Ridurre il peso è un obiettivo importante nella progettazione e produzione di aeromobili, può fornire agli aerei militari prestazioni di volo più elevate e migliorare il risparmio di carburante degli aerei civili. Tuttavia, se lo spessore delle parti simili a piastre- dell'aereo è troppo sottile, si troverà ad affrontare il problema di resistenza e rigidità insufficienti. L'aggiunta di materiale sandwich leggero e rigido tra due strati di pannelli può aumentare significativamente la capacità di carico-senza aumentare significativamente il peso, invece di aggiungere un telaio di supporto.
Questo è simile alla costruzione delle pale delle turbine eoliche che questo sito ha condiviso in precedenza:
Uno strato di legno di balsa o un'anima in schiuma viene riempito tra le superfici interna ed esterna di una pelle realizzata in resina epossidica rinforzata con fibra di vetro-(FRP). La balsa è stata anche il primo materiale di base utilizzato negli aeroplani, come il Mosquito Bomber britannico, un famoso aereo in legno della Seconda Guerra Mondiale costituito da due strati di betulla inseriti tra uno strato di compensato di balsa.
Nella moderna industria aerospaziale, i materiali principali utilizzati includono strutture a nido d'ape e schiuma. Il nido d'ape apparentemente morbido può resistere allo schiacciamento dei camion pesanti perché la stabile struttura a griglia a nido d'ape impedisce la deformazione flessionale, lo stesso principio che rende le scatole di cartone in carta ondulata altamente resistenti alla compressione.
L'alluminio è il metallo più utilizzato negli aerei e la struttura dei pannelli in lega di alluminio + anima a nido d'ape in alluminio è una soluzione naturale.
Questa è una sezione dell'ala di un aereo VFW614, con il bordo d'uscita dell'ala e lo spoiler ricavati direttamente dalla struttura a nido d'ape in alluminio.
Per inciso, questo VFW614 era uno strano modello con un motore montato sulla parte superiore dell'ala, sviluppato dalla United Aero-Technologies-FOKKER (VFW-FOKKER) Aircraft Company della Germania occidentale come aereo di linea a corto-raggio da 40-passeggeri, che fece il suo primo volo nel 1971 e fu il primo sviluppo di un aereo di linea civile nella Germania occidentale dopo Seconda guerra mondiale (il tentativo della Germania dell'Est fu il Bard 152, che fece il suo primo volo nel 1958). L'aereo non fu un successo commerciale, ne furono costruiti solo 13, ma è pur sempre una pietra miliare per l'industria aeronautica tedesca. Una storia ancora più famosa è stata la partnership franco-tedesca tra Airbus e Boeing.
Poiché i compositi sono sempre più utilizzati nella costruzione di aeromobili, è possibile sostituire anche il nido d'ape in alluminio?
La risposta è sì. L'applicazione più comune negli aerei moderni sono i compositi a nido d'ape in carta aramidica e realizzati in resina rinforzata con fibra di carbonio e altri compositi per coprire i pannelli a nido d'ape, utilizzati nei pavimenti degli aerei, nei portelli, nelle parti interne, nelle code, nelle superfici del timone, nelle carenature, nelle palette, ecc., ma utilizzati anche nei treni ad alta-velocità, nelle pareti interne, nei soffitti, nei portabagagli e così via.
Come suggerisce il nome, questo nido d'ape è realizzato con un tipo speciale di carta, la carta in fibra aramidica.
Innanzitutto, la carta aramidica viene rivestita con strisce adesive, la cui larghezza è uguale alla lunghezza dei lati dei fori del nido d'ape (nel caso di un nido d'ape esagonale) e la distanza tra le strisce è quattro volte la lunghezza dei lati. Le strisce adesive vengono applicate mediante stampa rotocalco, per cui scanalature di larghezza e spaziatura specifiche sui rulli applicatori trasferiscono le strisce adesive sulla carta aramidica.
Due strati adiacenti di carta aramidica sono impilati in posizione sfalsata e la striscia adesiva viene polimerizzata mediante pressatura a caldo.
Successivamente, lo stack di aramide viene allungato come una fisarmonica per formare un nido d'ape. Anche il nido d'ape viene cotto per rilasciare le sollecitazioni di rimbalzo e finalizzare il nido d'ape.
