I. Površinski materijali
Većina struktura saća koje se koriste u konstrukciji zrakoplova imaju površinske materijale od aluminija, stakloplastike, kevlara® ili karbonskih vlakana. Površinske ploče od ugljičnih vlakana ne mogu se koristiti s aluminijskim saćastim materijalima jer uzrokuju koroziju aluminija. Titan i čelik koriste se za posebne primjene u visokotemperaturnim strukturama. Materijali za oblaganje mnogih komponenti, kao što su spojleri i kontrole leta, vrlo su tanki, ponekad samo 3 do 4 debljine (što znači mm). Parametarska izvješća pokazala su da ove obložene ploče nemaju dobru otpornost na udarce.
Ⅱ. Materijali jezgre
2.1 Jezgra saća
Svaki materijal jezgre saća može imati određena dobra svojstva. Kao što je prikazano na slici 19, najčešći materijal jezgre koji se koristi za saćaste strukture zrakoplova je aramidni papir (Nomex® ili Korex®). Staklena vlakna se koriste za aplikacije veće čvrstoće.
Slika 19: Materijali jezgre saća
-Kraft papir - Njegova čvrstoća je relativno niska, koristi se u velikim količinama zbog dobrih izolacijskih svojstava i niske cijene.
-Termoplastika - Njegova toplinska masa dobro izolira, dobro upija ili se može ponovno postaviti za orijentaciju, otpornost na vlagu i kemikalije. Ekološki je kompatibilan, estetski ugodan i relativno niske cijene.
Aluminij - optimalna čvrstoća, visok omjer težine i težine i apsorpcije energije, dobra svojstva prijenosa topline, svojstva elektromagnetske zaštite, jednostavna obrada, relativno niska cijena.
-Čelik-Dobra svojstva prijenosa topline, svojstva elektromagnetske zaštite i otpornost na toplinu.
- Specijalni metali (titan) - s relativno visokom čvrstoćom, težinskim omjerom, dobrim prijenosom topline, kemijskom otpornošću i toplinskom otpornošću na visoke temperature.
-Aramidni papir- Otporan na vatru, otporan na plamen, dobra izolacijska svojstva, niska dielektrična svojstva i jednostavno oblikovanje.
-Staklena vlakna- Lako se smiču, imaju nisku dielektričnost, dobru izolaciju i jednostavno oblikovanje.
-Ugljična vlakna - održavaju stabilnost ugljika, visoke temperature, visoku krutost i vrlo nizak koeficijent toplinske ekspanzije, lako se kontrolira toplinska vodljivost, modul smicanja je relativno visok, ali skup.
- Keramika - dobra je otpornost na toplinu pri visokim temperaturama, dobra je izolacija i ima vrlo malu strukturu ćelija, ali je skupa.
Saćaste jezgre za primjenu u zrakoplovstvu obično su šesterokutne. Ove jezgre izrađene su od posebno pozicioniranih spojenih naslaganih tankih ploča. Naslagani listovi se razvlače u šesterokutni oblik. Oni koji se protežu u vodoravnom smjeru nazivaju se smjerom trake.
Dihotomna šesterokutna jezgra ima još jedan sloj materijala urezan u svaki šesterokut. Dihroično saće je tvrđe i jače od šesterokutne jezgre. Prenapeta jezgra se izrađuje ekspandiranjem papira kako bi se stvorili šesterokuti. Prenapregnute jezgre imaju pravokutnu jezgru. Prenapregnute jezgre fleksibilne su okomito na smjer trake, koristeći jednostavne krivulje. Jezgra u obliku zvona ili zakrivljena jezgra ima zakrivljeni materijal jezgre koji je čini fleksibilnom u svim smjerovima. Jezgre u obliku zvona koriste se u smjeru ploča sa složenim krivuljama.
Saćaste jezgre dostupne su u različitim veličinama jezgri. Manje veličine osiguravaju bolju čvrstoću za čvrstoću sendvič panela. Jezgre saća također dolaze u različitim gustoćama. Jezgre saća veće gustoće čvršće su i jače od jezgri manje gustoće. Kao što je prikazano na slici 20.
