tin tức

Từ lâu phụ thuộc vào vật liệu sợi carbon nhiệt rắn để chế tạo các bộ phận kết cấu composite rất chắc chắn cho máy bay, các OEM hàng không vũ trụ hiện đang sử dụng một loại vật liệu sợi carbon khác vì những tiến bộ công nghệ hứa hẹn sản xuất tự động các bộ phận không phải nhiệt rắn mới với khối lượng lớn, chi phí thấp và trọng lượng nhẹ hơn.

Stephane Dion, phó chủ tịch kỹ thuật tại đơn vị Cấu trúc nâng cao của Collins Aerospace cho biết, trong khi vật liệu composite sợi carbon nhựa nhiệt dẻo “đã có từ lâu”, thì chỉ gần đây các nhà sản xuất hàng không vũ trụ mới có thể xem xét sử dụng rộng rãi chúng trong việc chế tạo các bộ phận máy bay, bao gồm các bộ phận cấu trúc chính.

Ông cho biết, vật liệu tổng hợp sợi carbon nhựa nhiệt dẻo có khả năng mang lại cho các OEM hàng không vũ trụ một số lợi thế so với vật liệu tổng hợp nhiệt rắn, nhưng cho đến gần đây, các nhà sản xuất không thể chế tạo các bộ phận từ vật liệu tổng hợp nhựa nhiệt dẻo với tốc độ cao và chi phí thấp.

Trong 5 năm qua, các OEM đã bắt đầu nhìn xa hơn việc chế tạo các bộ phận từ vật liệu nhiệt rắn khi khoa học sản xuất bộ phận composite sợi carbon phát triển, đầu tiên là sử dụng kỹ thuật truyền nhựa và đúc chuyển nhựa (RTM) để chế tạo các bộ phận máy bay, sau đó sử dụng vật liệu composite nhiệt dẻo.

GKN Aerospace đã đầu tư rất nhiều vào việc phát triển công nghệ RTM và truyền nhựa để sản xuất các bộ phận cấu trúc máy bay lớn với giá cả phải chăng và tốc độ cao. Theo Max Brown, phó chủ tịch công nghệ của sáng kiến ​​công nghệ tiên tiến Horizon 3 của GKN Aerospace, GKN hiện sản xuất một thanh cánh cánh composite nguyên khối, dài 17 mét bằng cách sử dụng phương pháp sản xuất truyền nhựa.

Theo Dion, các khoản đầu tư lớn vào sản xuất vật liệu tổng hợp của OEM trong vài năm qua cũng bao gồm việc chi tiêu một cách chiến lược vào việc phát triển khả năng cho phép sản xuất số lượng lớn các bộ phận nhựa nhiệt dẻo.

Sự khác biệt đáng chú ý nhất giữa vật liệu nhiệt rắn và nhựa nhiệt dẻo nằm ở chỗ vật liệu nhiệt rắn phải được bảo quản trong kho lạnh trước khi được tạo hình thành các bộ phận và sau khi được tạo hình, bộ phận nhiệt rắn phải trải qua quá trình xử lý trong nhiều giờ trong nồi hấp. Các quy trình này đòi hỏi nhiều năng lượng và thời gian, do đó chi phí sản xuất các bộ phận nhiệt rắn có xu hướng duy trì ở mức cao.

Quá trình xử lý làm thay đổi cấu trúc phân tử của hỗn hợp nhiệt rắn một cách không thể đảo ngược, tạo nên độ bền cho bộ phận. Tuy nhiên, ở giai đoạn phát triển công nghệ hiện nay, việc xử lý cũng làm cho vật liệu trong bộ phận không còn phù hợp để tái sử dụng trong thành phần kết cấu chính.

Tuy nhiên, theo Dion, vật liệu nhựa nhiệt dẻo không cần bảo quản lạnh hoặc nung khi chế tạo thành các bộ phận. Chúng có thể được đóng dấu thành hình dạng cuối cùng của một bộ phận đơn giản—mỗi giá đỡ cho khung thân máy bay trong Airbus A350 là một bộ phận tổng hợp nhựa nhiệt dẻo—hoặc thành giai đoạn trung gian của một bộ phận phức tạp hơn.

Vật liệu nhựa nhiệt dẻo có thể được hàn với nhau theo nhiều cách khác nhau, cho phép chế tạo các bộ phận phức tạp, có hình dạng cao từ các cấu trúc phụ đơn giản. Theo Dion, ngày nay hàn cảm ứng chủ yếu được sử dụng, chỉ cho phép chế tạo các bộ phận phẳng, có độ dày không đổi từ các bộ phận phụ. Tuy nhiên, Collins đang phát triển các kỹ thuật hàn rung và ma sát để nối các bộ phận nhựa nhiệt dẻo, mà sau khi được chứng nhận, họ hy vọng cuối cùng sẽ cho phép nó tạo ra “các cấu trúc phức tạp thực sự tiên tiến”, ông nói.

Brown ước tính khả năng hàn các vật liệu nhựa nhiệt dẻo lại với nhau để tạo ra các cấu trúc phức tạp cho phép các nhà sản xuất loại bỏ các ốc vít, chốt và bản lề kim loại mà các bộ phận nhiệt rắn yêu cầu để nối và gấp lại, từ đó tạo ra lợi ích giảm trọng lượng khoảng 10%.