Il nido d'ape viene polimerizzato mediante impregnazione (solitamente con resina fenolica) per riempire i pori tra le fibre aramidiche. La resina svolge un ruolo nel legare le fibre e nel trasferire il carico.
Il favo può essere trasformato in varie forme mediante il processo di taglio.
Il processo di produzione dei nidi d'ape di cui sopra proviene da AVIC Composites, una filiale di Aviation Industry Corporation of China (AVIC), che attualmente produce nidi d'ape in carta aramidica con lunghezze del reticolo di apertura che vanno da 1,8 a 5,5 mm, densità che vanno da 29 a 144 kg/m3 e dimensioni massime di 3.900 x 1.850 x 900 mm.
Tuttavia, le materie prime chiave per la produzione di carta aramidica a nido d'ape - fibre aramidiche e carta aramidica - una volta erano il problema della "collana" che abbiamo dovuto affrontare per molto tempo.
L'aramide viene solitamente chiamata para-aramide e meta-aramide.
La para-aramide è costituita dalla policondensazione di tereftaloil cloruro e p-fenilendiammina ed è conosciuta anche come "aramide 1414" a seconda della posizione del gruppo sostituente sull'anello benzenico e, naturalmente, il suo nome commerciale più famoso è "Kevlar" della società statunitense DuPont (Kevlar). La meta-aramide è prodotta dalla policondensazione di m-toluene dicarbonil cloruro e m-fenilendiammina ed è nota anche come "Aramide 1313", venduta con il nome commerciale di Nomex da DuPont.
In confronto, le para-arammidi hanno resistenza e modulo più elevati, con conseguenti migliori proprietà meccaniche della carta aramidica e del nido d'ape, mentre le meso-arammidi hanno una migliore resistenza al calore e alla fiamma.
Il filamento aramidico con un diametro di circa 10 micron ottenuto dalla filatura viene tagliato per ottenere una delle materie prime più importanti per la carta aramidica - fibra a taglio corto-, con una lunghezza di 5~6 mm. Fibre corte-tagliate ad alta resistenza, ma la superficie è liscia, gruppi meno attivi, la mancanza di forza di intreccio tra le fibre, non può essere causata dalla sola carta, ma come "armatura" e "cemento" - farina di aramide o combinazione di fibre di precipitazione, diventano una carta ad alta resistenza. La farina di polpa è una fibra tagliata corta dopo la spappolatura per ottenere, la struttura originale della fibra è parzialmente spezzata, la superficie è soffice, espone più amminoacidi, può formare più legami idrogeno, in modo che le fibre tagliate corte si leghino insieme; la precipitazione delle fibre è una soluzione polimerica nella vigorosa agitazione della precipitazione di soffici fibre corte.
Le fibre aramidiche disperse in acqua vengono copiate nella carta (test di laboratorio mostrato), in modo simile al tradizionale processo di produzione della carta. Tuttavia, la carta aramidica prevede una fase aggiuntiva di pressatura a caldo per unire insieme le fibre aramidiche. La temperatura di rammollimento inferiore delle mesoarammidi facilita il legame delle fibre con la carta e quindi vengono utilizzate più spesso nei compositi a nido d'ape di carta aramidica. Inoltre, la carta aramidica viene utilizzata come carta isolante nell'industria energetica ed elettrica.
I paesi stranieri nel 1967 iniziarono la produzione industrializzata di aramide, mentre l'industria cinese dell'aramide iniziò negli anni '80, c'era un ampio divario con i paesi stranieri, di fronte all'embargo tecnico delle imprese straniere, le fibre aramidiche e la carta aramidica per lungo tempo dipendenti dalle importazioni. Yantai Minsda (produzione di spandex e aramidica Tahe New Material) e l'Università di Scienza e Tecnologia dello Shaanxi, professore di ingegneria della pasta e della carta Zhang Meiyun, hanno collaborato per rompere il monopolio estero e ottenere la localizzazione della carta aramidica, ci sono ancora nuovi materiali Chaomeisi, l'azienda di materiali compositi Shenzhen Haotian Longbang può produrre in serie carta aramidica.
Sono gli sforzi del contemporaneo Cai Lun, affinché gli aeroplani cinesi abbiano un corpo leggero e resistente!
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