Новое партнерство создано для производства легких материалов для космической промышленности
Люксембургский институт науки и технологий (LIST) объявил о создании нового партнерского предприятия с люксембургской компанией Gradel для исследования и производства сверхлегких конструкций для аэронавтики и космической промышленности. Детали будут производиться для трех европейских гигантов в области спутникостроения: Thales Alenia Space (Франция), Airbus Defence and Space (Франция) и OHB (Германия).
В области космоса и спутников вес стоит дорого. Чем тяжелее продукт для транспортировки в космос, тем больше он стоит. По текущим оценкам, стоимость одного килограмма составляет около 5 000-10 000 евро, что означает, что любое снижение веса выгодно с финансовой точки зрения для компаний, отправляющих спутники в космос.
Новое партнерство нацелено на создание очень прочных, но при этом сверхлегких конструкций с использованием непрерывных полимеров, армированных углеродным волокном (CFRP), в процессе намотки нитей для создания сверхлегких 3D-структур.
Углеродное волокно покрывается полимером, который затвердевает, делая весь объект чрезвычайно прочным и упругим. Пропитанные углеродные волокна наматываются для формирования оптимизированной 3D-сетки, которая придает детали особые механические свойства.
В лабораториях LIST-Gradel будут реализованы два проекта, первый из которых, под названием "xFKin3D", заключается в изготовлении деталей с помощью ручного плетения нитей. Его целью будет демонстрация стандартов космического использования конструкционных деталей, изготовленных по технологии xFKin3D.
Второй проект под названием "Роботизированный xFKin3D" будет заключаться в производстве тех же деталей, что и в первом проекте, но с использованием новой роботизированной руки, недавно установленной в LIST, что сделает процесс производства полностью автоматизированным, обеспечивая отличную повторяемость, ту же прочность и качество, но в большем масштабе.
Производимые компоненты предназначены для использования во всем, что связано с поддержкой антенн, кронштейнов для оборудования на спутниках. В настоящее время многие из этих деталей металлические и поэтому относительно тяжелые. Цель состоит в том, чтобы отказаться от металлических деталей, и с помощью этой новой технологии LIST и Gradel, производимой в Люксембурге, можно добиться снижения веса до 75%, что позволит компаниям сэкономить значительные средства.
Оба проекта поддерживаются Люксембургской национальной космической программой LuxIMPULSE, целью которой является предоставление финансирования для помощи компаниям, созданным в Люксембурге, в продвижении инновационных идей на рынок. Программа управляется Люксембургским космическим агентством (LSA) совместно с Европейским космическим агентством (ESA).
Новое углеродное волокно для лопастей ветряных турбин может принести преимущества по стоимости и производительности
Новый материал из углеродного волокна может принести ветроэнергетике выгоду в плане стоимости и производительности, если будет разработан на коммерческой основе, говорится в исследовании, проведенном под руководством ученых из Национальной лаборатории Сандия.
Ветряные лопасти из углеродного волокна весят на 25% меньше, чем лопасти из традиционного стекловолокна. Это означает, что лопасти из углеродного волокна могут быть длиннее стекловолоконных и, следовательно, улавливать больше энергии в местах со слабым ветром. Переход на углеродное волокно также может увеличить срок службы лопастей, поскольку материалы из углеродного волокна обладают высокой усталостной прочностью, говорит Брэндон Эннис, исследователь ветроэнергетики в Sandia Labs и главный исследователь проекта.
Проект финансируется Отделом ветроэнергетических технологий Министерства энергетики в Управлении по энергоэффективности и возобновляемым источникам энергии. Партнерами проекта являются Национальная лаборатория Оук-Ридж и Университет штата Монтана.
Из всех компаний, производящих ветряные турбины, только одна широко использует углеволокно в конструкции лопастей. Лопасти ветряных турбин - самые крупные цельные композитные конструкции в мире, и ветроэнергетика могла бы стать крупнейшим рынком для углеволоконных материалов по весу, если бы был коммерчески доступен материал, конкурирующий по стоимости с композитами, армированными стекловолокном, - говорит Эннис.
Стоимость является основным фактором при проектировании компонентов в ветроэнергетике, однако производители турбин также должны создавать лопасти, выдерживающие сжимающие и усталостные нагрузки, которые лопасти испытывают при вращении в течение 30 лет.
Эннис и его коллеги задались вопросом, сможет ли новое недорогое углеродное волокно, разработанное в Национальной лаборатории Оук-Ридж, удовлетворить требования к эксплуатационным характеристикам и при этом принести выгоду ветровой промышленности. Для изготовления этого материала используется широкодоступный исходный материал из текстильной промышленности, содержащий толстые пучки акриловых волокон. Процесс производства, в ходе которого волокна нагреваются для преобразования в углерод, сопровождается промежуточным этапом, в ходе которого углеродное волокно вытягивается в доски. Пултрузионный процесс изготовления досок позволяет получить углеродное волокно с высокими эксплуатационными характеристиками и надежностью, необходимыми для производства лезвий, а также обеспечивает высокую производственную мощность.
Когда исследовательская группа изучила это недорогое углеродное волокно, то обнаружила, что оно превосходит существующие коммерческие материалы по характеристикам, представляющим наибольший интерес для ветровой промышленности.
ORNL предоставил образцы углеродного волокна из своего технологического центра Carbon Fiber Technology Facility и композиты, изготовленные из этого материала, а также аналогичные композиты, изготовленные из коммерчески доступного углеродного волокна для сравнения.
Коллеги из Университета штата Монтана измерили механические свойства нового углеродного волокна в сравнении с коммерчески доступными композитами из углеродного волокна и стандартного стекловолокна. Затем Эннис объединил эти измерения с результатами моделирования затрат, полученными в ORNL. Он использовал эти данные в анализе конструкции лопасти для оценки системного воздействия использования нового углеродного волокна вместо стандартного углеродного волокна или стекловолокна в качестве основной структурной опоры ветровой лопасти. Исследование финансировалось Управлением технологий ветроэнергетики Министерства энергетики США.
Эннис и его коллеги обнаружили, что новый углеволоконный материал обладает на 56% большей прочностью на сжатие в расчете на доллар, чем коммерчески доступное углеволокно, которое является базовым для отрасли. Как правило, производители компенсируют более низкую прочность на сжатие, используя больше материала для изготовления компонента, что приводит к увеличению стоимости. Учитывая более высокую прочность на сжатие в расчете на стоимость нового углеродного волокна, расчеты Энниса предсказали экономию в 40% в стоимости материала для крышки лонжерона, который является основным структурным компонентом лопасти ветряной турбины, изготовленной из нового углеродного волокна, по сравнению с коммерческим углеродным волокном.