Применение пенопласта в авиастроении
Обновлено: 24.04.2024
Пенопласт — хороший материал для изготовления авиамоделей. Состоит, в основном, из полипропилена и (пено)полистирола.
Все виды пенопластов в комбинации со стекло- или с углеволокнистыми корками позволяют получить очень прочные монококовые конструкции фюзеляжей, крыльев и других деталей.
Содержание
В России чаще всего встречаются модели самолётов сделанные из «потолочки» — так называют пенопластовые потолочные плиты 500х500мм и толщиной около 4мм. Такие плиты продаются пачками по 8 штук и стоят около 100 рублей за одну пачку.
На иностранных сайтах чаще материалом выступает «депрон». Депрон — это марка тепло- и звукоизоляционных плит, размером 1200х500мм и толщиной 3мм или 6мм.
Множество чертежей самолётов из пенопласта на тематических сайтах рассчитаны на использование депрона, но вместо него всегда можно использовать «потолочку». Депрон сложнее найти, и стоит он немного дороже потолочки, но более удобен — листы имеют больший формат.
Ещё существует различная подложка под ламинат из полистирола, тоже продаётся большими листами, но как правило с одной стороны рифлёная. Встречаются 3мм и 5мм толщиной.
Толстые листы пенопласта можно найти среди теплоизоляции для стен, к примеру пеноплекс. Выпускаются различной толщины (20мм, 30мм, 50мм) листами 1200х600мм. Из них удобно вырезать крылья струной.
Промышленностью выпускается различного вида пенопласт: полистироловые марок ПС-I и ПС-IV, полипропиленовые, пенополиофиленовые, полиуретановые ППУ, полиэтиленовые ППЭ, перхлорвиниловые ПХВ-1, ПХВЭ, поливинилхлоридные ПВХ и поролон.
Пенопласты представляют собой легкие, пористые, термонестойкие материалы в виде листов или плит. Их получают путем прессования из композиций на основе термопластических полимеров. Температура их применения находится в пределах до 70° С. Есть много термореактивных видов, которые получают путем вспенивания при нагревании порошка или полуфабрикатов гранул. Объемная масса пенопласта зависит от количества твердого вещества, приходящегося на единицу массы: чем больше пор, тем меньше объемная масса пенопласта.
Полистирол хорошо растворяется в органических растворителях, поливинилхлорид в них не растворяется. Это свойство надо иметь всегда в виду при выборе красителей, клеев, а также места применения пенопласта.
Полистироловый пенопласт растворяется нитро- и синтетическими эмалями, метиловым спиртом, эфиром и другими, подобными этим, химическими жидкостями. Поливинилхлоридный пенопласт ими не растворяется.
Эти материалы широко применяются в конструкциях моделей.
Пластины-листы получают путём быстрого, с нажимом, протаскивания взад-вперед сквозь толщу заготовки стальной проволоки диаметром 0,3-1,0 мм. Работу производят вдвоем и на приспособлении. От трения в пенопласте проволока сильно нагревается, размягчает пенопласт в зоне прорези и проходит сквозь него.
Данные замера плотности пенопласта различных видов.
- Серый Depron (Ebisol), 6мм: 23 кг/м3
- Серый Depron (Ebisol), 3мм: 34 кг/м3
- Потолочка, 4мм: 26 кг/м3
- Подложка Solid голубая, 5мм: 34 кг/м3
- Подложка Solid серая, 3мм: 35,7 кг/м3
Существует несколько способов изгибания листов пенопласта:
- Промять с внутренней стороны полоски (вилкой, компакт диском, гребешком, . ). Можно загибать проводя с нажимом о край стола.
- С внешней стороны наклеить скотч, что бы пенопласт не лопнул.
- Можно аккуратно нагреть феном
Резка струной - способ, часто применяемый для обработки пенопласта. На нихромовую нить, в крайнем случае стальную, подаётся напряжение, разогревающее её до температуры, при которой плавится пенопласт. Используя шаблоны, можно вырезать консоли крыла самолёта и прочие элементы. Часто применяется для изготовления летающих крыльев.
Вертикальное резание производят струной из нихрома, стали или другого термостойкого прочного материала, нагреваемой электрическим током. Силу тока подбирают с таким расчетом, чтобы при соприкосновении с проволокой пенопласт плавился, но не горел. Обычно это 500-600° С, то есть темно-красное каление стали.
Для получения внутренних полостей, в частности, с целью облегчения детали ее после разметки прокалывают на всю длину, в отверстие заводят струну, а затем, подключив ток, режут.
На приспособлении или лучковой распоркой из одного куска пенопласта можно делать профилированные крылья и иные детали, даже с полостями и отверстиями для облегчения практически любой формы по всей длине. Для этого, удерживая заготовку двумя руками, струну направляют по металлическим шаблонам, закрепленным на торцах.
