I. Površinski materijali
Većina struktura u obliku saća koje se koriste u konstrukciji aviona imaju površinske materijale od aluminijuma, fiberglasa, kevlara® ili karbonskih vlakana. Površinske ploče od karbonskih vlakana ne mogu se koristiti s materijalima jezgre od aluminijskog saća jer uzrokuje koroziju aluminija. Titan i čelik se koriste za specijalne primjene u visokotemperaturnim strukturama. Materijali za oblaganje mnogih komponenti, kao što su spojleri i komande leta, vrlo su tanki, ponekad samo 3 do 4 debljine (što znači mm). Parametrijski izvještaji su pokazali da ove obložene ploče nemaju dobru otpornost na udar.
Ⅱ. Osnovni materijali
2.1 Jezgro saća
Svaki materijal jezgra saća može imati određena dobra svojstva. Kao što je prikazano na slici 19, najčešći materijal jezgra koji se koristi za strukture saća u avionima je aramidni papir (Nomex® ili Korex®). Staklena vlakna se koriste za aplikacije veće čvrstoće.
Slika 19: Materijali jezgra u obliku saća
-Kraft papir - Njegova čvrstoća je relativno mala, koristi se u velikim količinama zbog dobrih izolacijskih svojstava i niske cijene.
-Termoplastični - Njegova toplotna masa dobro izolira, dobro upija ili se može resetirati radi orijentacije, otpornosti na vlagu i hemikalije. Ekološki je kompatibilan, estetski ugodan i relativno niske cijene.
Optimalna čvrstoća aluminijuma -, veliki omjer-/-težine i apsorpcija energije, dobra svojstva prijenosa topline, svojstva elektromagnetne zaštite, laka obrada, relativno niska cijena.
-Čelik-Dobra svojstva prenosa toplote, svojstva elektromagnetne zaštite i otpornost na toplotu.
-Specijalni metali (titanijum)-sa relativno visokom čvrstoćom, omjerom težine, dobrim performansama prijenosa topline, hemijskom otpornošću i otpornošću na toplinu na visoke temperature.
-Aramidni papir- Otpornost na vatru, otpornost na vatru, dobra izolacijska svojstva, niska dielektrična svojstva i lako oblikovanje.
-Staklena vlakna- Ima lako smicanje, nisku dielektričnost, dobru izolaciju i lako oblikovanje.
-Ugljična vlakna-održavaju stabilnost ugljika, visoku temperaturu, visoku krutost i vrlo nizak koeficijent toplinske ekspanzije, lako se kontrolira toplinska provodljivost, modul smicanja je relativno visok, ali skup.
-Keramika - Njegova otpornost na visoke temperature je dobra, dobra izolacija i ima vrlo malu strukturu ćelija, ali je skupa.
Jezgra u obliku saća za primjenu u svemiru obično su šesterokutna. Ova jezgra su napravljena od posebno pozicioniranih vezanih naslaganih tankih limova. Naslagani listovi su razvučeni u heksagonalni oblik. Oni koji se protežu u horizontalnom smjeru nazivaju se smjerom trake.
Dihotomno heksagonalno jezgro ima još jedan sloj materijala poprečno-usječen u svaki šestougao. Dikroično saće je tvrđe i jače od heksagonalnog jezgra. Previše rastegnuto jezgro je napravljeno širenjem papira u obliku šesterokuta. Previše rastegnuta jezgra imaju pravougaono jezgro. Previše rastegnute jezgre su fleksibilne okomito na smjer trake, koristeći jednostavne krivulje. Jezgro u obliku zvona, ili zakrivljeno jezgro, ima zakrivljeni materijal jezgre koji ga čini fleksibilnim u svim smjerovima. Zvonasto{8}}jezgra jezgra se koriste u pravcu panela sa složenim krivinama.
Jezgra sa saćem su dostupna u različitim veličinama jezgara. Manje veličine pružaju bolju čvrstoću za čvrstoću sendvič panela. Jezgra saća također dolaze u različitim gustinama. Jezgra u obliku saća veće gustine su čvršća i jača od jezgara manje gustine. Kao što je prikazano na slici 20.
