Industriële fabricage
Industrieel internet der dingen | Industriële materialen | Onderhoud en reparatie van apparatuur | Industriële programmering |
home  MfgRobots >> Industriële fabricage >  >> Industrial materials >> Hars

PEEK of PEKK in toekomstige TPC-luchtstructuren?

Wat is beter voor de in-situ consolidatie (ISC) van thermoplastische composiet (TPC) tapes die worden ontwikkeld voor de productie van primaire vliegtuigconstructies, polyetheretherketon (PEEK) of polyetherketonketon (PEKK)? Deze zijbalk presenteert het PEEK vs. PEKK-debat dat deel uitmaakt van de grotere discussie over de vraag of ISC een echt eenstaps, uit de autoclaaf (OOA) proces is kan voldoen aan de doelstellingen voor kosten en productiesnelheid voor toekomstige vliegtuigproductie - dat is 60-70 vliegtuigen/maand voor een A320 neo-type straalvliegtuig met één gangpad. Het alternatief is om twee stappen te gebruiken :lay-up van thermoplastische composiettapes via automatische vezelplaatsing (AFP) en vervolgens consolideren in een autoclaaf of verwarmde pers. Zie "Consolideren van aerodynamische thermoplastische composieten, deel 1" en "deel 2" voor meer details. (Zie ook het recente hoofdartikel van Jeff Sloan over thermoplastische tapes.)

Zowel PEEK als PEKK zijn leden van de bredere familie van polyaryletherketonen (PAEK), vaak polyketonen genoemd. . "PEKK lijkt veel op PEEK, en het kristallisatiegedrag is vergelijkbaar, maar de verwerkingstemperatuur is 375 ° C versus 385 ° C voor PEEK", zegt Henri de Vries, senior wetenschapper, composieten, in de Structures Technology Dept. Nederlands Lucht- en Ruimtevaartcentrum (NLR, Amsterdam). De Fokker-activiteiten van NLR en GKN Aerospace (Redditch, VK) (Papendrecht en Hoogeveen, Nederland) hebben pionierswerk verricht met veel TPC-technologieën in de TAPAS 1- en TAPAS 2-programma's, waaronder een torsiedoos met een overspanning van 12 m en recentelijk een 6 m lange, 28 mm dikke CF/ PEKK-motorpylon bovenste ligger gemaakt met AFP maar geconsolideerd in een autoclaaf. (Zie "Demonstraties van thermoplastisch composiet — EU-roadmap voor toekomstige casco's").

De Vries ziet PEKK als meer vatbaar voor AFP, "omdat het procesvenster breder is . Voor PEEK moet je op 385-390°C zijn — verwerking bij 360°C is dus niet ideaal. Met PEKK is de verwerking echter redelijk goed, zelfs bij 355°C. Dus niet alleen is je ondergrens lager, maar je krijgt net iets meer tijd voordat het materiaal ondergaat, zodat de totale tijd dat het in de smelt is iets langer is, vandaar betere consolidatie .”

De Vries voegt eraan toe dat PEKK interessant is voor persvormen, de snellere optie voor consolidatie in een tweede stap versus vacuümzakken en fietsen in een autoclaaf. “De oudere PEKK-soorten (DS) waren te traag voor persvormen, maar de nieuwere kwaliteiten (FC) zijn beter en ook goedkoper dan PEEK.”

"Oxford Performance Materials (OPM) werkt sinds 2000 samen met PEKK", zegt DeFelice, "voor de ontwikkeling van zowel materialen als toepassingstechnologie. Alle PEKK-producten die momenteel op de markt zijn, zijn gemaakt met behulp van de DuPont-methode .” Hij legt uit dat in principe alle polyketonen tegelijkertijd zijn ontwikkeld als antwoord op de behoefte aan verbeterde brand-, rook- en toxiciteit (FST) prestaties in vliegtuiginterieurs die worden bedreigd door nieuwe FAA-regelgeving in de jaren negentig . De regelgeving is er echter nooit gekomen en de initiële markt voor PEEK en PEKK verdampte. Zo heeft ICI PEEK overgedragen aan Victrex en heeft DuPont PEKK verkocht aan Fiberite, dat werd overgenomen door Cytec, dat op zijn beurt werd overgenomen door Solvay. DeFelice zegt dat Arkema een partner werd van OPM met als doel PEKK-expertise op te doen, en uiteindelijk een PEKK-product met de DuPont-methode ontwikkelde. Als resultaat van deze samenwerking werd Arkema de tweede bron voor PEKK in de composietenindustrie.