Поверхности двойной кривизны можно продуктивно обрабатывать и без шаблонов нагретой струной, натянутой с помощью приспособления типа лучковой пилы. При нагреве током проволока-струна удлиняется, поэтому во всех приспособлениях необходимо поддерживать постоянное натяжение пружиной либо грузом.
Сверхлегкие полистироловые пенопласты употребляют для упаковок электронной техники, иных приборов и аппаратов. Применение их очень заманчиво. Способы их обработки аналогичны с пенопластами ПС-I и ПС-IV. Эти пенопласты употребляют при изготовлении моделей для закрытых помещений, а также для заполнения объемов с целью поддержания формы.
Так же как небезизвестный sky pup. Крен обеспечивается рулем направления - при повороте одно крыло начинает двигаться быстрее и подъемная сила увеличивается. Все просто, нужна только сноровка. Хотя, конечно, не привычно.
Я не умею строить самолеты, я умею на них летать!)
Ну возьмите тот же SkyRanger, там по крену РУСом можно вообще не работать, ног достаточно
Авиация это моё ВСЁ.
Элероны нужны.Все эти выше перечисленные способы работают в штиль, а как только чуть поднимется ветерок, так вспомните про элероны.
На таком крыле элероны типа Юнкерс очень кстати и сделать их можно аналогично.
Я не умею строить самолеты, я умею на них летать!)
Atakum
Я люблю строить самолеты!
Авиация это моё ВСЁ.
Да, что там смотреть , обычная авиамодельная технология. Две трубы выставляются и на них плотно насаживаются заранее изготовленные нервюры по толщине пенопласта, в пакет, склеиваются, далее все обрабатывается в чистовую обшивается стеклом в два слоя под 45 гр. относительно друг друга. можно все поместить в большой вакуумный мешок и на ночь пылесосом откачивать воздух. под флапероны нужно естественно заложить закладные/у меня были дюралевые т. 5 мм с запрессованными втулками/. Лонжероны у меня были деревянные, но по сути можно и трубы д. 40 мм в носике и сзади по размеру и прочности ./нужно считать/. Есть другая технология немного посложнее, где на лонжерон сперва набирается носик из пенопласта/потом обшивается стеклом/а потом с шагом до 200 мм по центрам набираются пенопластовые нервюры оклеенные тонкой фанерой/шпоном/, потом всё обтягивается синтетикой/утюжек естественно с регулировкой.Такой вариант видел на одном сверх лёгком планере.
парящий
Больше хорошей погоды .
Sanpalych
Я люблю строить самолеты!
Я построил удачный, прекрасно летавший, несмотря на свои 585 кг. самолет из шарикового пенопласта, стеклоткани и сосновых реек. Обшивка ручной укладки, без вакуума.
M.Gennadij
Я люблю строить самолеты!
Крен обеспечивается рулем направления - при повороте одно крыло начинает двигаться быстрее и подъемная сила увеличивается.
Нет, при отклонении руля направления самолет летит со скольжением, при этом за счет V-образности, угол атаки на разных полукрыльях отличается, в результате самолет получает крен.
Авиация это моё ВСЁ.
парящий
Для деревянных лонжеронов да -согласен, но тогда и делать особо не из чего было строил из того что продавалось в их авиамодельных магазинах.С дюралевыми лонжеронами и даже из АМГ или АД в виде экструдированных профилей вполне можно построить отличные плоскости.Крыло вышло тогда очень прочным, особенно на кручение. Была мысль потом повторить и построить Кри-Кри по этой технологии , но как вспомнил бадягу с обтяжкой стеклом , что то расхотелось.
Кстати помните , что при обтяжке ни в коем случае не стоит мазать пенопласт связующим, это сильно утяжелит конструкцию, просто на сухую кладите пропитанную ткань и ткань как можно тоньше, разве что у корня немного потолще положите слой.
Миг-17ф
Старейший участник
Я люблю строить самолеты!
Была мысль потом повторить и построить Кри-Кри по этой технологии , но как вспомнил бадягу с обтяжкой стеклом , что то расхотелось.
Для справки: в России странах СНГ было по моим подсчетам порядка 40 попыток построить Кри-кри. Ни один начинатель не довел самолет до полетов.
Не помогли даже варианты покупок кит-наборов от самого Коломбана.
при обтяжке ни в коем случае не стоит мазать пенопласт связующим, это сильно утяжелит конструкцию, просто на сухую кладите пропитанную ткань и ткань как можно тоньше
Юрий Ер
Грамотный, не есть, умный.