Slika 20: Jezgro u obliku saća
2.2 Pena
Pjenasto jezgro se koristi u stambenoj izgradnji i lakim avionima za pružanje potpore i oblika za vrhove krila, kontrole leta, dijelove trupa, krila i rebra krila. Pjenasto jezgro se obično ne koristi u komercijalnim avionima. Pjena je obično teža i manje robusna od jezgri u obliku saća. Različite pjene koje se mogu koristiti kao osnovni materijal uključuju:
-Polistiren (češće poznat kao polistirenska pjena)-Pjena od polistirena za vazduhoplovstvo sa čvrsto zatvorenom ćelijskom strukturom jezgra bez praznina između ćelija; visoka tlačna čvrstoća i dobra otpornost na prodiranje vode; može se rezati vrućom žicom i praviti u obliku krila.
-Fenolni - Dobra otpornost na vatru, može imati vrlo malu gustinu, ali su mu mehanička svojstva relativno niska.
-Poliuretan - Koristi se u proizvodnji trupa, vrhova krila i drugih zakrivljenih dijelova za male avione; relativno jeftin, otporan na plamen-i kompatibilan sa većinom ljepila; poliuretanske pjene se ne mogu rezati vrućom žicom; lako se konturiraju velikim noževima i opremom za brušenje.
-Polipropilen - Koristi se za kreiranje krilatih oblika; može se rezati vrućom žicom; kompatibilan sa većinom ljepila i epoksidnih smola; nije za upotrebu sa poliesterskim smolama, rastvorljivim u gorivima i rastvaračima.
-Polivinil hlorid (PVC) (Divinycell, Klegecell i Airex)-To je zatvorena-pjena srednje do visoke gustine sa visokom čvrstoćom na kompresiju, izdržljivošću i odličnom otpornošću na vatru; mogu se vakuumski oblikovati u kompozitne oblike i oblikovati pomoću termoformiranja; kompatibilan sa poliesterom, vinil esterom i epoksidnim smolama.
-Poli(metakrilimid) (Rohacell) - zatvorena-pjena za lagane sendvič strukture; odlična mehanička svojstva, stabilna na visokim temperaturama, dobra otpornost na rastvarače, izvanredna otpornost na kompresiju puzanja; skuplji od drugih vrsta pjena, ali sa vrhunskim mehaničkim svojstvima.
III. Oštećenja u proizvodnji i upotrebi
3.1 Defekti u proizvodnji
Greške u proizvodnji uključuju:
-Delaminacija (delaminacija)
-Područja nedostatka smole
-Područja viška smole
-Plikovi, mjehurići
-Bore
-Šupljine
-Termička razgradnja
Oštećenja prilikom proizvodnje obuhvataju anomalije kao što su poroznost, mikro{0}}pukotine i raslojavanje uzrokovane razlikama u mašinskoj obradi. To također uključuje takve stvari kao što su nenamjerni rezovi na rubovima, površinske udubljenja i ogrebotine, oštećene rupe za pričvršćivače i oštećenja od udara. Primjeri defekata koji se javljaju tokom procesa proizvodnje uključuju kontaminirane površine za lijepljenje ili inkluzije, kao što su prepreg ulošci ili filmovi za oslobađanje, koji se nehotice ostavljaju između slojeva tokom procesa polaganja. Može doći do nenamjernog (ne-obrade) oštećenja dijelova ili komponenti detalja tokom montaže, transporta ili rukovanja.
Ako se u dijelu koristi previše smole, on može biti preopterećen smolom, što nije nužno loše za ne-konstrukcijske primjene, ali dodaje težinu. Ako previše smole ponestane tokom procesa očvršćavanja, ili ako se ne nanese dovoljno smole tokom procesa mokrog polaganja, kaže se da je dio izgladnjen smolom. Površinom vlakana otkrivaju se područja bez smole{3}}. Omjer vlakana i smole od 60:40 smatra se optimalnim.
Izvori grešaka u proizvodnji uključuju:
-Nepravilno očvršćavanje ili obrada
-Nepravilna obrada
-Nepravilno rukovanje
-Nepravilno bušenje
-Kapanje alata
-Kontaminacija
-Nepravilno mljevenje
-Nekvalifikovani materijali
-Neodgovarajući alati
-Problemi sa osovinom provrta ili detaljima
U strukturnim konfiguracijama kompozita, oštećenja se mogu pojaviti u nekoliko slojeva. To se kreće od oštećenja matrice i vlakana do kvara slomljenih elemenata i spojenih ili pričvršćenih spojeva. Stepen oštećenja kontrolira vijek trajanja opterećenja i preostalu čvrstoću i ključan je za toleranciju oštećenja.