Slika 20: Jezgra saća
2.2 Pjena
Jezgra od pjene koristi se u stambenoj gradnji i lakim zrakoplovima za pružanje podrške i oblikovanja vrhova krila, kontrola leta, dijelova trupa, krila i rebara krila. Pjenasta jezgra se obično ne koristi u komercijalnim zrakoplovima. Pjena je obično teža i manje robusna od saćastih jezgri. Razne pjene koje se mogu koristiti kao osnovni materijal uključuju:
- Polistiren (poznatiji kao polistirenska pjena) - Polistirenska pjena za zrakoplove i svemire s čvrsto zatvorenom staničnom strukturom jezgre bez šupljina između ćelija; visoka tlačna čvrstoća i dobra otpornost na prodor vode; može se rezati vrućom žicom i napraviti u obliku krila.
-Fenolni - Dobra otpornost na vatru, može imati vrlo nisku gustoću, ali njegova mehanička svojstva su relativno niska.
-Poliuretan - Koristi se u proizvodnji trupova, vrhova krila i drugih zakrivljenih dijelova za male zrakoplove; relativno jeftin, otporan na plamen i kompatibilan s većinom ljepila; poliuretanske pjene ne mogu se rezati vrućom žicom; lako se konturira velikim noževima i opremom za brušenje.
-Polipropilen - Koristi se za stvaranje krilatih oblika; može se rezati vrućom žicom; kompatibilan s većinom ljepila i epoksidnih smola; nije za upotrebu s poliesterskim smolama, topivim u gorivima i otapalima.
- Polivinil klorid (PVC) (Divinycell, Klegecell i Airex) - To je pjena srednje do visoke gustoće sa zatvorenim ćelijama s visokom tlačnom čvrstoćom, izdržljivošću i izvrsnom vatrootpornošću; mogu se vakuumski oblikovati u kompozitne oblike i lijevati pomoću termoformiranja; kompatibilan s poliesterskim, vinil esterskim i epoksi smolama.
-Poli(metakrilimid) (Rohacell) - pjena zatvorenih ćelija za lagane sendvič strukture; izvrsna mehanička svojstva, stabilan na visokim temperaturama, dobra otpornost na otapala, izvanredna otpornost na puzanje i kompresiju; skuplji od ostalih vrsta pjena, ali s vrhunskim mehaničkim svojstvima.
III. Oštećenja u proizvodnji i uporabi
3.1 Greške u proizvodnji
Greške u proizvodnji uključuju:
-Delaminacija (delaminacija)
-Područja nedostatka smole
-Područja viška smole
-Plikovi, mjehurići
-Bore
-Šupljine
-Termička razgradnja
Proizvodna oštećenja obuhvaćaju anomalije kao što su poroznost, mikropukotine i raslojavanje uzrokovane razlikama u obradi. Također uključuje stvari kao što su nenamjerni rezovi rubova, površinske udubine i ogrebotine, oštećene rupe za spajanje i oštećenja od udarca. Primjeri nedostataka koji se javljaju tijekom proizvodnog procesa uključuju kontaminirane površine za lijepljenje ili uključke, kao što su predpreg obloge ili filmovi za odvajanje, koji su nenamjerno ostali između slojeva tijekom procesa postavljanja. Nenamjerno (neobrađivanje) oštećenje detaljnih dijelova ili komponenti može se dogoditi tijekom sastavljanja, transporta ili rukovanja.
Ako se u dijelu koristi previše smole, može biti preopterećen smolom, što nije nužno loše za nestrukturalne primjene, ali dodaje težinu. Ako previše smole iscuri tijekom procesa stvrdnjavanja, ili ako se ne nanese dovoljno smole tijekom mokrog procesa postavljanja, kaže se da dio nema smole. Područja lišena smole otkrivaju se na površini vlakana. Omjer vlakana i smole od 60:40 smatra se optimalnim.
Izvori grešaka u proizvodnji uključuju:
- Nepravilno stvrdnjavanje ili obrada
- Nepravilna obrada
- Nepravilno rukovanje
- Nepravilno bušenje
-Kapanje alata
-Kontaminacija
-Nepravilno brušenje
-Nekvalificirani materijali
- Neodgovarajući alati
- Problemi s provrtnom osovinom ili detaljima
U strukturnim konfiguracijama kompozita, oštećenja se mogu pojaviti u nekoliko slojeva. To varira od oštećenja matrice i vlakana do kvara slomljenih elemenata i spojenih ili vijčanih priključaka. Stupanj oštećenja kontrolira vijek trajanja ponavljajućih opterećenja i preostalu čvrstoću i ključan je za toleranciju oštećenja.
