Ускорение производства аэропрочностей: новая двухкомпонентная эпоксидная смола Hexion для RTM

Это третья в моей серии блогов о технологиях, которые стоит посмотреть на CAMX 2019 (23–26 сентября, Анахайм, Калифорния, США). Hexion (Коламбус, Огайо, США) разработала двухкомпонентную (2K) систему для RTM аэропрочностей на основе своей эпоксидной смолы Epikote System 600. Введение ниже объяснит, почему это развитие важно. После этого я дам больше деталей об этой новой 2K системе и о том, как Hexion удовлетворяет требования аэрокосмических ОЕМ к in-situ контролю качества смешанной смолы. Внизу я также обсуждаю 2K инфузионную/RTM эпоксидную смолу Hexion для огнестойких (FR) применений.

Зачем 2K смолы для RTM?

Ранее в этом году я писал о программах у специалиста по инструментарию Alpex Technologies (Милс, Австрия) и дочерней компании Airbus Composites Technology Center (CTC, Стаде, Германия) по производству композитных авиационных деталей с использованием формования переносом смолы (RTM). Использование RTM в авиации не ново. Существует и было множество авиационных деталей, изготовленных с использованием RTM, включая:

• Руль направления для бизнес-джета Gulfstream G250 (Israel Aerospace Industries и North Coast Composites)
• Лопатки и корпус вентилятора для турбореактивного двигателя LEAP (Albany Engineered Composites)
• Рама двери A350 (Airbus Helicopters Доноворт)
• Демонстрационная пассажирская дверь A350 (Elbit Cyclone)
• Демонстрационный многоспарный флап A320 (Airbus Бремен)
• Matrix Composites произвело более 6000 компонентов для F-22 с использованием RTM.

Однако RTM в авиационных применениях традиционно был низкодавленным процессом с циклами, измеряемыми в часах. Программы в Alpex и CTC фокусируются на использовании автоматизации, быстрой инъекции и 15–20-минутных тактовых времен, предлагаемых высокодавленным RTM (HP-RTM). В моей статье «HP-RTM для серийного производства экономичных CFRP аэропрочностей» я обсуждал вопрос использования двухкомпонентных (2K) эпоксидных смол против текущей нормы использования предсмешанных однокомпонентных (1K) систем:

«Шиллер [Ян Шиллер, руководитель проекта CTC по производственным системам и главный контакт по RTM-технологиям] замечает, что все предыдущие RTM авиационные структуры использовали только 1K системы, смешанные поставщиком, который затем сертифицирует смесь и несет ответственность за обеспечение соответствия смолы квалификационным требованиям. «Теперь мы рассматриваем 2K системы, но вызов — обеспечить качество смешивания», — объясняет он. Предсмешанные 1K системы требуют холодной перевозки и хранения для предотвращения реакции до обработки детали. Таким образом, преимущества 2K систем включают устранение этих расходов, а также более высокую реакционную способность для более быстрой обработки».

«Однако одна проблема — контроль качества (QA) перейдет от поставщика смолы к производителю деталей. «Этот QA требует обнаружения соотношения смешивания и качества смешанной смолы. Оба нужны для квалификации нового материала Airbus. Значит, это измерения двух компонентов непосредственно перед смешиванием и смолы после смешивания. Сегодня у нас есть датчики только перед головкой смешивания, показывающие, сколько смолы и сколько отвердителя дозируется в смесь. Этого недостаточно для квалификации».

Hexion (Коламбус, Огайо, США), лидер в разработке быстроотверждающихся эпоксид для HP-RTM в автомобильных композитах (см. «HP-RTM на подъеме»), объявила в марте 2019 года, что разработала 2K систему для RTM аэропрочностей на основе своей эпоксидной смолы Epikote System 600. Я собеседовал руководителя глобального аэрокосмического сегмента эпоксид Hexion, Жана Ривьера, чтобы узнать больше об их 2K системе для авиации и о том, как они удовлетворяют этот спрос на in-situ QA смешанной смолы.

Преодоление ограничений 1K систем

«Как и с препрегом, 1K системы для RTM и инфузии в авиации должны храниться на холоде и имеют ограниченный срок хранения», — говорит Ривьер. «Используя двухкомпонентную (2K) эпоксидную систему, вы убираете эти ограничения. Мы видели использование 2K и высокореактивных эпоксидных смол в производстве лопаток ветряков и автомобильных структур. Так почему бы не в авиации?»