3.2 Lomljenje vlakana
Lomljenje vlakana može biti kritično jer su strukture obično dizajnirane tako da dominiraju vlakna-(tj. vlakna nose većinu opterećenja). Srećom, lomljenje vlakana je obično ograničeno na područje blizu tačke udara i ograničeno je veličinom i energijom udarnog objekta. Samo nekoliko servisnih{5}}elemenata prethodne jedinice može dovesti do velikog oštećenja vlakana.
3.3 Podstandardna matrica (nehomogena ćelija)
Defekti matrice se obično javljaju na interfejsu vlakna matrice- ili na matrici koja je paralelna sa vlaknima. Ovi defekti blago degradiraju neka svojstva materijala, ali rijetko imaju kritičan učinak na strukturu osim ako je degradacija matrice široko rasprostranjena.
Akumulacija pukotina u matrici može dovesti do degradacije svojstava{0}}u kojima dominira matrica. Za laminate dizajnirane da prenose opterećenja sa vlaknima (vlakna-dominiraju), samo neznatna degradacija svojstava je također uočena kada je matrica ozbiljno oštećena. Pukotine matrice ili mikropukotine mogu značajno degradirati svojstva koja ovise o sučelju smole ili vlakna-smole, kao što su interlaminarni smicanje i čvrstoća na kompresiju. Mikropukotine mogu imati vrlo štetan učinak na performanse visokotemperaturnih smola. Defekti matrice mogu se razviti u delaminacije, težu vrstu oštećenja.
3.4 Delaminacija i de-lijepljenje
Delaminacija se formira na granici između slojeva u laminatu. Delaminacije mogu biti formirane pukotinama matrice ili niskoenergetskim udarima koji se protežu od baze do međusloja. Veze se takođe mogu formirati procesom proizvodnje duž linije veze između dva elementa i početi da se raslojavaju (delaminiraju) u susednim laminatima. Pod određenim uvjetima, raslojavanje ili lijepljenje može porasti tijekom ponovnog opterećenja i može dovesti do katastrofalnog oštećenja kada se laminat opterećuje. Kritičnost delaminacije ili vezivanja zavisi od:
-Dimenzije.
-Broj delaminacija na datoj lokaciji.
-Lokacija - u debljini laminata, u strukturi, blizu slobodnih ivica, područja koncentracije naprezanja, geometrijskih diskontinuiteta, itd.
-Oterećenja - Ponašanje raslojavanja i vezivanja zavisi od vrste opterećenja. Oni imaju mali uticaj na odziv zateznog laminata. Međutim, pod tlačnim ili posmičnim opterećenjem, pod-slojevi u blizini raslojanih ili oljuštenih jedinica mogu se izvijati i dovesti do mehanizama preraspodjele opterećenja koji mogu dovesti do oštećenja konstrukcije.
3.5 Kombinacije štete
Općenito, događaji udara mogu uzrokovati razne štete. Visok-udari velikih objekata (npr. lopatica turbine) mogu dovesti do fragmentacije komponente ili kvara pričvršćivanja. Rezultirajuća šteta može uključivati značajan kvar vlakana, pucanje matrice, raslojavanje, lom pričvršćivača i ogoljene komponente. Oštećenja od niskoenergetskih udara se lakše kontrolišu, ali mogu uključivati i kombinaciju lomljenja vlakana, pucanja matrice i višestrukih delaminacija.
3.6 Defekti rupe za pričvršćivanje
U procesu proizvodnje mogu se pojaviti nepravilno izbušene rupe, loše postavljeni pričvršćivači i nedostajući pričvršćivači. Tokom servisa može doći do izduženja rupe u komadu zbog ponovljenih ciklusa punjenja.
