Las cintas termoplásticas continúan mostrando potencial para aeroestructuras compuestas

La producción de aeroestructuras se ha visto muy afectada por la pandemia de COVID-19, pero los esfuerzos aeroespaciales no necesariamente siguieron su ejemplo, al menos para Web Industries (Marlborough, Mass., EE. UU.), Una empresa que ofrece servicios de corte de cinta termoplástica para una variedad de clientes. aplicaciones. Según Grand Hou, director global de investigación y tecnología, aeroespacial, los esfuerzos de investigación en el espacio, la movilidad aérea urbana (UAM) y el ejército han ido a toda velocidad para permitir la próxima generación de aviones, y los compuestos, específicamente las cintas termoplásticas, se han clave para muchos de estos esfuerzos.

Las cintas termoplásticas no son nuevas, por supuesto (consulte CW "Quiero decirles dos palabras:'Cintas termoplásticas'" del editor en jefe Jeff Sloan, para conocer más sobre la historia de fondo que se remonta a la década de 1960), pero en los últimos años se ha visto un aumento en su interés, particularmente por las aeroespacial y otras aplicaciones de alto rendimiento (como nervaduras para el programa Wing of Tomorrow y el programa Multifunctional Fuselage Demonstrator, entre otras). En comparación con las cintas termoendurecibles, los termoplásticos ofrecen ventajas como una mayor tenacidad, una reciclabilidad más sencilla, su capacidad para procesarse en autoclave (OOA) y el hecho de que pueden almacenarse a temperatura ambiente.

Web Industries está a la vanguardia del desarrollo y las aplicaciones de termoplásticos, sobre todo con sus múltiples capacidades de formateo, que incluyen el corte de cintas termoendurecibles y termoplásticas de los proveedores en diferentes formas y formatos para cumplir con los requisitos específicos del cliente. Con líneas de producción de corte longitudinal de cinta en instalaciones de EE. UU. Y Europa, las capacidades de Web incluyen el formateo de cintas termoplásticas de alto rendimiento de poliéterétercetona (PEEK), polietercetonacetona (PEKK) y poliariletercetona (PAEK), que se utilizan con mayor frecuencia en aplicaciones aeroespaciales.

Cintas TP para aeroestructuras secundarias y desafíos en estructuras primarias

Actualmente, señala Hou, la mayor parte de la actividad de aeroestructuras en preimpregnados termoplásticos se centra en estructuras secundarias como clips, paneles de acceso o subestructuras, mientras que las estructuras primarias críticas para el vuelo, como alas y fuselajes, se fabrican con compuestos termoendurecibles o metales.

“Muchos de los desafíos tienen que ver con la gestión de riesgos”, dice, y parte del problema históricamente ha sido el creciente dolor de los preimpregnados termoplásticos de los proveedores. Los materiales termoplásticos son menos maduros que las cintas termoendurecibles. Según Hou, mientras que las cintas termoendurecibles han tenido décadas de producción de gran volumen a escala y perfecta, los materiales termoplásticos están en la infancia de su uso en procesos automatizados para la producción de gran volumen.

Sin embargo, Web Industries trabaja con una variedad de proveedores de materiales compuestos, y Hou dice que la consistencia y escala general del material ha mejorado mucho en los últimos años. El ancho, la longitud, el grosor, la tensión de la fibra y la uniformidad de la resina del material son mucho más consistentes y de mayor calidad en la actualidad, dice.

Otro factor prohibitivo para la fabricación de estructuras primarias termoplásticas más grandes es que los materiales termoplásticos tienden a ser más caros que los termoestables. "No se adoptará más ampliamente si no hay una ventaja de costos general", admite Hou, señalando que la colaboración y la ayuda técnica son fundamentales para ayudar a reducir los costos del proceso. "Podemos lograr mejores soluciones cuando todos trabajan en colaboración desde las primeras etapas del proyecto hasta el final para lograr objetivos comunes".

Flexibilidad del proceso y personalización del material

En general, Hou ve un gran potencial y una creciente actividad para las cintas termoplásticas ahora y en el futuro, siendo la flexibilidad uno de los principales puntos de inflexión para los clientes.

Actualmente, las cintas termoendurecibles se limitan principalmente a la colocación automatizada de fibras (AFP), con las limitaciones del curado en autoclave y los requisitos de temperatura de almacenamiento. Los termoplásticos pueden permitir un enfoque de proceso más flexible, así como el procesamiento OOA, dice Hou, incluidos los formatos de cinta para la colocación automática de cintas (ATL) y los filamentos para la fabricación aditiva.

Según Web Industries, las soluciones de cadena de suministro y formato a escala comercial serán fundamentales para proporcionar a los fabricantes de aeroestructuras las cintas de hendidura termoplásticas necesarias para respaldar las tasas de construcción proyectadas por la industria.

Los preimpregnados termoplásticos también se pueden adaptar para aplicaciones específicas. Según Hou, los usuarios finales buscan hacer coincidir los materiales con cada aplicación. Debido a que los termoplásticos son altamente adaptables, se puede desarrollar un formato específico para una pieza específica, dice, maximizando el uso de material y reduciendo los costos posteriores del cliente. Dado que la UAM, el espacio y el ejército son áreas de gran actividad, Ashley Graeber, directora de ventas y desarrollo de nuevos negocios, señala que la actividad se está adaptando por proyecto, en lugar de por programa de aeronaves.

Dar formato a materiales termoplásticos para aplicaciones específicas también ayuda a reducir el desperdicio, dice Jason Surman, vicepresidente de ventas, aeroespacial. En la industria aeroespacial, la relación compra-vuelo, que es la relación entre la materia prima y la masa de la pieza terminada, es una preocupación clave. El objetivo es tener una proporción de compra por vuelo lo más cercana posible a 1:1, lo que significa que hay poco material de desecho. El material correcto en el formato correcto para la aplicación correcta puede reducir drásticamente el desperdicio, señala Surman. En la industria aeroespacial, el 30% de desperdicio es "muy común", dice, y para que el desperdicio esté por debajo de ese nivel requiere un esfuerzo de colaboración de todas las partes.

"Combinar el material con el proceso es fundamental", agrega Surman, "y las cintas termoplásticas están emergiendo como una solución habilitadora para los fabricantes de aeroestructuras".