Ривьер объясняет, что после разговоров со многими клиентами об этом, Hexion поняла главную озабоченность — вам нужна валидация того, что соотношение смешивания верно в любой момент перед инъекцией в форму. Без этого у вас недопустимый риск для производителя деталей», — отмечает он. Он добавляет, что ранее не было спроса на такие производственные объемы, как в лопатках ветряков и автомобилях. Теперь, однако, Airbus и Boeing хотят превзойти текущие темпы производства, стремясь к большему количеству композитных деталей на самолет. «Так что теперь есть необходимость уйти от укладки препрега к 2K эпоксид для авиационного RTM или инфузии», — говорит Ривьер.

В диаграммах цепочки поставок ниже 2K технология не только убирает шаги холодного хранения и разогрева, но также снимает ограничения на размер емкости для смолы при перевозке. «Вы должны держать массу предсмешанной смолы до 20 литров и поддерживать эти бочки при очень низкой температуре», — говорит Ривьер, — «иначе смола может начать реагировать. Для 2K системы стандартные 200-литровые бочки могут перевозиться без ограничений низкой температуры. Так что меньше риска, никакого сильного охлаждения и меньше предосторожностей».

Цепочки поставок выше показывают, как меняется аналитический контроль. В то время как для 1K систем смолы выполняется только начальный контроль на производственном объекте, контроль реализуется в нескольких контрольных точках для 2K системы. Помимо контроля компонентов А и В при заводском производстве, соотношение смешивания А:В также контролируется цифровым способом в оборудовании дозирования, смешивания и дозирования (MMD) и снова непосредственно перед инъекцией смолы в форму. ИСТОЧНИК | Hexion.

Аналитический контроль

Для разработки этой 2K технологии Hexion работала с Hübers (Бохольт, Германия), производителем оборудования для смешивания, дозирования и дозирования (MMD), и Composyst (Хурлах, Германия), у которой эксклюзивная лицензия на патентированный Airbus вакуумно-ассистированный процесс (VAP) для инфузии. Hübers имеет сильную репутацию высокопроизводительных MMD систем, используемых в производстве электрических и электронных компонентов (например, отливные смолы и пропитанные компоненты для трансформаторов и т.д.), в то время как Composyst — эксперт по инъекции смолы и инфузии для применений Airbus, и таким образом понимает, что ищет авиационный ОЕМ по поводу обработки и обеспечения качества (QA) смешанных смол.

«Аналитический контроль вступает в игру после того, как компоненты А и Б эпоксидной смолы были точно смешаны оборудованием Hübers и готовятся к введению в форму», — объясняет Ривьер. Черные трубы между MMD системой Hübers и вакуумно-мешковой установкой VAP инфузии на изображении ниже — ключевой компонент этой системы аналитического контроля. «Именно здесь у нас есть аналитическое устройство, которое контролирует соотношение смешивания в реальном времени», — говорит Ривьер. «Мы продемонстрировали измерение соотношения смешивания каждые 12 секунд, но более частые измерения также возможны. Действительно, технология позволяет непрерывный контроль соотношения смешивания, который отчитывается и логируется».

Обратите внимание на черные трубки между MMD оборудованием Hübers и установкой VAP инфузии, где Hexion разработала in-line измерение соотношения смеси смолы перед инъекцией. Источник | Hexion

«С этой системой», — продолжает он, — «есть двойной контроль: нормальный контроль в MMD блоке и наш пред-инъекционный аналитический контроль сверху. Во-первых, Ривьер указывает, что MMD машины Hübers хорошо известны своей точностью и точностью. «У них двойная насосная система для двух компонентов и они должны поддерживать точность в объеме и температуре, а также соотношение смешивания для применений, которые они поставляют. Наша система затем добавляет второе измерение после смешивания и непосредственно перед инъекцией, где можно установить цели для аварийных сигналов». Если измеренное соотношение смешивания не соответствует целям и вызывает аварийный сигнал, система затем эвакуирует смешанную смолу в отдельный сосуд, обходя форму, так что она не вводится в инфузионную деталь. «Тогда возможно восстановить процесс и продолжить инъекцию», — отмечает Ривьер.

