SPS AMPER 2019 Schunk EuroBlech Murrelektronik

Inovativní materiály pro moderní letectví

Běžné letadlo spotřebuje na každý kilogram nesený na palubě zhruba 0,03 l paliva. Podle statistik leteckých společností v celkovém souhrnu letecké flotily, která nalétá ročně kolem 57 mil. hodin ušetří na jeden kilogram, o který se sníží hmotnost letadla kolem 1700 t paliva a 5400 t CO2 za rok…   

 

To je i důvod, proč se společnost SABIC Inovative Plastics zaměřila na vývoj moderních plastů, které by mohly v letectví nahradit dosud používané kovy nebo tradiční materiály. Například použitím plastu Lexan F6000, který nahradil do té doby používané produkty vyráběné z klasického PVC (konkrétně šlo o rámy sedaček) umožnilo aeroliniím ušetřit na každém sedadle přibližně 23 % hmotnosti, což je u letadla se 190 sedačkami nezanedbatelných 80 kg.

Plasty, které se nejvíce uplatňují v letadlech
- Lexan XHR je extrémně tepelně odolný plast až o 12 % lehčí ve srovnání tradičním PVC/polymetyl-methakrylátem (PMMA), což se samozřejmě příznivě odráží na hospodárnosti ve spotřebě paliva. Používá se na sedačky, lišty okenních rámečků, dveřní kryty a další interiérové prvky. Sedačky vyráběné pro společnost Carribean Airlines, nejsou zajímavé jen tím, že je navrhoval proslulý italský designér Giugiaro, ale především tím, že konstruktéři dosáhli stanovený cíl zredukovat hmotnost sedadla na max. 9 kg. Bonusem tohoto lehkého plastu vůči obvykle používaným tradičním PVC/akrylovým produktům je pak navíc splnění přísných požadavků týkajících se plamene, kouře a uvolňování tepla.
- Kompozitní plastový materiál Ultem s názvem Composite Aerospace Board (CAB): vyvinutý a vyráběný ve spolupráci s firmou Crane se ukázal jako skvělá alternativa za termosetový kompozit s voštinovou strukturou. Může být jednoduše tepelně tvarován, je 100 % recyklovatelný a nabízí řadu zajímavých vlastností. Podstatné je i to, že vyhovuje požadavkům amerického úřadu pro letectví (FAA).
- Uhlíkem plněná pryskyřice Ultem firmy SABIC Innovative Plastics obsahuje 40 % uhlíku a nabízí mimořádnou tuhost, což umožňuje výrobu tenkostěnných výlisků, kterými lze nahradit prvky z tlakově litého hliníku, např. v interiérech letadel. U konstrukčních prvků to znamená až o 50 % snížení hmotnosti a až o 40 % vyšší pevnost.
- Průhledný plast Lexan F2000A je ve své plátové podobě díky vysoké odolnosti vůči nárazu ideálním kandidátem na okna místo tradičního skla a také všude tam, kde je potřeba rozptýlit světlo. Dalším zástupcem průhledných plastů je kopolymerová pryskyřice Lexan FST, která v průhledné verzi může být určená pro interiéry letadel, a kombinací s materiálem Lexan XHR dosahovat barevných efektů. Odpadají tak náklady na dodatečné barvení. 
- Termoplastový polyimid (TPI) Extem UP: nehořlavý materiál s extrémně vysokou tepelnou odolností nabízí parametr s označením Relativní teplotní index (RTI) o hodnotě 240 °C, a výrobce uvádí udržení jeho mechanických a elektrických vlastností při této teplotě po dobu více než 10 let. Začleněním polyetheretherketonu (PEEK) do osvědčené technologie pryskyřice Extem, nabízí pak optimální výkon kombinující to nejlepší z obou materiálů. Při teplotě 200 °C dosahuje až 5násobně větší pružnost a až 5krát vyšší tuhost a také až o 30 % nižší tepelnou rozpínavost než neplněný materiál PEEK .
Hi-tech materiály se uplatňují nejen u prvků vystavených tvrdým podmínkám jako Ultem odolávající ultrafialovému záření na profily a závěsy dveří, ale i u běžných, jako jsou palubní servírovací vozíky, které se zbavily několika kilogramů hmotnosti díky plastu s označením Noryl. Ostatně i zmíněný lehký Ultem nahradil kov používaný dříve u zhruba tři desítek prvků od dveří vozíků čí mikrovlnné trouby až po výrobník nápojů a varnou konvici. Ve vzduchu se počítá každý ušetřený dekagram…