Да ребята не слишком ли увлеклись примитивизмом. Что такое пенопласт это наполнитель. Практически не работающая масса. Что вас в этом удивляет и привлекает.
По моему вы слишком консервативны тащите назад в век когда была цель ЛИШЬ БЫ, ЛИШЬ БЫ. Дышите полной грудью плюньте вы на эти рамки самый маленький самый лёгкий. Самый простой. А вы можете указать грань от простого, до примитивного. Стройте то, что бы, радовало вас. Я считаю это полёт.
КБ Альбатрос
РП15,РП25,РП2OO
Может ещё и нырять поглубже начнёте призывать дуболомов,считающих,что нет им преград ни в море ,ни на суше. им не страшны ни льды ,ни облака. Если отклонился от достигнутых норм авиац.БП,купи место на кладбище с упреждением!!
Авиация это моё ВСЁ.
EV
Ну, скажем я не собирался тогда тупо копировать всё от Комоблана, крыло виделось только целым к примеру. и даже мотор должен быть один, ну, это так отступление.
А пенопластовых самолетов летам много, тот же KR-1 и KR-2, множество западных уток чистый пенопласт, просто его нужно грамотно обрабатывать и иметь опыт работы со стеклопластиком всё там по авиационному сделано и кстати с деревянными лонжеронами.
Я люблю строить самолеты!
Вот именно, мир, надо грамотно. Но, кое-кто понимает процесс тупо упрощенно. Вы советуете просто накладывать ткань: = просто на сухую кладите пропитанную ткань= . А то, что возможно расслоение, если клея было мало, или пластификатор не тот - это как бы за скобками.
Технология сборки должна быть такая, чтобы ее можно было проконтролировать стороннему человеку. Коль нельзя доказать и проверить, что все было склеено правильно -никакая летная комиссия не допустит такой пепелац к полетам.
Юрий Ер
Грамотный, не есть, умный.
EV
Ну, скажем я не собирался тогда тупо копировать всё от Комоблана, крыло виделось только целым к примеру. и даже мотор должен быть один, ну, это так отступление.
А пенопластовых самолетов летам много, тот же KR-1 и KR-2, множество западных уток чистый пенопласт, просто его нужно грамотно обрабатывать и иметь опыт работы со стеклопластиком всё там по авиационному сделано и кстати с деревянными лонжеронами.
Вот и я про тоже. Что даёт пенопласт. Попробуйте натянуть стеклоткань. Не получится. вот и идут методом заполнения. По сути делают пластиковое крыло а для запудривания мозгов говорят крыло из пенопласта. Психология всё ка учит Андрей Веггер. Сюрпризный момент называется. Замете как клюют. О крыло из пенопласта. Это так просто. Склеил, обтесал, материал мягкий, податливый так просто. Не кто и не задумывается а что же работает в этом крыле. Пенопласт? Конечно же нет работает комплекс обшивка, лонжероны, стрингеры. А пенопласт это и есть пена которую пускают в глаза. Нет конечно для эксперимента это класс проверить, что за самолёт получится. Слепил, облетал и на свалку. И делаешь из нормальных материалов.
Компания MEL Composites работает в сфере композитов, начиная с 1994 года, и предлагает лучшие решения в выборе конструкционного ПВХ пенопласта. Среди немногих производителей основных конструкционных ПВХ пенопластов, MEL Composites представляет различные поверхности отделки: гладкие листы, контурные , перфорированные, рифленые .
Широкий ассортимент пенопласта Aircell был разработан с учетом современных требований и при участии ведущих технических специалистов в области композитных материалов для разрешения сложных задач с использованием самых подходящих материалов.
Вся продукция, имеет необходимые европейские сертификаты соответствия, международную сертификацию GL и отличается привлекательной стоимостью при высоком качестве производства.
ПВХ пенопласт «Aircell»:
- используется в качестве основного материала, совместимого с различными армирующими волокнами композитных материалов, например, углеродное волокно, стекловолокно, природное волокно с любым связующим (эпоксидной смолой, ненасыщенными полиэфирными и фенольными смолами).
- для получения сэндвич-структуры - материал может быть адаптирован для различных композиционных методов обработки, в том числе инфузия, напыление, ручной метод обработки, вакуумирование , автоклавное формование
- ПВХ пенопласт используется в различных отраслях промышленности, судостроении, ветроэнергетике (лопасти) , вагоностроении, авиастроении, производстве спортинвентаря и емкостей.
Основные преимущества использования ПВХ пенопласта «Aircell»:
- снижения веса структуры
- повышения жесткости и обеспечение хорошими изоляционными свойствами
Компания «Aircell» обладает профессиональным составом инженеров и имеет лабораторию для производства и проверки качества конечного продукта, лаборатория оснащена современным оборудованием. Завод сертифицирован по международной системе ISO 9001.