Он говорит, что система пост-смешения, пред-инъекционного аналитического контроля Hexion обеспечивает независимую запись для прослеживаемости и также может быть интегрирована в MMD блок, в зависимости от потребностей клиента. Ривьер отмечает, что MMD блок Hübers также выполняет тщательную дегазацию смолы, которая требуется электронной промышленностью, где не может быть пустот или пористости в компонентах применения. «Эта система также обеспечивает переносимый контроль давления на форме управлением потока смолы на высоких или низких уровнях», — он указывает. «Вы можете достичь очень хорошей пропитки с этим типом контроля, и вы также можете сократить время инфузионного процесса, выполняя авиационные требования к качеству по пористости и объему волокна».

Фотографии, показывающие установку инфузии с использованием MMD оборудования Hübers и 2K аналитического контроля Hexion и 2-сантиметровый толстый унонаправленный углеродоволокнистый ламинат, приготовленный с использованием этой установки, достигающий более 60% объема волокна. ИСТОЧНИК | Hexion

Лучшее технологическое окно

«Поскольку смешивание происходит со статическим миксером и в коротком временном интервале непосредственно перед инъекцией, смоленная смесь предлагает более длительный pot life (до 40% по сравнению с 1K)», — отмечает Ривьер. Это обеспечивает лучшее технологическое окно, и мы произвели толстые углеродоволокнистые ламинаты с 60% объемом волокна. Механическая производительность 2K против 1K систем одинакова, потому что химия та же. Мы верим, что это будет более надежный процесс, и полная ценность в том, когда вы соединяете контроль смешивания с установкой инъекции смолы».

ИСТОЧНИК | Hexion

Hexion будет представлять подробную информацию об обеих своей 2K системе Epikote 600 для RTM и своей эпоксидной системе EPON FlameX для соответствия авиационным требованиям к пожароопасности, дыму и токсичности (FST) (см. ниже) в CAMX Theater на выставочном зале:

• Новая 2K технология для эпоксидного авиационного производства
  Вторник, 24 сентября — 11:00–11:25
• Эпоксидные системы FlameX для применений пожароопасности
  Вторник, 24 сентября — 11:30–11:55

Вы также можете получить больше деталей на стенде Hexion Y24.

Эпоксидная смола EPON FlameX для инфузии/RTM огнестойких композитов

Hexion также разработала двухкомпонентную эпоксидную смолу для инфузии/RTM деталей, которые должны соответствовать требованиям огнестойкости (FR) и пламени, дыма, токсичности (FST). Драйверами этого развития являются:

• Повышенные темпы производства
• Регуляции REACH для галоген-свободных, нефенольных систем
• Более прочные, вязкие смолы против хрупких феноловых
• Конкурентоспособная стоимость с феноловыми, но намного дешевле термопластиков.

Система EPON FlameX Hexion не использует галоген или наполнители для достижения огнестойкости, а вместо этого строит эту производительность в молекулярной основе смолы. Нет фильтрации частиц при инфузии. Смола хорошо инфузируется с вязкостью 250 мПа·с при 60–70 °C (140–158 °F) и отвердевает за 1,5 часа при 150 °C (302 °F). Рекомендуется фристандинговая или инструментально-поддерживаемая пост-отвертка при 180 °C для максимальных структурных свойств.

Детали, сделанные с этой системой, проходят следующее без дополнительных покрытий или FR мер:

• 60с вертикальное горение FAR25.853(a)
• Дымовая токсичность BSS7239
• Дымовая плотность BSS7238

Она также пройдет OSU 65/65 тепловое высвобождение в определенных конфигурациях с сертифицированным интумесцентным гелькоутом или покрытием. Это требуется только для деталей, к которым можно прикоснуться во время руления, взлета и посадки самолета.

«Мы продемонстрировали верхние полки, которые в настоящее время требуют 10–12 часов для производства с использованием традиционных фенольных препрег процессов, но могут быть произведены за 90–120 минут с инфузией или RTM с использованием системы FlameX», — говорит Натан Бруно, специалист по применениям и разработке продуктов эпоксид Hexion. «Также, потому что нет наполнителей, у нее более низкая плотность против наполненных FR эпоксид».

Применения включают авиационные интерьеры, грузовые отсеки, санузлы, галлеи и компоненты сидений, а также морские, железнодорожные и архитектурные интерьеры.