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Long-ce que ce soit sur les matériaux en fibre de carbone thermodurcisso pour fabriquer des pièces structurelles composites très fortes pour les avions, les OEM aérospatiaux adoptent désormais une autre classe de matériaux en fibre de carbone, car les progrès technologiques promettent une fabrication automatisée de nouvelles pièces non thermousteurs à un volume élevé, à faible coût et poids plus léger.

Alors que les matériaux composites en fibre de carbone thermoplastique «ont depuis longtemps», récemment, les fabricants aérospatiaux pouvaient considérer leur utilisation généralisée pour fabriquer des pièces d'avion, y compris les composants structurels primaires, a déclaré Stephane Dion, ingénierie VP à l'unité avancée Advanced Structures de Collins Aerospace.

Les composites thermoplastiques en fibre de carbone offrent potentiellement des OEM aérospatiaux Plusieurs avantages par rapport aux composites thermodurcissables, mais jusqu'à récemment, les fabricants ne pouvaient pas fabriquer de pièces à partir de composites thermoplastiques à des taux élevés et à faible coût, a-t-il déclaré.

Au cours des cinq dernières années, les OEM ont commencé à regarder au-delà de la fabrication de pièces à partir de matériaux thermodurcissables à mesure que l'état de la science de fabrication de pièces composites en fibre de carbone s'est développée, d'abord pour utiliser des techniques de perfusion de résine et de transfert de résine (RTM) pour fabriquer des pièces d'avion, puis pour utiliser des composites thermoplastiques.

GKN Aerospace a investi massivement dans le développement de sa technologie de infusion de résine et de RTM pour la fabrication de grands composants structurels d'avions à des taux élevés et à des taux élevés. Selon Max Brown, VP de technologie pour GKN Aerospace, Horizon 3 Advanced-Technologies de GKN Aerospace Horizon 3 Advanced-Technologies.

Selon Dion, les investissements de fabrication composite lourds des OEM au cours des dernières années ont également inclus des dépenses stratégiquement en développement de capacités pour permettre la fabrication à haut volume de pièces thermoplastiques, selon Dion.

La différence la plus notable entre les matériaux thermosés et les matériaux thermoplastiques réside dans le fait que les matériaux thermodurcissants doivent être conservés dans le rangement froid avant d'être façonnés en pièces, et une fois façonnés, une pièce thermosctuelle doit subir un durcissement pendant de nombreuses heures dans une autoclave. Les processus nécessitent beaucoup d'énergie et de temps, et donc les coûts de production des pièces thermodurcissables ont tendance à rester élevés.

Le durcissement modifie de façon irréversible la structure moléculaire d'un composite thermodurcisse, donnant à la partie sa force. Cependant, au stade actuel du développement technologique, le durcissement rend également le matériau dans la partie inadaptée à la réutilisation dans une composante structurelle primaire.

Cependant, les matériaux thermoplastiques ne nécessitent pas de stockage ou de cuisson à froid lorsqu'ils sont transformés en pièces, selon Dion. Ils peuvent être tampés dans la forme finale d'une partie simple - chaque support pour les cadres de fuselage dans l'Airbus A350 est une partie composite thermoplastique - ou dans un stade intermédiaire d'un composant plus complexe.

Les matériaux thermoplastiques peuvent être soudés ensemble de diverses manières, permettant à des pièces complexes et hautement formelles à partir de sous-structures simples. Aujourd'hui, le soudage à induction est principalement utilisé, ce qui ne permet que des pièces plates et constantes d'épaisseur à partir de sous-parties, selon Dion. Cependant, Collins développe des techniques de soudage des vibrations et des frottements pour rejoindre des pièces thermoplastiques, qui une fois certifiée, il attend, lui permettra éventuellement de produire des «structures complexes vraiment avancées», a-t-il déclaré.

La capacité de souder ensemble des matériaux thermoplastiques pour fabriquer des structures complexes permet aux fabricants de supprimer les vis, les attaches et les charnières en métal requises par les pièces thermodurcies pour la jointure et le pliage, créant ainsi un avantage de réduction de poids d'environ 10%, des estimations brunes.