3.2 Pucanje vlakana
Lom vlakana može biti kritičan jer su strukture obično projektirane tako da u njima dominiraju vlakna (tj. vlakna nose većinu opterećenja). Srećom, lom vlakana obično je ograničen na područje blizu točke udara i ograničen je veličinom i energijom udarnog objekta. Samo nekoliko elemenata koji se odnose na servis prethodne jedinice mogu dovesti do velikog oštećenja vlakana.
3.3 Substandardna matrica (nehomogena ćelija)
Defekti matrice obično se javljaju na sučelju matrice i vlakna ili na matrici paralelnoj s vlaknima. Ovi nedostaci malo degradiraju neka svojstva materijala, ali rijetko imaju kritičan učinak na strukturu osim ako je degradacija matrice široko rasprostranjena.
Nakupljanje pukotina u matrici može dovesti do degradacije svojstava kojima dominira matrica. Za laminate koji su dizajnirani za prijenos opterećenja s vlaknima (s vlaknima dominiraju), također se opaža samo manja degradacija svojstava kada je matrica ozbiljno oštećena. Pukotine u matrici ili mikropukotine mogu značajno pogoršati svojstva koja ovise o smoli ili sučelju vlakno-smola, kao što su interlaminarna posmična i tlačna čvrstoća. Mikropukotine mogu imati vrlo štetan učinak na performanse visokotemperaturnih smola. Defekti matrice mogu se razviti u delaminacije, težu vrstu oštećenja.
3.4 Delaminacija i odljepljivanje
Delaminacija se stvara na granici između slojeva u laminatu. Delaminacije mogu nastati pukotinama matrice ili niskoenergetskim udarima koji se protežu od baze do međusloja. Veze se također mogu formirati proizvodnim procesom duž veze između dva elementa i početi se odvajati (delaminirati) u susjednim laminatima. Pod određenim uvjetima, raslojavanje ili spajanje mogu rasti tijekom opetovanog opterećenja i mogu dovesti do katastrofalne štete kada se laminat optereti. Kritičnost delaminacije ili lijepljenja ovisi o:
-Dimenzije.
-Broj delaminacija na određenom mjestu.
-Lokacija - u debljini laminata, u strukturi, u blizini slobodnih rubova, područja koncentracije naprezanja, geometrijskih diskontinuiteta itd.
-Opterećenja - Ponašanje delaminacije i lijepljenja ovisi o vrsti opterećenja. Imaju mali učinak na reakciju rastezljivog laminata. Međutim, pri tlačnom ili posmičnom opterećenju, podslojevi koji graniče s raslojenim ili oguljenim jedinicama mogu se saviti i dovesti do mehanizama preraspodjele opterećenja koji mogu dovesti do strukturalnog oštećenja.
3.5 Kombinacije oštećenja
Općenito, udarni događaji mogu uzrokovati različite štete. Visokoenergetski udari velikih objekata (npr. lopatica turbine) mogu rezultirati fragmentacijom komponente ili kvarom pričvršćivanja. Rezultirajuća oštećenja mogu uključivati značajno oštećenje vlakana, pucanje matrice, raslojavanje, lomljenje spojnica i ogoljene komponente. Oštećenja od niskoenergetskih udara lakše se kontroliraju, ali mogu uključivati i kombinaciju loma vlakana, pucanja matrice i višestrukih delaminacija.
3.6 Defekti otvora za spajanje
Nepravilno izbušene rupe, loše postavljeni pričvršćivači i pričvršćivači koji nedostaju mogu se pojaviti tijekom procesa proizvodnje. Tijekom rada može doći do izduženja otvora zbog ponovljenih ciklusa opterećenja.