При выборе отделки поверхности пенопласта, мы должны рассмотреть вопрос о технологии обработки. Различные поверхности отделки пенопласта могут быть объединены, например, рифленая и перфорированная отделка поверхности может быть применена на сдвоенных листах, контурные листы для использования на изогнутой поверхности.
По данным различных методов обработки и различных поверхностей, в целях оптимизации проникновения связующих, мы предоставили следующие поверхности отделки.
| Поверхность | Рисунок | Комментарии |
|---|---|---|
| ЦЕЛЬНАЯ ФОРМА (Р) | Стандартные листы ПВХ пенопласта, без дополнительной обработки поверхности. | |
| ПЕРФОРИРОВАННАЯ ФОРМА | Имеет дополнительную обработку, перфорацию по поверхности. Отверстия имеют около 2 мм диаметра, диаметр отверстия при необходимости может быть скорректирован в зависимости от плотности и толщины пенопласта. | |
| РИФЛЕННАЯ ФОРМА | Рифленый лист используется при обработке изделий в инфузионном процессе, пазы используется в качестве каналов смолы. Пазы могут быть как в горизонтальном, вертикальном направлении или в двух направлениях одновременно. | |
| РИФЛЕННАЯ И ПЕРФОРИРОВАННАЯ ФОРМА | Поверхность обработана пазами и перфорацией, диаметр ячейки перфорации 2 мм, различное направление пазов, расстояние между пазами 20 мм. | |
| ДВОЙНАЯ РИФЛЕННАЯ ФОРМА | Лист разрезается ан 55-60% от собственной толщины. Листы используется на контурных поверхностях, проникновения связующего по сравнению с контурными листами хуже. | |
| КОНТУРНАЯ ФОРМА | Пенопласт разрезается на мелкие куски и приклеивается с внутренней стороны на маскировочную стеклоленту. Основное использование на контурных плоскостях. |
| Поверхность | Ручное ламинирование | прессование | Инфузия |
|---|---|---|---|
| Цельная форма (Р) | + | + | + |
| Перфорированная форма | + | + | |
| Рифленная форма | + | — | + |
| Рифленная и перфорированная форма | + | + | + |
| Двойная рифленая форма | — | — | + |
| Контурная форма | — | — | + |
Преимущества ПВХ пенопласт:
- Пенопласт «Aircell» может быть использован в качестве основного материала в сэндвич-структуре
- Пенопласт «Aircell» серии «цельная форма» обладает высоким удельным модулем упругости
- Пенопласт «Aircell » имеет выдающиеся свойства стойкости к усталости, низкое водопоглощение
- Пенопласт «Aircell »обладает высокими изоляционными свойствами
- Пенопласт «Aircell» P совместим с различными смолами
- Пенопласт «Aircell» обладает высокой пожаростойкостью
ПВХ пенопласт «Aircell - идеальный материал при использовании в качестве основного материала в сэндвич- структурах, обладает высокой прочностью композиционного материала сердечника. Обработку можно производить в диапазоне температур от -240 ºC до +100 ºC, высокие эксплуатационные температуры, в диапазоне от -240 ºC до +80 ºC.
| Свойство | Метод | Ед-ца | HR40 | HR45 | HR60 | HR80 | HTR80 | HTR100 | HTR130 | HTR200 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Номинальная плотность | ISO 845 | кг/м 3 | 40 | 48 | 60 | 80 | 80 | 100 | 130 | 200 |
| Прочность на сжатие | ISO 844 | Н/мм 2 | 0,45 | 0,6 | 0,9 | 1,3 | 1,3 | 1,9 | 2,6 | 4,8 |
| Модуль сжатия | DIN 3421 | Н/мм 2 | 37 | 48 | 69 | 97 | 97 | 125 | 160 | 260 |
| Прочность при растяжении | DIN 3571 | Н/мм 2 | 0,7 | 1,10 | 1,30 | 2,00 | 2,00 | 2,70 | 3,80 | 6,20 |
| Модуль предела прочности при растяжении | DIN 3457 | Н/мм 2 | 28 | 35 | 45 | 66 | 66 | 84 | 11 | 180 |
| Предел прочности при сдвиге | ISO 1922 | Н/мм 2 | 0,45 | 0,55 | 0,80 | 1,20 | 1,20 | 1,60 | 2,30 | 3,50 |
| Модуль предела прочности при сдвиге | ASTM 393 | Н/мм 2 | 13 | 15 | 22 | 30 | 30 | 38 | 50 | 75 |
| Деформация сдвига | ISO1922 | % | 8 | 10 | 16 | 23 | 23 | 27 | 30 | 30 |
| Теплопроводность | ISO 8301 | В/м.к | 0,031 | 0,031 | 0,031 | 0,033 | 0,033 | 0,035 | 0,039 | 0,048 |
| Влагопоглощение | ASTM 272 | кг/м 2 | 0,09 | 0,09 | 0,07 | 0,06 | 0,06 | 0,04 | 0,03 | 0,02 |
| Стойкость к тепловому изгибу | DIN53424 | 0 С | 80 | 80 | 85 | 85 | 100 | 90 | 95 | 100 |
Информация по обработке листов
| Код | Описание |
|---|---|
| - | Плоские листы |
| PN | 3 мм отверстия |
| GS | 30*30 мм или 40*40 мм квадратики со стеклосеткой на одной стороне |
| DC | 30*30 мм или 40*40 мм квадратики, глубина насечки на 2/3 от толщины с обеих сторон |
| GS + INF | 20*20 мм квадратики с тонким каналом (0,5 мм), со стеклосеткой на одной стороне |
| DC + INF | 20*20 мм квадратики с тонким каналом (0,5 мм), глубина насечки на 2/3 от толщины, с обеих сторон |
| GPC2 | 20*20 мм квадратики и насечки с обоих сторон |
Кораблестроение
Пенопласт Aircell активно применяется в морской отрасли - это спортивные лодки, парусные, моторные, лодки для отдыха, гоночные яхты, военные и патрульные судна.