Inspirace přírodou
DuPont, výrobce odolného materiálu Kevlar, vyvinul pro aplikace v leteckém průmyslu speciální verzi s označením Kevlar Honeycomb Core. Jak už napovídá název, jde o voštinovou strukturu podobnou konstrukci včelí plástve a patří k nejvýznamnějším inovacím základních materiálů na trhu. Voština vytvořená z Kevlaru tvarovaného do vzájemně spojených 6bokých buněk je formována do plátů, které jsou strukturálně výjimečně silné, ale obsahují 90-99 % prázdného prostor, takže jsou také velmi lehké.
Kevlar, stejně jako další produkt firmy DuPont s označením Nomex, jsou elektrické izolanty – na rozdíl od kovu a uhlíku používaného ke zpevnění konstrukcí. Díky tomu odolávají galvanické korozi, častým problémem u spojování jiných materiálů, a také jednou z hlavních příčin poruch mechanismů v letadle. Voštinový Kevlar nabízí možnost vyrábět lehčí, pružnější, pevnější a odolnější součásti letadel než dříve. Prvním výrobcem, který těchto nových šancí využil, byl Airbus. Kevlar mu pomohl dostat ze země do vzduchu největší současné letadlo světa pro pasažérskou dopravu, obří dvoupatrový Airbus A380.

 

Uhlíková vlákna vs. kevlar
Kevlar a využití uhlíkových vláken jsou dva příklady moderních kompozitních materiálů, k jejichž hlavním vlastnostem patří, že jsou pevné a lehké. To je předurčuje k využití v aplikacích pro extrémní podmínky, kde je požadována vysoká odolnost a síla, jako je např. letecký a kosmický průmysl, výroba automobilů, ale také třeba ochranné balistické produkty jako jsou neprůstřelné vesty.
Přestože jsou často používány společně, oba materiály se v některých významných parametrech liší.
Uhlíkové vlákno je ve své podstatě technická tkanina, vytvořená z mnoha tenkých grafitových vláken. Základní systém jejich využití tvoří obvykle struktura vláken uložených do formy a spojených pomocí epoxidových pryskyřic, podobně jako u tkané látky, což zajišťuje maximální pevnost výsledného materiálu.
Kevlar je vytvářen na mikroskopické úrovni řetězením umělých molekuly do krystalové struktury pevného polymeru. Výsledné řešení může být tkané do vláken, nebo lité jako kapalina.
Struktury vytvořené jak pomocí karbonových vláken, tak kevlaru jsou velmi silné a odolné, ale trochu odlišným způsobem. Kevlar je velmi tuhý až do bodu, kdy se začne pod tlakem prohýbat, a dojde k narušení jeho struktury. Pak se může rychle ohnout. Kevlar obecně není příliš pružný, a jeho struktura může být ohrožena tím, že mění svůj tvar. Proto se používá tam, kde jsou potřeba tuhé a pevné prvky. To je např. právě případ neprůstřelné vesty, jejímž úkolem je zastavit střelu a eliminovat její energii, která by jinak měla devastující účinek na naši křehkou tělesnou schránku, a přenést na tělo tak málo energie, jak je to možné.
Uhlíkové vlákno může vykazovat značnou pružnost v závislosti na tloušťce použité vrstvy. Jeho pružnost je tak jedním ze způsobů, jak lze rozptýlit energii nárazu, což je vhodnější pro díly, jako jsou např. části karoserie. Vzhledem ke své „lanové“ konstrukci je uhlíkové vlákno obecně méně odolné vůči silám průniku a tlaku, ale na druhou stranu je do značné míry odolné vysokým teplotám, které dokáží oslabit Kevlar.
Výrobky z uhlíkových vláken jsou extrémně lehké, protože skladba jejich konstrukce umožňuje vyrábět je (za předpokladu, že nemusí být zvlášť silné) v nízkých tloušťkách. Proto se staly oblíbeným materiálem v letectví a při výrobě závodních aut. V případě, že je potřeba jejich odolnost ještě posílit, přijde často ke slovu doplňková kevlarová vrstva vložená do struktury karbonových, což se využívá např. v konstrukci bezpečnostních pomůcek, jako jsou např. ochranné přilby.
 

 

 
Publikováno: 13. 2. 2012 | Počet zobrazení: 3883 článek mě zaujal 370
Zaujal Vás tento článek?
Ano