"Hexcel investeerde ook in OPM", zegt DeFelice. (Hier maken we een snelle afleiding om de overname door Hexcel van OPM's Aerospace &Defense additive manufacturing-activiteiten uit te leggen. "We hebben een additieve productietechnologie ontwikkeld met behulp van selectief lasersmelten (SLM) met koolstofvezelversterkte PEKK die gekwalificeerd is bij Boeing, Northrop Grumman en anderen voor AEROSPACE-toepassingen. Dit was aantrekkelijk voor Hexcel, die al een . grootaandeelhouder van OPM.” Zo verwierf Hexcel in december 2017 de lucht- en ruimtevaart- en defensieactiviteiten (A&D) van OPM (South Windsor, CT, VS). OPM handhaaft echter zijn 3D PEKK-printactiviteiten buiten van lucht- en ruimtevaart en defensie, en blijft haar kerntechnologieën voor materiaalwetenschap ontwikkelen.

"Niet alle PEKK is hetzelfde", stelt DeFelice. “Solvay en Arkema passen de DuPont-methode toe, die gebruikmaakt van hogetemperatuursynthese (HTS) , dus het loopt iets sneller, wat de kosten verlaagt. Het heeft echter ook nadelen.” Hij legt uit dat er aanvankelijk problemen waren met de smeltstabiliteit en zuiverheid van het PEKK-polymeer, waardoor het voor DuPont moeilijk was om onderdelen te vervaardigen. Na verloop van tijd verbeterde de DuPont-methode, evenals het polymeer enigszins, en werden onderdelen beter reproduceerbaar. Naast de bovengenoemde additieve fabricagetechnologieën heeft OPM bijvoorbeeld spuitgiet- en filmtoepassingen ontwikkeld met PEKK.

"Maar we hebben altijd gezien dat PEKK anders gemaakt en verbeterd kon worden", zegt DeFelice. "Als je nu teruggaat naar de originele spelers, was er eigenlijk een derde, en dat was Raychem , die verkocht aan BASF, die PAEK eenvoudigweg in de steek liet. Maar de technologie van Raychem was voor synthese op lage temperatuur (LTS) . Dat is heel anders dan bij HTS.” Hij merkt op dat in plaats van polymeer vlokken te produceren, die dan moet worden gemalen voordat het wordt gemengd met oplosmiddel, enz. voor prepreg- en 3D-printtoepassingen, maakt deze gepatenteerde LTS-technologie de productie van een poeder mogelijk met een bolvorm dat is te controleren. Omdat LTS een "koud" proces is, is het ook veel beter controleerbaar in termen van het molecuulgewicht en de molecuulstructuur van het afgewerkte polymeer. Het proces is echter langzamer, dus een beetje duurder. “Maar het is ook mogelijk om direct naar poeder te gaan, zonder geen maalstap ', zegt DeFelice. "Dus dit helpt de langzamere verwerking te compenseren."

Dit nieuwe product, OXPEKK-LTS , biedt het beste van twee werelden:een controleerbaar proces dat een product oplevert met een bolvormig polymeerpoeder. "Bij het slijpen krijg je gekartelde 'rotsen' van polymeer die moeilijk gelijkmatig te stapelen zijn bij het coaten en impregneren van een tape”, legt DeFelice uit. “De ronde vorm van OXPEKK-LTS zorgt voor meer precisie tijdens het maken van een band. Dus nu kunnen we de tape verbeteren en echte OOA-verwerking inschakelen via in-situ consolidatie, die wordt belemmerd door de huidige tape-dimensionale trouw.”


De bolvormige deeltjes in OXPEKK-LTS zorgen voor een meer uniforme thermoplastische tape,
die helpt bij het bereiken van eenstaps, out-of-autoclave (OOA) in-situ geconsolideerde primaire composiet vliegtuigstructuren. BRON:Oxford Performance Materials.

Dus het is mogelijk om betere tape te produceren en toch de prijs van PEEK te evenaren? "De kosten waarover Airbus en hun leveranciers discussiëren voor samengestelde primaire structuren zijn veel gecompliceerder dan alleen de kosten van de polymeergrondstof", werpt DeFelice tegen. “Grondstoffen zijn zeker een onderdeel van de totale kosten van componenten, maar het fabricageproces en de prestaties zijn de belangrijkste kostenelementen. Ten eerste is de druksterkte van PEKK veel hoger dan PEEK, wat een aanzienlijk voordeel is. Je bent in staat om veel betere vermoeidheid te bereiken prestaties in de composietstructuur, wat op zijn beurt betekent dat u lichtere structuren . kunt ontwerpen die niet zoveel materiaal nodig hebben. Met andere woorden, we bieden een manier om hogere sterkte-gewichtsverhoudingen te bereiken . Maar we maken ook ISC mogelijk, dus deze lichtere structuren worden nu in één stap geproduceerd , niet twee.”

