Coraz większa złożoność samolotów tak wojskowych jak i cywilnych zmusza badaczy na całym świecie do poszukiwania nowatorskich materiałów, które zmniejszają masę, maksymalizują efektywne zużycie paliwa i utrzymują równowagę aerodynamiczna samolotów. Kompozyty stanowią odpowiedź jeśli chodzi o mocniejsze materiały w produkcji samolotów ponieważ są lekkie, łatwo się formują i są odporne na wysokie temperatury: czyli spełniają kluczowe wymagania stawiane przez projektantów samolotów w zakresie wyboru materiałów - tak wynika z niedawnego raportu firmy Frost & Sullivan.
  Gdy kompozyty zaczną zapewniać korzystniejszy stosunek kosztów do korzyści, prawdopodobnie staną się kandydatami do zastąpienia cięższych elementów konstrukcyjnych z aluminium lub stali w istniejących samolotach cywilnych i wojskowych. Badacze pracują też nad zastosowaniem nanorurek węglowych w celu wzmocnienia i usztywnienia kompozytów. Podczas gdy technologia ta jeszcze nie wyszła z laboratoriów, nanorurki węglowe mogą znaleźć zastosowanie w samolotach A380 i Boeinga 747 do roku 2020.
  Prace innowacyjne DuPont Electronic Technologies rozpowszechniają stosowanie kompozytów w statkach kosmicznych. Firma stosuje laminaty i kompozyty Pyralux w zastępstwie konwencjonalnych drutów i kabli w statkach kosmicznych. Materiały te dają oszczędności i jednocześnie czynią statek kosmiczny lżejszym, trwalszym i bardziej odpornym na czynniki zewnętrzne oraz zapewniają mu większą elastyczność przy zginaniu i skręcaniu. Dążąc do zmniejszenia masy foteli lotniczych jeden z dużych producentów zastąpił wiele elementów aluminiowych, kompozytowymi zawierającymi włókna węglowe i PPS (z polisiarczku fenylenu). Masa tych elementów, w tym oparcia i siedziska, podłokietnika, osłony ekranów wideo, została zmniejszona o 40 do 50%.
  Spośród różnych polimerów wybrano tworzywo Fortron PPS dostarczane przez firme Ticona. Jest on samoistnie trudnopalny. Cechuje go niski wskaźnik dymienia i wysoki wskaźnik tlenowy oraz zdolność i lepsze właściwości mechaniczne od aluminium. Kompozyt Tepex oparty na PPS wytwarzany jest przez niemiecka firmę Bond-Laminates w postaci arkuszy o grubości od 0,2 do 5 mm mających do 20 warstw. Arkusze takie są termoformowane przez firmę DTC z Holandii.

 

 

  Oparcie lędźwiowe u podstawy tylnej części fotela to dobry przykład na oszczędności jakie dają kompozyty Tepex. Część ta, o wymiarach 160 na 300 cm, wykonana z PPS waży około 150 g, a wykonana z aluminium waży 280 g. Różnica wynosi 130 g. Biorąc pod uwagę, że Airbus A380 w wersji standardowej ma 555 foteli, redukcja masy w jednym samolocie wynosi 72 kg.  Kompozyty PPS przetwarza się łatwiej i taniej niż aluminium, które wymaga znacznie większej liczby etapów podczas obróbki. Ticona szacuje, że części wykonane z Tepeksu dają w sumie oszczędności około 20 do 25% w porównaniu do aluminium. Miejsca do siedzenia w samolotach nowej generacji takich jak Airbus A380 wymagają nowatorskich koncepcji łączących bezpieczeństwo z wygodą podczas lotów na długich trasach.
  PPS stał się podstawą tego typu rozwiązań ponieważ jest on dostatecznie mocny by zastąpić metale, a jednocześnie lekki. Kompozyty PPS charakteryzują się doskonałą twardością, sztywnością i udarnością. Ponadto są odporne na większość chemikaliów i na utlenianie, są trudnopalne i stabilne wymiarowo w warunkach zmiennej temperatury przekraczającej 100°C.
  Postęp, który dokonał się w technologiach materiałów kompozytowych, spowodował, że projektantom A380 (największy na świecie samolot pasażerski) nie brakowało materiałów do wyboru. W jaki więc sposób pogodzili oni wymagania wytrzymałościowe każdej sekcji samolotu z optymalnym materiałem? Krótko mówiąc – dzięki konkurencji. – Zmusiliśmy najlepsze technologie materiałowe do konkurowania ze sobą – twierdzi Roland Thevenin, główny specjalista do spraw kompozytów i certyfikacji. W tej bezwzględnej analizie konkurencyjnej porównywano własności połączonych metalu i kompozytu, a także dwóch kompozytów. Nie brano pod uwagę wyłącznie ciężaru i najważniejszych właściwości mechanicznych, ale uwzględniano także
koszt, łatwość produkcji i naprawy po wejściu samolotu do normalnej eksploatacji.
  Wiele samolotów miało problemy z ciężarem, począwszy od etapu projektowania, a skończywszy na produkcji. Spotkało to też A380. Jednak konstruktorom Airbusa udało się zmniejszyć ciężar obciążający podwozie tego wielkiego samolotu. Dokonali tego dzięki wprowadzeniu do konstrukcji większej ilości materiałów kompozytowych, niż zdarzyło się to kiedykolwiek w dotychczasowej historii firmy. Airbus twierdzi, że wykorzystanie lekkich materiałów konstrukcyjnych spowodowało zwiększenie udźwigu użytecznego samolotu o 15 t.
  Wzmacniane kompozyty z tworzyw sztucznych stanowią większość w tej konstrukcji. Thevenin informuje, że 22 procent struktury podstawowej (w stosunku wagowym) wykonano z różnych kompozytowych tworzyw sztucznych, przeważnie epoksydowych, wzmacnianych włóknami węglowymi, dostarczonych przez firmy Hexcel i Cytec. Firma stosuje też, w nieznacznych ilościach, tworzywa epoksydowe wzmacniane włóknem szklanym do produkcji statecznika pionowego samolotu, jak również epoksyd wzmacniany kwarcem – do wyrobu stożka dziobowego. Podczas gdy zastosowania strukturalne oparte
były przede wszystkim na kompozytach termoutwardzalnych, samolot posiada j-nose1, stanowiący część krawędzi natarcia skrzydeł, wykonany z tworzywa PPS, wzmacnianego włóknem szklanym. Thevenin zauważa, że wybrano tworzywo termoplastyczne, które zastąpiło nitowaną strukturę aluminiową, stosowaną we wcześniejszych konstrukcjach. Wybór był częściowo spowodowany podatnością tworzywa na spawanie powłoki j-nose i usztywnień z odpowiednim zapasem wytrzymałości.
  Nie należy jednak sądzić, że w konstrukcjach wszystkich samolotów w przyszłości będzie automatycznie zwiększany udział kompozytów. Techniki produkcji stopów aluminium i tytanu stają się coraz efektywniejsze i jednocześnie tańsze. W rezultacie przy każdym nowym projekcie samolotu… konkurencja zaczyna się od nowa.

Źródło: Tworzywa.com.pl , Designnews