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Long reliant on thermoset carbon-fiber materials for making very strong composite structural parts for aircraft, aerospace OEMs are now embracing another class of carbon-fiber materials as technological advances promise automated manufacture of new non-thermoset parts at high volume, low cost, and peso mais leve.

Embora os materiais compostos de fibra de carbono termoplásticos “já existam há muito tempo”, apenas recentemente os fabricantes aeroespaciais considerassem seu uso generalizado na fabricação de peças de aeronaves, incluindo componentes estruturais primários, disse Stephane Dion, VP Engineering na Unidade de Estruturas Avançadas da Collins Aerospace.

Os compósitos termoplásticos de fibra de carbono oferecem potencialmente OEMs aeroespaciais várias vantagens sobre os compósitos termofônicos, mas até recentemente os fabricantes não podiam fazer peças de compósitos termoplásticos a taxas altas e a baixo custo, disse ele.

Nos últimos cinco anos, os OEMs começaram a olhar além de fazer peças de materiais termofônicos à medida que o estado da ciência da fabricação de peças compostas de fibras de carbono se desenvolveu, primeiro para usar técnicas de infusão de resina e transferência de resina (RTM) para fazer peças de aeronaves e depois Para empregar compósitos termoplásticos.

A GKN Aerospace investiu pesadamente no desenvolvimento de sua tecnologia de resina e RTM para a fabricação de componentes estruturais de grandes aeronaves acessíveis e a altos taxas. O GKN agora faz uma longa de asa composta de uma peça única de 17 metros de comprimento usando a fabricação de infusão de resina, de acordo com Max Brown, vice-presidente de tecnologia da iniciativa Horizon 3 da GKN Aerospace 3.

Os investimentos pesados ​​de manufatura composta dos OEMs nos últimos anos também incluíram gastar estrategicamente no desenvolvimento de capacidades para permitir a fabricação de alto volume de peças termoplásticas, de acordo com Dion.

A diferença mais notável entre os materiais termofícios e termoplásticos reside no fato de que os materiais termofícios devem ser mantidos em armazenamento a frio antes de serem moldados em peças e, uma vez moldados, uma parte do termoestório deve se submeter por muitas horas em uma autoclave. Os processos requerem muita energia e tempo, e, portanto, os custos de produção das peças termofônicas tendem a permanecer altas.

A cura altera a estrutura molecular de um termoestim composto irreversivelmente, dando à parte sua força. No entanto, no estágio atual do desenvolvimento tecnológico, a cura também torna o material na parte inadequado para reutilização em um componente estrutural primário.

No entanto, os materiais termoplásticos não requerem armazenamento ou cozimento a frio quando transformados em partes, de acordo com Dion. Eles podem ser estampados na forma final de uma parte simples - todo suporte para os quadros da fuselagem no Airbus A350 é uma parte composta termoplástica - ou em um estágio intermediário de um componente mais complexo.

Os materiais termoplásticos podem ser soldados de várias maneiras, permitindo que peças complexas e altamente formas sejam feitas de subestruturas simples. Hoje, a soldagem de indução é usada principalmente, o que apenas permite que peças planas e de espessura constante sejam feitas de sub-partes, de acordo com Dion. No entanto, Collins está desenvolvendo técnicas de soldagem de vibração e atrito para unir peças termoplásticas, que uma vez certificadas que esperam acabar por produzir "estruturas complexas verdadeiramente avançadas", disse ele.

A capacidade de soldar materiais termoplásticos para fazer estruturas complexas permite que os fabricantes eliminem os parafusos de metal, os prendedores e as dobradiças exigidos pelas peças termofônicas para união e dobra, criando assim um benefício de redução de peso de cerca de 10 %, estimativas marrons.