Maar daar stopt OPM niet. DeFelice beweert dat alle koolstofvezels die worden gebruikt in polyketon preregistratie voor ruimtevaarttoepassingen wordt gebruikt zonder maat . Dit is van cruciaal belang omdat het op maat aanbrengen van de vezel het mogelijk maakt om alle verschillende verwerkingsstappen te doorlopen met voorspelbaarheid, verminderde schade en herhaalbaarheid. "Niemand in de ruimtevaart gebruikt koolstofvezel met maatvoering voor PAEK thermoplastische primaire structuur omdat alle bekende maten een nadelige invloed hebben op de mechanische eigenschappen ”, legt hij uit.

Een korte opmerking hier. Matthias Schubert, technische dienst voor Teijin Carbon in Europa is het daar niet mee eens. “We hebben een speciale maatvoering gebruikt voor PAEK thermoplasten al vele jaren”, legt hij uit. "Het was nodig omdat standaardmaten enige uitgassing hebben vanwege hun epoxidechemie die degradeert bij PAEK-verwerkingstemperaturen. Onze maatvoering verhoogt de hechting van de hars , wat ongeveer 20% hoger is in vergelijking met unsized koolstofvezels .” Hij merkt op dat dit is gemeten door transversale 4-punts buigtests en kan worden toegeschreven aan gecontroleerde initialisatie van kristallijne structuren op het vezel-hars-interface. (Let op, deze ontwikkeling van de maatvoering wordt uitgelegd door Jean-Philippe Canart van Teijin Carbon America in de blog "PEEK vs. PEKK vs. PAEK".)

"Met OXPEKK LTS hebben we ook gepatenteerde chemie om de PEKK in oplossing te brengen en gebruik het als maat dat zal verdere verwerking versnellen en de bandprestaties verbeteren .” zegt DeFelice. Dit strekt zich uit tot in-situ consolidatie. "Dus nu is er een extreem sterke businesscase aan het ontstaan ​​​​voor grote primaire structuren die met deze technologie zijn gemaakt."

Hoe zit het met dikkere banden? Het NLR heeft aangegeven graag een tape van slechts 0,25 inch dik te willen hebben, wat verder helpt om de productiesnelheden van 60-70 vliegtuigen/maand te halen. "Snelheid duwt terug tegen trouw in het proces en prestaties in de uiteindelijke structuur”, zegt DeFelice. “Het is dus altijd een balans tussen deze tegengestelde factoren. De fysica van ronde polymeerdeeltjes in prepregging is goed ingeburgerd. We zijn van mening dat we controle over deze deeltjes bieden, wat vervolgens meer hefbomen geeft om de benodigde balans te bereiken voor het produceren van grote OOA-primaire structuren die voldoen aan de kosten- en prestatiedoelstellingen. We hebben zeer krachtige tools om deze technologie te krijgen waar Airbus en anderen het willen hebben.”

OPM's staat van dienst op het gebied van nieuwe wegen geeft het vertrouwen. "Niemand anders heeft gekwalificeerd 3D-printen met PEKK en koolstofvezel voor ruimtevaartuigen met een volledige B-basis toegestane", zegt DeFelice, "en niemand anders heeft schedel-, ruggengraat- en orthopedische implantaten ontwikkeld met FDA-goedkeuring, gecertificeerde biocompatibiliteit en prestaties. We zijn ervan overtuigd dat we PEKK thermoplastische composietoplossingen voor vliegtuigen kunnen bieden.”

OXPEKK LTS zal tegen het einde van dit jaar worden geïntroduceerd voor ontwikkelingsdoeleinden. Het product zal begin 2019 in de handel verkrijgbaar zijn.


Hars

  1. De toekomst van live-tv
  2. De toekomst is... Industrie 4.0
  3. De toekomst is…Samenwerking
  4. De toekomst van vermogensbeheer
  5. PEEK medische implantaten
  6. Hoge viscositeit PEEK voor spuitgieten en extrusie
  7. Toekomstige doppen en sluitingen:meer HDPE, meer PCR
  8. Gaat AI in de toekomst ten goede aan HR?
  9. De toekomst van datacenters
  10. On-Site Energy Future
  11. Bouwen aan een toekomst in Florida