3.7 Nedostaci u servisu
Servisni nedostaci uključuju:
- Šteta po životnu sredinu
- Šteta od udara
- Umor
- Pukotine uzrokovane lokaliziranim preopterećenjima
- Odvajanje (ljepljenje)
- Delaminacija
- Puknuće vlakana
- Korozija
Većina struktura u obliku saća, kao što su spojleri na krilima, obloge, kontrole leta i vrata stajnog trapa, imaju vrlo tanke površinske ploče. S obzirom na probleme trajnosti, mogu se široko kategorizirati u tri grupe: niska otpornost na udar, ulazak tekućine i erozija (korozija). Ove strukture imaju adekvatnu krutost i čvrstoću, ali su manje otporne na servisna okruženja gdje se dijelovi prevlače, alati ispadaju, a servisno osoblje obično ne shvaća ranjivost komponenti sendviča s tankom{2}}kožom. Oštećenja ovih komponenti, kao što su prignječenje jezgre, oštećenje od udara i pomicanje, obično se lako otkriju vizuelnom inspekcijom zbog njihovih tankih površina. Međutim, servisno osoblje ih ponekad zanemaruje ili oštećuje koje ne želi odgoditi polijetanje aviona ili skrenuti pažnju na nesreće koje bi mogle utjecati na njihov učinak. Kao rezultat toga, oštećenja se ponekad ne kontroliraju, što često dovodi do povećanog oštećenja zbog ulaska tekućine u jezgro. Neizdržljivi detalji dizajna (npr. nepravilno odrezani rubovi jezgra saća) također mogu dovesti do ulaska tekućine.
Restauracija zbog ulaska tekućine u dio može varirati od tekućine do tekućine, najčešće vode ili hidrauličke tekućine. Voda može uzrokovati dodatna oštećenja na popravljenim dijelovima osim ako se sva vlaga ne ukloni iz dijela. Većina sistema materijala za restauraciju stvrdnjava se na temperaturama iznad tačke ključanja vode, što može dovesti do odvajanja na interfejsu jezgre kože-, što dovodi do nakupljanja vode posvuda. Iz tog razloga, ciklus sušenja jezgre se obično izvodi prije bilo kakve restauracije. Neki operateri poduzimaju dodatni korak sušenja oštećenih, ali nepopravljenih dijelova u rezervoaru pod visokim-pritiskom kako bi spriječili nastanak dodatnih oštećenja tokom popravke. Hidraulicna tecnost je druga stvar. Jednom kada je jezgro sendvič panela zasićeno, gotovo je nemoguće potpuno ukloniti hidrauličnu tekućinu. Čak i tokom procesa očvršćavanja, sekcija će nastaviti da curi tečnost sve dok se kontaminacija koja curi ne ukloni u potpunosti. Uklanjanje kontaminiranog jezgra saća i ljepila se toplo preporučuje kao dio restauracije. Kao što je prikazano na slici 21
Slika 21: Oštećenje sendvič strukture u obliku saća
Poznato je da kompoziti imaju niži erozivni kapacitet od aluminija, tako da se često izbjegavaju za primjenu na vrhovima površina. Međutim, kompoziti su korišteni u vrlo složenim geometrijama, ali obično u kombinaciji s primjenama premaza od korozije. Neki premazi od korozije nisu idealni za otpornost na habanje ili održavanje. Drugi problem, koji nije toliko očigledan kao prvi, je erozija ivica vrata ili panela ako su izložena strujanju zraka. Ova erozija može biti posljedica dizajna ili instalacije (nepravilna instalacija). S druge strane, metalne konstrukcije u kontaktu sa ili u blizini ovih kompozitnih komponenti mogu pokazati oštećenje od korozije zbog nepravilnog odabira aluminijskih legura, oštećenja od korozivnog zaptivača na metalnim komponentama tokom montaže ili spajanja, nedovoljnog zaptivača ili nedostatka barijere od stakloplastike na interfejsu greda, rebara i fitinga. Kao što je prikazano na slici 22
Slika 22: Oštećenje od korozije na vrhu krila (vrh)
3.8 Korozija
Većina dijelova od fiberglasa i kevlar® ima odličnu aluminijsku mrežu za zaštitu od groma. Ova aluminijumska mreža često korodira oko rupa za vijke ili vijke. Korozija utječe na električno spajanje panela i zahtijeva uklanjanje aluminijske mreže i ugradnju nove mreže kako bi se obnovila električna veza ploče. Kao što je prikazano na slici 23
Slika 23: Korozija aluminijumske gromobranske mreže
UV zraci utiču na čvrstoću kompozita. Kompozitne strukture potrebno je zaštititi od uticaja UV svjetla završnim premazom. Za zaštitu kompozita razvijeni su specijalni UV prajmeri i premazi.