Ainda assim, os compósitos termoplásticos se ligam melhor aos metais do que os compósitos termofônicos, de acordo com Brown. Embora a P&D industrial tenha como objetivo desenvolver aplicações práticas para essa propriedade termoplástica permanece "em um nível de prontidão da tecnologia de maturidade precoce", pode eventualmente permitir que os engenheiros aeroespaciais projetem componentes que contêm estruturas integradas termoplásticas e metal híbridas.

Uma aplicação em potencial pode, por exemplo, ser um assento de passageiro de avião leve e de uma peça que contém todos os circuitos à base de metal necessários para a interface usada pelo passageiro para selecionar e controlar suas opções de entretenimento de bordo, iluminação de assento, ventilador de cima , Reclina de assento controlado eletronicamente, opacidade da sombra da janela e outras funções.

Diferentemente dos materiais termofônicos, que precisam cura para produzir rigidez, resistência e forma necessários das peças para as quais são feitas, as estruturas moleculares de materiais compostos termoplásticos não mudam quando transformados em partes, de acordo com Dion.

Como resultado, os materiais termoplásticos são muito mais resistentes à fratura no impacto do que os materiais termofícios, oferecendo resistência e resistência estruturais semelhantes, se não mais fortes e estruturais. "Assim, você pode projetar [peças] para medidores muito mais finos", disse Dion, o que significa que as peças termoplásticas pesam menos do que as peças termoestores que elas substituem, mesmo além das reduções de peso adicionais resultantes do fato de que peças termoplásticas não requerem parafusos de metal ou prendedores .

As peças termoplásticas de reciclagem também devem provar um processo mais simples do que as peças termofônicas de reciclagem. No estado atual da tecnologia (e por algum tempo), as mudanças irreversíveis na estrutura molecular produzidas pela cura de materiais termofícios impedem o uso de material reciclado para fazer novas partes de força equivalente.

As peças de termofiliação de reciclagem envolvem moer as fibras de carbono no material em pequenos comprimentos e queimar a mistura de fibra e resina antes de reprocessá-la. O material obtido para o reprocessamento é estruturalmente mais fraco que o material termoestímetro a partir do qual a parte reciclada foi feita, de modo que a reciclagem de peças termofícios em novas normalmente transforma "uma estrutura secundária em uma terciária", disse Brown.

Por outro lado, como as estruturas moleculares das partes termoplásticas não mudam nos processos de manufatura de peças e juízes de peças, elas podem ser simplesmente derretidas em forma líquida e reprocessadas em partes tão fortes quanto os originais, de acordo com Dion.

Os designers de aeronaves podem escolher entre uma ampla seleção de diferentes materiais termoplásticos disponíveis para escolher no projeto e fabricação de peças. “Uma ampla gama de resinas” está disponível nos quais filamentos unidimensionais de fibra de carbono ou tecidos bidimensionais podem ser incorporados, produzindo diferentes propriedades materiais, disse Dion. “As resinas mais emocionantes são as resinas de baixo derretimento”, que derretem a temperaturas relativamente baixas e, portanto, podem ser moldadas e formadas a temperaturas mais baixas.

Diferentes classes de termoplásticos também oferecem diferentes propriedades de rigidez (alta, média e baixa) e qualidade geral, de acordo com Dion. As resinas da mais alta qualidade custam mais, e a acessibilidade representa o calcanhar de Aquiles para termoplásticos em comparação com materiais termofícios. Normalmente, eles custam mais do que termofícios, e os fabricantes de aeronaves devem considerar esse fato em seus cálculos de projeto de custo/benefício, disse Brown.

Em parte por esse motivo, a GKN aeroespacial e outros continuarão a se concentrar mais nos materiais termofícios ao fabricar grandes peças estruturais para aeronaves. Eles já usam materiais termoplásticos amplamente para fabricar peças estruturais menores, como empenagens, lemes e spoilers. Logo, no entanto, quando a fabricação de alto volume e baixo custo de peças termoplásticas leves se tornar rotineira, os fabricantes os usarão muito mais amplamente-principalmente no crescente mercado de EVTol UAM, concluíram Dion.

vêm de Ainonline