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 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 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 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 oraz rozwoju procedur termoformowania, naprawy i zgrzewania umożliwi sektorowi realizację ambitnych celów przy jednoczesnym zwiększeniu konkurencyjności europejskiego przemysłu lotniczego.
Słowa kluczowe
AIRPOXY, lotnictwo, kompozyty, żywica 3R, termoutwardzalna, termoplastyczna, witrimer, włókno węglowe, termoformowanie
