Pionierska rodzina witrimerów do zastosowań lotniczych
Zastosowanie kompozytów w przemyśle lotniczym przyniosło bardzo wiele korzyści. W porównaniu z metalowymi odpowiednikami części kompozytowe charakteryzują się większą wytrzymałością strukturalną i lepszą odpornością na ciepło, korozję i uderzenia, przy jednoczesnym zmniejszeniu wagi, zużycia paliwa i emisji. Podstawą komponentów lotniczych są jednak nadal konwencjonalne kompozyty termoutwardzalne. Ich usieciowane łańcuchy polimerowe zapewniają doskonałe właściwości mechaniczne, termiczne i chemiczne, ale nie można ich ponownie przetworzyć po podgrzaniu (ich struktura jest „ustalana” podczas pierwotnego cyklu ogrzewania i chłodzenia), co ogranicza możliwość naprawy i recyklingu wykonanych z nich elementów. Z kolei tworzywa termoplastyczne mają cechy pozwalające na ich ponowne przetworzenie, naprawę i recykling (tak zwane 3R). Są one coraz częściej stosowane w przemyśle lotniczym, problemem jest jednak wysoki koszt surowców oraz fakt, że ich przetwarzanie wymaga wysokich temperatur i dużej ilości energii. Zespół finansowanego przez UE projektu AIRPOXY(odnośnik otworzy się w nowym oknie) połączył najlepsze cechy obu tych materiałów, tworząc rodzinę kompozytów termoutwardzalnych dla sektora lotniczego, które posiadają wszystkie zalety tworzyw termoplastycznych. Opracowana przez badaczy ekologiczna żywica 3R do kompozytów z włókna węglowego pozwoli na skrócenie czasu, obniżenie kosztów i zmniejszenie zużycia zasobów, tak ważne dla pomyślnej przyszłości europejskiego sektora lotniczego.
Żywica 3R: pionierski, opatentowany witrimer rozwija skrzydła
Opatentowana przez AIRPOXY żywica epoksydowa 3R to witrimer, niedawno odkryta klasa tworzyw sztucznych otrzymywanych z polimerów termoutwardzalnych. Dzięki aktywowanym termicznie i odwracalnym („dynamicznym”) wiązaniom mogą one zmieniać swoją topologię poprzez szybkie reakcje wymiany wiązań, zachowując jednocześnie nienaruszoną strukturę i właściwości materiału. W ostatnich dziesięciu latach koordynator projektu CIDETEC(odnośnik otworzy się w nowym oknie) stale rozwijał żywicę 3R pod kątem nowych zastosowań kompozytów. Konsorcjum AIRPOXY przeniosło te zastosowania na nowy poziom, spełniając niezwykle wyśrubowane wymagania sektora lotniczego.
Witrimery dla przemysłu lotniczego: obniżenie kosztów oraz skrócenie czasu produkcji i napraw
Rozszerzenie zastosowania opatentowanej żywicy 3R na sektor lotniczy wymagało opracowania i użycia narzędzi do symulacji i monitorowania stanu konstrukcji. Zespół AIRPOXY zajął się technikami obróbki, w tym termoformowaniem, formowaniem z transferem żywicy, zgrzewaniem i klejeniem, a także naprawą. Koordynatorka projektu Nerea Markaide z działu polimerów i kompozytów CIDETEC tłumaczy: „Produkcja części na bazie żywicy 3R za pomocą ciągłego formowania tłocznego jest siedem razy szybsza i o około 37 % tańsza w porównaniu do procesu z użyciem autoklawu. Naprawy kompozytów żywicznych AIRPOXY mogą być wykonywane o 95 % szybciej i przy znacznie niższych kosztach; na przykład rozwarstwienia można naprawiać poprzez zastosowanie ciepła i docisku na uszkodzony obszar bez konieczności jego usuwania i ponownego konstruowania, jak w przypadku kompozytów termoutwardzalnych”.
Żywica 3R pomaga chronić cenne zasoby
Narzędzia oceny cyklu życia wykazały jednoznaczne korzyści dla środowiska wynikające z zastąpienia konwencjonalnej żywicy epoksydowej żywicą 3R w produkcji kompozytów z włókien węglowych. „Możliwość ponownego przetworzenia lub naprawy poprzez ponowne kształtowanie lub ponowne formowanie ogranicza krytyczne wady produkcyjne i znacznie redukuje odpady. Możliwość recyklingu przy pomocy solwolizy(odnośnik otworzy się w nowym oknie) pozwala uzyskać ekonomiczne źródło wysokiej jakości włókna węglowego i żywicy 3R do ponownego wykorzystania. Ponadto procesy zgrzewania i naprawy 3R przyczyniają się do znacznego zmniejszenia zużycia energii i materiałów eksploatacyjnych”, wyjaśnia Markaide. Sektor lotniczy poszukuje coraz bardziej ekologicznych materiałów i procesów, co przekłada się na stały wzrost wielkości rynku kompozytów dla lotnictwa, który do 2026 roku ma osiągnąć wartość blisko 30 miliardów euro. Optymalizacja właściwości żywicy 3R przez zespół AIRPOXY w celu spełnienia wymogów przemysłu lotniczego(odnośnik otworzy się w nowym oknie) oraz rozwoju procedur termoformowania, naprawy i zgrzewania umożliwi sektorowi realizację ambitnych celów przy jednoczesnym zwiększeniu konkurencyjności europejskiego przemysłu lotniczego.