Pourtant, les composites thermoplastiques se lient mieux aux métaux que les composites thermodurcissables, selon Brown. Alors que la R&D industrielle visant à développer des applications pratiques pour cette propriété thermoplastique reste «à un niveau de préparation à la technologie de maturité précoce», il pourrait éventuellement permettre aux ingénieurs aérospatiaux de concevoir des composants qui contiennent des structures intégrées thermoplastiques et métalliques hybrides.

Une application potentielle pourrait, par exemple, être un siège de passager en avion léger en une seule pièce contenant tous les circuits à base métallique nécessaires à l'interface utilisée par le passager pour sélectionner et contrôler ses options de divertissement en vol, l'éclairage des sièges, le ventilateur aérien , Inclinaison du siège à commande électronique, opacité de l'ombre de fenêtres et autres fonctions.

Contrairement aux matériaux thermodurcissables, qui nécessitent un durcissement pour produire la rigidité, la résistance et la forme requises par les parties dans lesquelles elles sont fabriquées, les structures moléculaires des matériaux composites thermoplastiques ne changent pas lorsqu'ils sont transformés en parties, selon Dion.

En conséquence, les matériaux thermoplastiques sont beaucoup plus résistants aux fractures sur l'impact que les matériaux thermodurcissables tout en offrant une ténacité et une résistance structurelles similaires, sinon plus fortes. "Ainsi, vous pouvez concevoir [des pièces] à des jauges beaucoup plus minces", a déclaré Dion, ce qui signifie que les pièces thermoplastiques pèsent moins que toutes les pièces thermodurcissables qu'ils remplacent, même en dehors des réductions de poids supplémentaires résultant du fait que les pièces thermoplastiques ne nécessitent pas de vis ou de fixations métalliques ou de fixations .

Le recyclage des pièces thermoplastiques doit également s'avérer un processus plus simple que le recyclage des pièces thermodurcissables. À l'état actuel de la technologie (et pendant un certain temps à venir), les changements irréversibles de la structure moléculaire produits en guérissant les matériaux thermodurcissables empêchent l'utilisation de matériaux recyclés pour fabriquer de nouvelles parties de résistance équivalente.

Le recyclage des pièces thermodurcissables implique de broyer les fibres de carbone dans le matériau en petites longueurs et de brûler le mélange de fibres et de résine avant de le retraiter. Le matériau obtenu pour le retraitement est structurellement plus faible que le matériau thermodurcissable à partir duquel la partie recyclée a été fabriquée, de sorte que les pièces thermodurcies de recyclage en nouvelles transforment généralement «une structure secondaire en tertiaire», a déclaré Brown.

D'un autre côté, parce que les structures moléculaires des pièces thermoplastiques ne changent pas dans les processus de fabrication de pièces et de pièces de pièces, elles peuvent simplement être fondues sous forme liquide et reproduites en parties aussi fortes que les originaux, selon Dion.

Les concepteurs d'avions peuvent choisir parmi une large sélection de différents matériaux thermoplastiques disponibles dans les pièces de conception et de fabrication. «Une assez large gamme de résines» est disponible dans quels filaments de fibre de carbone unidimensionnelle ou tissages bidimensionnels peuvent être intégrés, produisant différentes propriétés de matériaux, a déclaré Dion. «Les résines les plus excitantes sont les résines à faibles fusion», qui fondent à des températures relativement basses et peuvent donc être façonnées et formées à des températures plus basses.

Selon Dion, différentes classes de thermoplastiques offrent des propriétés de rigidité différentes (haute, moyenne et faible) et de qualité globale. Les résines de la plus haute qualité coûtent le plus, et l'abordabilité représente le talon d'Achille pour les thermoplastiques par rapport aux matériaux thermodurcissables. En règle générale, ils coûtent plus cher que les thermodurcissiers, et les fabricants d'avions doivent considérer ce fait dans leurs calculs de conception de coûts / avantages, a déclaré Brown.

En partie pour cette raison, GKN Aerospace et d'autres continueront de se concentrer le plus sur les matériaux thermodurcissants lors de la fabrication de grandes pièces structurelles pour les avions. Ils utilisent déjà largement les matériaux thermoplastiques pour fabriquer des parties structurelles plus petites telles que les empennages, les gouvernails et les spoilers. Bientôt, cependant, lorsque la fabrication à faible volume et à faible coût de pièces thermoplastiques légères deviendra routine, les fabricants les utiliseront beaucoup plus largement, en particulier sur le marché evtol uam en plein essor, a conclu Dion.

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