Tuy nhiên, theo Brown, vật liệu tổng hợp nhựa nhiệt dẻo liên kết với kim loại tốt hơn so với vật liệu tổng hợp nhiệt rắn. Trong khi R&D công nghiệp nhằm mục đích phát triển các ứng dụng thực tế cho đặc tính nhựa nhiệt dẻo đó vẫn “ở mức độ sẵn sàng công nghệ sớm”, thì cuối cùng nó có thể cho phép các kỹ sư hàng không vũ trụ thiết kế các bộ phận có cấu trúc tích hợp nhựa nhiệt dẻo và kim loại lai.

Ví dụ, một ứng dụng tiềm năng có thể là ghế hành khách nhẹ, nguyên khối chứa tất cả các mạch điện bằng kim loại cần thiết cho giao diện mà hành khách sử dụng để lựa chọn và điều khiển các tùy chọn giải trí trên máy bay, đèn chiếu sáng ghế, quạt trên cao. , độ ngả ghế được điều khiển điện tử, độ mờ của rèm cửa sổ và các chức năng khác.

Theo Dion, không giống như các vật liệu nhiệt rắn cần xử lý để tạo ra độ cứng, độ bền và hình dạng cần thiết cho các bộ phận mà chúng được tạo ra, cấu trúc phân tử của vật liệu composite nhựa nhiệt dẻo không thay đổi khi được chế tạo thành các bộ phận.

Kết quả là, vật liệu nhựa nhiệt dẻo có khả năng chống gãy khi va đập cao hơn nhiều so với vật liệu nhiệt rắn trong khi vẫn cung cấp độ bền và độ bền cấu trúc tương tự, nếu không muốn nói là mạnh hơn. Dion cho biết: “Vì vậy, bạn có thể thiết kế [các bộ phận] thành những máy đo mỏng hơn nhiều,” có nghĩa là các bộ phận nhựa nhiệt dẻo có trọng lượng nhẹ hơn bất kỳ bộ phận nhiệt rắn nào mà chúng thay thế, thậm chí ngoài việc giảm trọng lượng bổ sung do thực tế là các bộ phận nhựa nhiệt dẻo không yêu cầu vít hoặc ốc vít kim loại .

Tái chế các bộ phận bằng nhựa nhiệt dẻo cũng là một quy trình đơn giản hơn so với việc tái chế các bộ phận bằng nhựa nhiệt rắn. Ở trạng thái công nghệ hiện tại (và trong thời gian sắp tới), những thay đổi không thể đảo ngược trong cấu trúc phân tử được tạo ra khi xử lý vật liệu nhiệt rắn đã ngăn cản việc sử dụng vật liệu tái chế để tạo ra các bộ phận mới có độ bền tương đương.

Tái chế các bộ phận nhiệt rắn bao gồm việc nghiền các sợi carbon trong vật liệu thành các đoạn nhỏ và đốt hỗn hợp sợi và nhựa trước khi tái xử lý. Brown cho biết, vật liệu thu được để tái xử lý có cấu trúc yếu hơn so với vật liệu nhiệt rắn mà từ đó bộ phận tái chế được tạo ra, do đó, việc tái chế các bộ phận nhiệt rắn thành vật liệu mới thường biến “cấu trúc thứ cấp thành cấu trúc cấp ba”.

Mặt khác, theo Dion, do cấu trúc phân tử của các bộ phận nhựa nhiệt dẻo không thay đổi trong quá trình sản xuất và ghép các bộ phận nên chúng có thể được nấu chảy thành dạng lỏng và được tái chế thành các bộ phận chắc chắn như ban đầu.

Các nhà thiết kế máy bay có thể chọn từ rất nhiều loại vật liệu nhựa nhiệt dẻo khác nhau có sẵn để thiết kế và sản xuất các bộ phận. Dion cho biết: “Có rất nhiều loại nhựa” có thể nhúng các sợi sợi carbon một chiều hoặc vải dệt hai chiều vào đó, tạo ra các đặc tính vật liệu khác nhau. “Các loại nhựa thú vị nhất là nhựa có độ nóng chảy thấp”, chúng tan chảy ở nhiệt độ tương đối thấp và do đó có thể được định hình và hình thành ở nhiệt độ thấp hơn.

Theo Dion, các loại nhựa nhiệt dẻo khác nhau cũng có đặc tính độ cứng khác nhau (cao, trung bình và thấp) và chất lượng tổng thể khác nhau. Các loại nhựa chất lượng cao nhất có giá cao nhất và khả năng chi trả là gót chân Achilles của nhựa nhiệt dẻo so với vật liệu nhiệt rắn. Thông thường, chúng có giá cao hơn nhiệt kế và các nhà sản xuất máy bay phải xem xét thực tế đó khi tính toán thiết kế chi phí/lợi ích của họ, Brown cho biết.

Một phần vì lý do đó, GKN Aerospace và các công ty khác sẽ tiếp tục tập trung nhiều nhất vào vật liệu nhiệt rắn khi sản xuất các bộ phận kết cấu lớn cho máy bay. Họ đã sử dụng rộng rãi vật liệu nhựa nhiệt dẻo để chế tạo các bộ phận kết cấu nhỏ hơn như khung đỡ, bánh lái và cánh lướt gió. Tuy nhiên, chẳng bao lâu nữa, khi việc sản xuất các bộ phận nhựa nhiệt dẻo nhẹ với số lượng lớn, chi phí thấp trở thành thói quen, các nhà sản xuất sẽ sử dụng chúng rộng rãi hơn nhiều — đặc biệt là trong thị trường eVTOL UAM đang phát triển, Dion kết luận.

đến từ ainonline