Skip to main content
European Commission logo print header

Cheaper, Lighter, Safer Composite Materials for Aircraft Interiors

Article Category

Article available in the following languages:

Nowe podejście do projektowania wnętrz samolotów może sprawić, że ich produkcja będzie tańsza i bardziej ekologiczna

Aby sprostać surowym wymogom w zakresie ochrony przeciwpożarowej i odpowiedniej masy wnętrza samolotu, w obecnie stosowanych rozwiązaniach wykorzystuje się ognioodporny materiał kompozytowy z żywicy fenolowej wzmocniony włóknem szklanym. Jednak z uwagi na fakt, że części fenolowe mają wiele wad, w ramach jednego z unijnych projektów zajęto się opracowaniem bardziej ekologicznej i tańszej alternatywy.

Transport i mobilność icon Transport i mobilność

W przypadku wyposażenia wnętrz samolotów stosowanie żywicy fenolowej w połączeniu z włóknami szklanymi stanowi dla przemysłu lotniczego idealne rozwiązanie. Celem wspieranego ze środków UE projektu IntAir było udoskonalenie materiałów i procesu produkcji kompozytów nowej generacji używanych we wnętrzach samolotów – tańszych, lżejszych i bezpieczniejszych niż obecnie stosowane materiały toksyczne. Prace zespołu projektowego koncentrowały się na szczególnym rodzaju materiału kompozytowego – wstępnie impregnowanych włóknach węglowych lub szklanych, zwanych „prepregami”. Prepregi to wysokowydajne kompozyty składające się z tkaniny impregnowanej żywicą termoutwardzalną, która jest następnie częściowo utwardzana. Rezultatem jest materiał, który jest nie tylko bardzo łatwy w obróbce i cięciu, ale również cechuje się wysokim stosunkiem włókna do polimeru, co zapewnia jego wysoką wydajność. Zwykle proces produkcji wykończonych części wygląda tak, że prepreg jest układany w formie i wzmacniany za pomocą wysokiej temperatury i ciśnienia aż do pełnego utwardzenia polimeru. Żywice PFA (z alkoholu polifurfurylowego) nie są niczym nowym. Jak wyjaśnia dr Joe Carruthers, dyrektor zarządzający w spółce Composites Evolution odpowiedzialnej za realizację projektu IntAir, „są one od wielu lat stosowane w przemyśle odlewniczym, a od kilku lat prowadzone są prace nad ich zastosowaniem w kompozytach. Nasza firma pracuje nad prepregami PFA od mniej więcej 2010 roku. W tym czasie największym wyzwaniem było doprowadzenie ich do standardów jakości (konsystencji) i wydajności wymaganych w przemyśle lotniczym. Więc na pytanie »dlaczego teraz?« odpowiem, że nie był to szybki proces, a raczej wynik długoletnich poważnych działań badawczo-rozwojowych”. Przed uruchomieniem projektu firma Composites Evolution była w stanie produkować małe ilości prepregów na skalę laboratoryjną. Zatem jednym z celów inicjatywy było wykazanie możliwości zwiększenia skali produkcji prepregów w ilości, która przyniesie komercyjne korzyści. W trakcie prac zespół napotkał na liczne problemy. Musiał udowodnić, że właściwości mechaniczne, takie jak wytrzymałość i sztywność, oraz odporność na ogień były na takim samym lub wyższym poziomie w porównaniu z obecnie stosowanymi materiałami. Ponadto pracowano nad nadaniem prepregom odpowiednich cech oraz nad sposobem ich obróbki: zbyt lepki materiał jest trudny w obróbce, a niedostatecznie lepki jest trudny do układania w warstwy podczas procesu formowania. Na końcu zajęto się doskonaleniem procesu utwardzania. „Żywice PFA są utwardzane w procesie kondensacji, a z powstałą w jego wyniku parą wodną należy postępować bardzo ostrożnie, aby wydostająca się wilgoć nie przeszkodziła w obróbce powierzchni danej części”. Zespołowi udało się przezwyciężyć wszystkie te wyzwania dzięki połączeniu chemii (opracowanie odpowiedniej żywicy w celu uzyskania wymaganych cech utwardzania) i inżynierii procesowej (opracowanie precyzyjnego procesu wytwarzania, który zapewnia utrzymanie dokładnego stosunku włókna do żywicy dzięki dobrze zaimpregnowanym włóknom). Zakwalifikowanie produktu do użycia w przemyśle lotniczym to stosunkowo długi proces, ale firma prowadzi już rozmowy z wieloma producentami wnętrz samolotów. „Ponadto podmioty z innych sektorów, takich jak transport kolejowy i morski, w których także obowiązują rygorystyczne wymogi w zakresie ochrony przeciwpożarowej, wyraziły spore zainteresowanie. Sprzedajemy nasze materiały do obu tych sektorów”, wyjaśnia Carruthers. Jego zdaniem jest oczywiste, że poświęcony czas i wysiłek się opłaciły. „Jestem dumny z faktu, że w wyniku projektu powstał naprawdę opłacalny produkt, który po zakończeniu prac generuje sprzedaż. Wiele zespołów współpracujących nad projektami ma trudności z przekroczeniem tak zwanej »doliny śmierci« dzielącej etap badań i rozwoju od etapu komercjalizacji. Ale w tym przypadku udało nam się wprowadzić na rynek przełomowy produkt, który przynosi naszym klientom wiele korzyści w porównaniu z powszechnie stosowanym, ale niedoskonałym rozwiązaniem”. Projekt odniósł ewidentny sukces komercyjny, ale poza tym zyskał także uznanie branży. Element siedzenia do zamontowania w pociągu, który został opracowany w ramach projektu, został zakwalifikowany do finału konkursu JEC Innovation Awards 2019. „13 marca 2019 roku okaże się, czy zwyciężyliśmy”, konkluduje Carruthers.

Słowa kluczowe

IntAir, prepregi, preimpregnowane włókno węglowe, preimpregnowane włókno szklane, wnętrze samolotu

Znajdź inne artykuły w tej samej dziedzinie zastosowania