3.7 Greške u servisu
Greške usluge uključuju:
- Šteta za okoliš
- Šteta od udarca
- Umor
- Pukotine uzrokovane lokaliziranim preopterećenjima
- Odljepljivanje (lijepljenje)
- Delaminacija
- Puknuće vlakana
- Korozija
Većina struktura saćaste jezgre, kao što su spojleri krila, oplate, kontrole leta i vrata stajnog trapa, imaju vrlo tanke površine. Imajući problema s izdržljivošću, mogu se općenito kategorizirati u tri skupine: mala otpornost na udarce, prodor tekućine i erozija (korozija). Ove strukture imaju odgovarajuću krutost i snagu, ali su manje otporne na radna okruženja u kojima se dijelovi prevlače, alati padaju, a servisno osoblje obično ne shvaća ranjivost sendvič komponenti s tankim slojem. Oštećenja ovih komponenti, kao što je zgnječenje jezgre, oštećenje od udarca i pomicanje, obično se lako otkrivaju vizualnim pregledom zbog njihove tanke površine. Međutim, ponekad ih previdi ili ošteti servisno osoblje koje ne želi odgoditi polijetanje zrakoplova ili privući pozornost na nesreće koje bi mogle utjecati na njihov učinak. Kao rezultat toga, oštećenje se ponekad ne kontrolira, što često dovodi do povećanog oštećenja zbog ulaska tekućine u jezgru. Netrajni detalji dizajna (npr. nepravilno izrezani rubovi jezgre saća) također mogu dovesti do ulaska tekućine.
Obnavljanje zbog ulaska tekućine u dio može se razlikovati od tekućine do tekućine, najčešće vode ili hidraulične tekućine. Voda može uzrokovati dodatna oštećenja na popravljenim dijelovima osim ako se sva vlaga ne ukloni iz dijela. Većina sustava materijala za restauraciju stvrdnjava se na temperaturama iznad vrelišta vode, što može dovesti do odvajanja na dodirnoj površini kože i jezgre, što rezultira nakupljanjem vode posvuda. Iz tog razloga, ciklus sušenja jezgre obično se provodi prije bilo kakve restauracije. Neki operateri poduzimaju dodatni korak sušenja oštećenih, ali nepopravljenih dijelova u visokotlačnom spremniku kako bi spriječili nastanak bilo kakve dodatne štete tijekom popravka. Hidraulična tekućina je druga stvar. Nakon što je jezgra sendvič panela zasićena, gotovo je nemoguće potpuno ukloniti hidrauličku tekućinu. Čak i tijekom procesa stvrdnjavanja, dio će nastaviti ispuštati tekućinu sve dok se onečišćenje koje curi potpuno ne ukloni. Uklanjanje kontaminirane jezgre saća i ljepila toplo se preporučuje kao dio restauracije. Kao što je prikazano na slici 21
Slika 21: Oštećenje sendvič strukture saćastog kućišta
Poznato je da kompoziti imaju manji kapacitet erozije od aluminija, pa se često izbjegavaju za nanošenje na vrhove površina. Međutim, kompoziti su korišteni u vrlo složenim geometrijama, ali obično u kombinaciji s primjenama premaza protiv korozije. Neki premazi protiv korozije nisu idealni za otpornost na abraziju ili održavanje. Drugi problem, ne toliko očit kao prvi, je erozija rubova vrata ili panela ako su izloženi strujanju zraka. Ova erozija može biti posljedica dizajna ili instalacije (nepravilne instalacije). S druge strane, metalne strukture u kontaktu s ili u blizini ovih kompozitnih komponenti mogu pokazati oštećenje od korozije zbog nepravilnog odabira aluminijskih legura, korozivnog oštećenja brtvila na metalnim komponentama tijekom sastavljanja ili spajanja, nedovoljno brtvila ili nedostatka barijere od staklenih vlakana na spoju greda, rebara i okova. Kao što je prikazano na slici 22
Slika 22: Oštećenje od korozije vrha krila (vrh)
3.8 Korozija
Većina dijelova od fiberglasa i kevlara® ima izvrsnu aluminijsku mrežu za zaštitu od munje. Ova aluminijska mreža često korodira oko rupa za vijke. Korozija utječe na električno spajanje ploče i zahtijeva uklanjanje aluminijske mreže i postavljanje nove mreže kako bi se ponovno uspostavilo električno povezivanje ploče. Kao što je prikazano na slici 23
Slika 23: Korozija aluminijske gromobranske rešetke
UV zrake utječu na čvrstoću kompozita. Kompozitne konstrukcije potrebno je zaštititi od utjecaja UV svjetla završnim premazom. Specijalizirani UV primeri i premazi razvijeni su za zaštitu kompozita.