16 Ago El desarrollo de los composites en la industria aeroespacial
En Mafisan trabajamos para todos los sectores de la industria, incluida la aeroespacial, porque los materiales plásticos ayudan a fortalecer la seguridad de las aeronaves. Hoy abordamos la diferencia entre las resinas termoestables y los termoplásticos y la evolución que se espera en los próximos años.
Resinas termoestables y composites termoplásticos
Las resinas termoestables y el curado en autoclave han sido los pilares de los compuestos aeroespaciales desde su introducción en los aviones. Durante los años 60 y 70, la mayoría de los fabricantes de aerocompuestos tomaron prestado de las técnicas del diseño mojado usadas en la industria de la construcción de barcos. Sin embargo, las inconsistencias y la variabilidad del proceso de diseño húmedo dieron paso en los años ochenta a una disposición manual más consistente y repetible de materiales preimpregnados. En la década de 1990, el diseño preimpregnado dio paso a tecnologías de colocación de fibra y diseño de cinta automatizada más productivas. En todos los casos, se consideró que el autoclave era necesario para asegurar que los laminados cumplieran los objetivos de contenido vacío. La primera década de este siglo, sin embargo, ha visto que las técnicas de procesamiento fuera de autoclave (OOA) atraen el interés, con promesas de producción más rápida y costes de fabricación más bajas.
Como consecuencia de este cambio de paradigma hacia la eficiencia coste/proceso, los termoplásticos reforzados aparecen actualmente en la cúspide para capturar una parte significativa del mercado de las materias primas aeroespaciales sobre la base de una distinción significativa. A diferencia de los termoendurecibles, los termoplásticos no necesitan reticular (curar). Estos polímeros se forman fácilmente bajo suficiente calor y simplemente se endurecen y mantienen esas formas (a velocidades mucho más rápidas a las que los termoendurecibles pueden curar) cuando se enfrían. Además, conservan su plasticidad, es decir, se refunden y pueden reestructurarse recalentándolos por encima de sus temperaturas de procesamiento. Esta característica ofrece posibilidades intrigantes más rápidas y más innovadoras en las técnicas de procesamiento de los composites en comparación con sus contrapartes termoestables.
La introducción de procesos OOA (técnicas de procesamiento fuera de autoclave) y de termoplásticos en la industria aeroespacial ha complicado la paleta de opciones de material / proceso de los aerofabricantes: el procesamiento OOA puede incluir termoplásticos o termoendurecibles. Al mismo tiempo, la fabricación con compuestos termoplásticos (TPCs) puede implicar a veces el uso de un autoclave. Por estas razones, este enfoque de mercado centrado en TPC adapta algunos datos que se incluyeron en un reciente HPC OOA Market Outlook pero incluye una serie de diferencias significativas y beneficios de una serie de actualizaciones críticas y una investigación continua.
Composites termoplásticos: Qué y por qué
Hay un amplio rango de materiales termoplásticos usados ahora en los componentes de composites avanzados para la industria aeroespacial. Con frecuencia se ven seis clases generales de termoplásticos:
- Policarbonatos (PC)
- Las poliamidas (nylon, PA-6, PA-12)
- Polifenileno Sulfuro (PPS)
- La polieterimida (PEI)
- La polieteretercetona (PEEK)
- Polieterketoneketona (PEKK)
En este contexto, muchos de estos polímeros termoplásticos tienen precios de materia prima comparables a, y la alta resistencia a la tracción de las resinas termoendurecibles comunes, incluyendo:
- Fenólicos (PH)
- Epoxies (E)
- Bismaleimidas (IMC)
- Los ésteres de cianato (CE)
- Las poliimidas (PI)
El valor potencial que los termoplásticos aportan al mercado aeroespacial se hace más evidente cuando se comparan las características de rendimiento de la resina con los costes de las materias primas. Los termoplásticos generalmente presentan una resistencia al impacto superior, comportamiento de fuego / humo / toxicidad (FST) y, con la excepción de los PEIs, resistencia química. (Los PEIs son susceptibles al ataque de fluidos anticongelantes y a la absorción de humedad, lo que limita su uso en las epidermis de aeronaves). Los termoplásticos también exhiben una vida útil casi infinita a temperatura ambiente. Esto se compara bastante favorablemente con una vida útil de menos de seis meses en almacenamiento refrigerado para materiales termoendurecibles preimpregnados típicos.
PEEK, PPS, PEI y PC muestran muchas características favorables para su aplicación tanto en estructuras aeroespaciales como en componentes interiores. Aunque los costos de materia prima de los termoplásticos aeroespaciales pueden ser, en algunos casos, más altos que los de los materiales termoestables competitivos, el costo del componente acabado puede ser aproximadamente de 20 a 40% menor debido a los menores costos de manipulación, procesamiento y montaje. Los termoplásticos también ofrecen la opción de fusionar o soldar subcomponentes moldeados, lo que puede reducir el peso del ensamblaje y las concentraciones de tensiones eliminando los sujetadores y los adhesivos.
Para aplicaciones de alta temperatura, los polímeros PPS, PEI y PEEK también ofrecen una excelente estabilidad térmica – una propiedad crítica en una serie de programas de aviones comerciales supersónicos militares, aeroespines y futuros, donde el calentamiento aerofriccional puede generar temperaturas de servicio continuas más allá de las capacidades de epoxi de alta temperatura Termoestables (~ 180 ° C / ~ 350 ° F). A estas temperaturas elevadas, los termoplásticos PEEK y PPS, con un precio entre $ 4 y $ 72 / lb ($ 9 y $ 160 / kg) pueden ofrecer ahorros potencialmente sustanciales en comparación con los termoestables BMI y PI, entre $ 42 y $ 400 /.
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