Fitas termoplásticas continuam a mostrar potencial para aeroestruturas compostas

A produção de aeroestruturas foi fortemente impactada pela pandemia COVID-19, mas os esforços aeroespaciais não seguiram necessariamente o exemplo, pelo menos para a Web Industries (Marlborough, Massachusetts, EUA), uma empresa que oferece serviços de corte de fita termoplástica para uma variedade de clientes formulários. De acordo com Grand Hou, diretor global de pesquisa e tecnologia, aeroespacial, os esforços de pesquisa no espaço, mobilidade aérea urbana (UAM) e militar têm ido a todo vapor para habilitar a próxima geração de aeronaves - e compostos, especificamente fitas termoplásticas, têm sido chave para muitos desses esforços.

As fitas termoplásticas não são novas, é claro (consulte CW O editor-chefe Jeff Sloan's “Quero dizer-lhe duas palavras:'fitas termoplásticas'” para mais da história de fundo que remonta à década de 1960), mas nos últimos anos tem visto um aumento no interesse, especialmente para comerciais aeroespacial e outras aplicações de alto desempenho (como costelas para o programa Asa do Amanhã e o programa Demonstrador de Fuselagem Multifuncional, entre outros). Comparados às fitas termofixas, os termoplásticos oferecem vantagens como maior tenacidade, facilidade de reciclagem, capacidade de processamento em autoclave (OOA) e armazenamento em temperatura ambiente.

A Web Industries está na linha de frente do desenvolvimento e das aplicações de termoplásticos, principalmente com seus recursos de formatação múltipla, que incluem o corte de fitas termofixas e termoplásticas de fornecedores em diferentes formas e formatos para atender aos requisitos específicos do cliente. Com linhas de produção de corte de fita com base nas instalações dos EUA e da Europa, os recursos da Web incluem a formatação de fitas termoplásticas de polieteretercetona (PEEK), polieteretercetona (PEKK) e poliariletercetona (PAEK), que são mais comumente usadas em aplicações aeroespaciais.

Fitas TP para aeroestruturas secundárias - e desafios em estruturas primárias

Atualmente, Hou observa, a maioria das atividades de aeroestruturas em pré-impregnados termoplásticos centraliza-se em estruturas secundárias, como clipes, painéis de acesso ou subestruturas, enquanto as estruturas primárias essenciais para o voo, como asas e fuselagens, são feitas com compostos termofixos ou metais.

“Muitos dos desafios estão relacionados ao gerenciamento de riscos”, diz ele, e parte do problema tem sido historicamente as dores de crescimento dos pré-impregnados termoplásticos dos fornecedores. Os materiais termoplásticos são menos maduros do que as fitas termofixas. De acordo com Hou, embora as fitas termofixas tenham tido décadas de produção em grande volume em escala e perfeitas, os materiais termoplásticos ainda estão começando a ser usados ​​em processos automatizados para produção em grande volume.

No entanto, a Web Industries trabalha com uma variedade de fornecedores de materiais compostos, e Hou diz que a consistência e escala geral do material melhorou muito nos últimos anos. Largura, comprimento, espessura, tensão da fibra e uniformidade da resina do material são muito mais consistentes e de melhor qualidade hoje, diz ele.

Outro fator proibitivo para fazer estruturas primárias termoplásticas maiores é que os materiais termoplásticos tendem a ser mais caros do que os termofixos. “Não será mais amplamente adotado se não houver uma vantagem geral de custo”, admite Hou, observando que a colaboração e a ajuda técnica são essenciais para ajudar a reduzir os custos do processo. “Podemos alcançar soluções melhores quando todos trabalham de forma colaborativa desde os estágios iniciais do projeto até o fim para atingir objetivos comuns.”

Flexibilidade do processo e personalização do material

No geral, Hou vê um grande potencial e uma atividade crescente para fitas termoplásticas agora e no futuro, com a flexibilidade sendo um dos principais pontos de inflexão para os clientes.

Atualmente, as fitas termofixas estão confinadas principalmente à colocação automatizada de fibras (AFP), com as limitações de cura em autoclave e requisitos de temperatura de armazenamento. Os termoplásticos podem permitir uma abordagem de processo mais flexível, bem como o processamento OOA, disse Hou, incluindo formatos de fita para assentamento automático de fita (ATL) e filamentos para manufatura aditiva.

De acordo com a Web Industries, a formatação em escala comercial e as soluções de cadeia de suprimentos serão essenciais para fornecer aos fabricantes de aeroestrutura as fitas termoplásticas necessárias para suportar as taxas projetadas de construção da indústria.

Os pré-impregnados termoplásticos também podem ser ajustados para aplicações específicas. De acordo com Hou, os usuários finais estão procurando combinar materiais para cada aplicação. Como os termoplásticos são altamente adaptáveis, um formato específico pode ser desenvolvido para uma peça específica, diz ele, maximizando o uso de material e reduzindo os custos posteriores do cliente. Com UAM, espaço e forças armadas sendo áreas de alta atividade, Ashley Graeber, diretor de vendas e desenvolvimento de novos negócios, observa que a atividade está sendo adaptada por projeto, e não por programa de aeronave.

A formatação de materiais termoplásticos para aplicações específicas também ajuda a reduzir o desperdício, diz Jason Surman, vice-presidente de vendas aeroespacial. Na indústria aeroespacial, a proporção de compra para voar, que é a proporção da matéria-prima para a massa da peça acabada, é uma preocupação fundamental. O objetivo é ter uma proporção de compra para voar o mais próximo possível de 1:1, o que significa que há pouco desperdício de material. O material certo no formato certo para a aplicação certa pode reduzir drasticamente o desperdício, observa Surman. Na indústria aeroespacial, 30% do desperdício é “muito comum”, diz ele, e para obter o desperdício abaixo desse nível é necessário um esforço colaborativo de todas as partes.

“Casar o material com o processo é fundamental”, acrescenta Surman, “e as fitas termoplásticas estão surgindo como uma solução capacitadora para os fabricantes de aeroestruturas”.