市場では、Dionは結論付けました。
Ainonlineから来ます
投稿時間：08-2022年8月