Материалы Aircell HR используются в производстве боковых и внутренних структур корпуса. При использовании перфорированных листов , применяется технология вакуумной инфузии. В результате данного процесса получается минимальный вес и максимальная скорость.
Для патрульного судна пенопласт Aircell HR используется в разработке палубы и структур. Совместно с арамидными тканями обеспечивает дополнительную баллистическую защиту. Технология вакуумной инфузии используется для снижения веса и обеспечения скорости лодки свыше 50 узлов.
Ветроэнергетика
Пенопласт Aircell используется для создания обтекаемых форм и лопастей в области ветровой энергетики; в процессах вакуумного формования (ламинировании), вакуумной инфузии и производстве препрегов. Использование готового комплекта из пенопласта уменьшает время производства и минимизирует затраты на производство изделий.
Другое промышленное применение
Пенопласт Aircell используется в индустрии композитного производства, как прочный срединный материал для создания легкой надежной сэндвич -конструкции.
Пенопласт Aircell используется в производстве различных композитных структур в архитектуре: фасады,крыши и многое другое. Одним из основных плюсов данного материала является минимальный уход и предоставление высокой тепловой изоляции.
ООО "АйПиГрупп" принимает участие в Девятой международной специализированной выставке «Композит-Экспо», которая будет проходить 17–19 февраля 2016 года в Первом павильоне МВЦ «Крокус Экспо» в Москве.
19 января, в Санкт-Петербурге прошла презентация гоночного болида GForce Proto New Line + для ралли Дакар-2017
Компания «Скоростные катера МОБИЛЕ ГРУПП» создает новый модельный ряд судов из композитных материалов, построенных с применением современной технологии вакуумной инфузии. Внедрить эту технологию и модернизировать производство помогла судостроителям компания Carbon Studio.
Компания Carbon Studio осуществляет свою деятельность в полном соответствии с Федеральным законом от 29 декабря 2012 г. N 275-ФЗ «О государственном оборонном заказе» (с изменениями и дополнениями).
Цель наших публикаций - ознакомить Вас с существующими термопластичными связующими и некоторыми примерами их применения в мире. Тема, которую мы будем освещать, имеет огромное количество областей использования, включая: авиастроение, автомобилестроение, баллистика, технический текстиль, электроизоляция и многое другое. В данной статье мы уделили особое внимание применению термопластиков в авиакосмической промышленности.
Что же такое термопластичное связующее?
Термопласты — полимерные материалы, которые при обычной температуре находятся в твёрдом состоянии, а при её повышении они переходят в высокоэластичное и далее в вязкотекучее состояние, что обеспечивает возможность формования их различными методами. Эти переходы обратимы и могут повторяться многократно, что позволяет, в частности, производить переработку бытовых и производственных отходов из термопластов в новые изделия.
Полимеры-термопласты могут иметь линейное или разветвлённое строение, быть аморфными (полистирол, полиметилметакрилат) либо полукристаллическими (полиэтилен, полипропилен).
Термопластичные связующие широко распространены, и мы постоянно сталкиваемся с их применением. Примеры наиболее распространённого применения:
- PET (Пентаэритрит) – Бутылки для воды и содовой
- PP (Полипропилен) – Упаковочные контейнеры
- Поликарбонат – Линзы защитных очков
- PBT – Детские игрушки
- Vinyl (Винилопласт) – Оконные рамы
- PE (Полиэтилен) – Полиэтиленовые пакеты
- PVC (ПВХ) – Трубные материалы
- PEI (Полиэтиленимин) –Подлокотники в самолетах
- Nylon (Нейлон) – Обувь
В таблице 1 вы можете ознакомиться с существующими термопластичными связующими.
При производстве полимерного композиционного материала на основе термопластичной матрицы в качестве армирующего материала используется: стеклоткань, углеволокно, арамидное волокно, базальтовое волокно, нетканые материалы, а также используется пена и препреги. Всё ранее перечисленное повышает механические свойства изделия и технически рассматривается как композиционный материал.
Если проводить сравнение между термопластичными и термоотрвеждаемыми композитами, то можно выделить ряд явных преимуществ первых.
Преимущества термопластичных связующих относительно термоотверждаемых связующих.
С точки зрения самого материала, термоотверждаемые композиты, когда их нагревают, не могут быть переплавлены или переформованы, в то время как термопластичные композиты – это перерабатываемые в расплаве полимеры, что обеспечивает более простой процесс производства.
Например, термопластики нагреваются, плавятся или размягчаются, им придается форма и затем они охлаждаются до конечной твердой формы, что позволяет легко их перерабатывать и ремонтировать.
Термопластики, из сырых материалов, имеют очень высокий гарантийный срок хранения, а также стоимость их намного ниже, чем у термоотверждаемых композитов (а именно препрегов), у которых стандартный гарантийный срок составляет менее 6 месяцев и требует затратного хранения при определённой температуре.
- в четыре раза более вязкие по сравнению с термоотверждаемыми композитами, что приводит к более высокой ударной прочности и они более устойчивы к разрушению.
- нечувствительны к авиационным жидкостям, химическому воздействию и, нечувствительны к влажности.
- обладают высокими характеристиками по пожаробезопасности, задымлению и токсичности.
Обычно термопластики нагреваются, формуются и охлаждаются быстро, в то время как термоотверждаемые связующие имеют более длительное время (десятки минут, а иногда и часы) выдержки при определенной температуре для достижения отверждения. В конечном счете при выборе термопластичного связующего Вы значительно сокращаете затраты на электроэнергию.
Термопластики и их инновационная обработка исключают необходимость формования в автоклаве, что сокращает капитальные затраты, требования к производственной площадке и проблемы технологической переработки относительно термоотверждаемых препрегов.
Обработка термопластиков вместо термоотверждаемых композитов является прекрасным решением проблемы защиты окружающей среды. Термопластики по определению могут быть полностью переработаны, и во время их обработки практически не выделяются летучие органические вещества (ЛОВ).
Применение термопластиков в авиакосмической промышленности.
В аэрокосмической отрасли существует ряд причин использовать более дорогие термопластичные связующие вместо термоотверждаемых.
Для авиакосмического сектора, в основном используют 3 типа связующих:
- PPS (полифениленсульфид),
- PEEK (полиэфироэфиркетон)
- PEI (полиэфиримид).
PEEK (полиэфироэфиркетон)
PEEK – это самый известный представитель жаропрочных термопластичных связующих с температурой плавления 335°C (635°F). Применяемый в промышленности уже более 20 лет, он обладает самыми высокими характеристиками из имеющихся на рынке термопластиков, и считается основным материалом среди термопластичных препрегов, используемых в авиакосмической промышленности.
PEEK обладают стойкостью практически ко всем органическим и неорганическим химическим веществам. Они также не поддаются гидролизу при температуре до 280°C (536°F). С другой стороны, они не устойчивы к воздействию ультрафиолетового (УФ) излучения, концентрированной азотной кислоты, общего окисления и некоторых галогенированных углеводородов. Это один из самых дорогих конструкционных термопластиков, поэтому в промышленности существуют всего несколько поставщиков.
PEI (полиэфиримид)
PEI – это высококачественное огнестойкое термопластичное связующие, которое относится к группе жаропрочных пластиков – до 200°C (392°F) с низким выделением дыма. Он используется в качестве композитной матрицы в многочисленных внутренних конструкциях воздушного судна, включая панели перекрытия, герметические перегородки и другие компоненты. К сожалению, PEI подвержен действию противообледенительных жидкостей, что мешает его широкому применению в наружной части самолета.
Он обладает очень высокой прочностью, которая может быть в дальнейшем увеличена с помощью добавления стекло- или углеродных волокон. PEI обладает высокой диэлектрической прочностью, устойчив к гидролизу и не поддается воздействию ультрафиолетового и гамма излучения.
PPS (полифениленсульфид)
PPS - самый дешевый полимер из трех термопластиков, доступных к использованию в авиакосмической промышленности. Среди примеров успешного применения PPS композитов можно отметить створку шасси для Fokker 50, передние кромки неподвижного крыла для Airbus A340 и A380, продольные нижние балки, кронштейны и многое другое.
Этот высококачественный термопластик - не только чрезвычайно прочный, жесткий и плотный, но и обладающий природной огнестойкостью и жаропрочностью при непрерывной эксплуатации при температурах значительно выше 200°C (392°F). Он также очень устойчив к окислению и воздействию химических веществ, впитывает минимальное количество воды, обладает хорошими электрическими и превосходными техническими свойствами, а также низкой вероятностью деформации.
Эти три представляющих интерес для композитного рынка полимера – PEEK, PEI и PPS – все чаще применяются в авиакосмической промышленности. В то время как долгосрочные вложения в улучшение качества PEEK материалов привели к созданию хорошей базы данных и истории полетов. Так как эти полимеры получают более широкое признание в промышленности, ожидается снижение затрат на все авиакосмические композитные материалы.
Снижение веса – еще одно преимущество термопластичных препрегов. Несущие конструкции самолетов заменяются термопластиками. Более легкие авиалайнеры значительно помогают снизить затраты на топливо и эксплуатацию, что очень важно с точки зрения экономии.
Композиты захватывают все больше областей применения традиционных металлов в воздушном судне. Они достигли такого уровня развития, что некоторые сложные детали, производимые из термопластика невозможно изготовить из металла. И даже если эти детали получится изготовить из металла, затраты будут непомерно высокими.
Сегодня порядка 1000 деталей для авиалайнера Airbus A380, который весит больше 2,5 тонн, производится из композитов с PPS матрицей. Этот высококачественный композитный материал используется в наружных частях самолёта, например, в передних кромках крыла или в нервюрах и крепежных элементах, которые укрепляют фюзеляж. Применение во внутренних конструкциях включает поясничную опору, изготовленную из упрочненных углепластиков и встроенную в спинку кресла. Она весит всего 150 грамм, тогда как аналогичная опора из алюминия весит 280 грамм – почти в два раза больше.
В ближайшем будущем будут установлены патентованные модульные рамы из термопластика, для пассажирских сидений, что поможет еще больше снизить вес и затраты. Эти каркасы сидений производятся из PPS термопластика, соединенного с углеволокном, для изготовления недорогой ленты. Эта лента нарезается по заданной ширине и сплетается, а затем используется для изготовления высококачественных однонаправленных заготовок, которые могут быть быстро помещены в специальные формы и за считанные минуты превращаются в готовые изделия.
Новые рамы сидений из PPS композитов весят значительно меньше, чем их алюминиевые аналоги и при этом отвечают высоким требованиям крутящей нагрузки. Они также соответствуют требованиям Федерального авиационного управления США по огнестойкости и токсичности, по которым уже невозможно выполнять каркасы сидений из термоотверждаемых связующих.
На основе зарубежных изданий и производителей, термопластичные связующие начали применяться в высокотехнологических пластиках в авиастроении. Например, производитель TICONA FORTRON использовал материалы на основе PPS (полифенилен сульфид) и углеродного волокна в определенной пропорции для коммерческого авиационного транспорта нового самолета Gulfstream серии G 650 еще в 2009 году. Затем препрег на основе термопластичной матрицы из углеродного волокна попал и в Airbus А 350 XWB, а так же А380, конечным производителем продукта является компания Ten Cate, серия Cetex. Так же, в данном секторе авиастроения и высокотехнологичных пластиках представлены такие компании, как: CYTEC (марка DECLAR), Porcher industries или к примеру Toho Tenax (марка Tenax TPUD или TPCL).
Gulfstream G650 бизнес-джет с первым в своем роде рулем управления из термопластичных композитов на основе Fortron® полифениленсульфид (PPS), разработанного компанией Royal Ten Cate.
Carbon/ Fortron® полифениленсульфид (PPS) композиты используются в пассажирском сиденье (авиация) производителем Dynamics inc.
Fortron (Ticona)® на основе PPS применяются в аэрокосмической сфере при производстве сложных изделий, таких как передняя кромка крыла Airbus A380. Они были выбраны благодаря низкой стоимости и превосходному исполнению в критических окружающих условиях.
Вполне успешно наши российские институты разработали собственные материалы, к примеру ЦНИИ КМ ПРОМЕТЕЙ разработал новый материал УПФС – на основе термопластичного связующего PPS и углеродного волокна Т-15, получив на него патент.
Ниже, представлены некоторые примеры и характеристики термопластичных связующих.
| Тип термопласта | Оценка ударной прочности | *КИ, % О 2 | Химическая устойчивость | Специфика |
|---|---|---|---|---|
| PPS | хорошая | 44 | отличная | Микротрещины |
| Peek (Полиэфиркитон) | отличная | 24 | хорошая | Замечательные трибологические свойства и устойчивость к гидролизу, теплостойкий, кристаллический. |
| PEI (Полиэфиримид) | очень хорошая | 47 | очень хорошая | Не очень хорош при воздействии горячих гидравлических жидкостей; светопроницаемый, жесткий |
| PSU (Полисульфон) | отличная | 30 | хорошая | жесткий, светопроницаемый, крепкий, хорошие электр. свойства; В сравнении с РР, PVC имеет лучшие механические свойства |
| PES (Полиэфирсульфон) | отличная | 34 | хорошая | крепкий, негнущийся, жесткий, |
| PI (Полиимид) | - | 36 | - | износостойкий, низкий коэффициент трения, хор. диэлектрические и теплоизолирующие свойства, низкая проницаемость по отношению к газам |
*Огнестойкость, концентрационный критерий- кислотный индекс КИ
| Тип термопласта | Tg °C | Температура преформования | Температура производства | Плотность | Структура |
|---|---|---|---|---|---|
| PPS | 90 | 65 | 320 | 1,34 | полукристалл |
| Peek | 143 | - | 380 | 1.30 | полукристалл |
| PEI | 217 | 150 | 340 | 1,25 | аморфная |
Производство термопластичных препрегов основывается на методе расплавных технологий, то есть пропорционального нанесения порошкового связующего на ткань (материал), расплав данного связующего, прессование (пропитка), нагрев и/или охлаждения, в зависимости от задач. Ранее производство термопластичных препрегов сдерживал факт дорогостоящего оборудования и отсутствие возможности точно отследить долю процентного состава термопластичного связующего в препреге, что влияло на качество продукта.
Сейчас эту проблему устранили такие компании как: RELIANT MACHINERY (представитель в России компания «ИК-ТЕХНОЛОГИИ»), которые производят оборудование для расплавных технологий туннельного типа, или небезызвестная в России, компания MIKROSAM (представитель в России компания «CARBON STUDIO») - оборудование каландерного типа.
В следующем номере, мы более подробно разберем термопластичную матрицу PPS (полифениленсульфид), рассмотрим производителей, области применения, характеристики и требования, предъявляемые к данному термопластичному препрегу.
Композитные сэндвич-панели, состоящие из низкоплотного наполнителя и двух относительно тонких лицевых слоев (например, стекло- или углеткань), позволяют получить очень жёсткий и прочный и при этом легкий материал. Пропитка пенопластов AIREX смолой происходит только в тонких внешних слоях, непосредственно соприкасающихся с армирующими тканями. Основной объем пенопласта остается пористым, что обеспечивает лёгкость всего изделия.
Процесс формовки сэндвич-панелей мало отличается от традиционных процессов производства композитных деталей. Это может быть ручное формование, вакуумная инфузия, RTM, автоклавное формование препрегов и другие способы. Для каждого из методов формовки разработан отдельный тип финишной обработки листа пенопласта, например, перфорация и каналы для формовки с помощью метода вакуумной инфузии.
Ассортимент пенопластов AIREX делится на 3 большие группы:
— ПЭТ-пенопласты (AIREX Т92, AIREX Т90, AIREX Т10) – самые экономичные и простые в выкладке и термоформовании. Обладают хорошей усталостной прочностью, высокой температурной стойкостью (до 150° С при формовке) и не впитывают влагу.
AIREX Т92 – универсальный пенопласт, обладающим отличным сочетанием механических характеристик и низкой цены.
AIREX Т90 – огнестойкий пенопласт, обладающий рядом европейских сертификатов пожарной безопасности, что позволяет использовать его в конструкциях интерьеров в авиации, железнодорожном и автотранспорте.
AIREX Т10 – промышленный пенопласт, обладающий наивысшими среди ПЭТ-пенопластов механическими свойствами и при этом самый экономичный, благодаря специальной технологии производства.
— ПВХ-пенопласт AIREX С70 – самый прочный. Обладает высоким соотношением прочности и веса, отличной ударной и усталостной прочностью, а также низким впитыванием смолы.
— Специальные пенопласты (AIREX R63, AIREX R82)
AIREX R63 – ударопрочный пенопласт, используемый в основном в конструкциях, требующих хорошей защиты от упругих ударов.
AIREX R82 – высокотехнологичный пенопласт, обладающий отличной стабильностью свойств при температурах от -160° С до +190° С, а также высокой радиопрозрачностью.
* — Н-низкая плотность, С-средняя плотность, В-высокая плотность, СВ-сверхвысокая плотность
Читайте также: