Einführung
In Luft- und RaumfahrtherstellungEs gibt ein zentrales Problem: Das Gewicht des Flugzeugs muss im Verhältnis zu seiner Stabilität gehalten werden. Schwere Flugzeuge bedeuten natürlich einen drastischen Rückgang des Treibstoffverbrauchs. Wenn wir also das Gewicht reduzieren, müssen wir auch sicherstellen, dass die Materialstabilität nicht beeinträchtigt wird, da sonst das Fliegen des Flugzeugs insgesamt sehr riskant wird.
Die Ingenieure arbeiten ständig an einem innovativen Gleichgewicht zwischen Gewicht und Festigkeit. Wussten Sie schon, dass die NASA durch den Wechsel des Klebstoffs eine Gewichtsreduzierung von 21 % bei Mars-Rover-Panels verzeichnete – aber zu welchem Preis? In diesem Artikel untersuchen wir ausführlich die Kosten und vergleichen Sekundenkleber und Epoxidharz.
Wichtige Leistungskennzahlen in der Luft- und Raumfahrt
In der Luft- und Raumfahrtindustrie müssen Hersteller einige wichtige Leistungskennzahlen beachten, die ein gut strukturiertes und qualitativ hochwertiges Produkt ausmachen. In diesem Abschnitt werden diese erläutert.
- Schiere Stärke
Die Scherfestigkeit eines Materials lässt sich anhand seiner Fähigkeit beschreiben, unter physikalischer Belastung nicht leicht zu reißen oder zu brechen. Wenn wir beispielsweise ein Metallblech dehnen oder biegen, bleiben die Moleküle des Metalls fest intakt und verhindern, dass das Blech so leicht bricht oder reißt. Dies nennt man Scherfestigkeit.
Höhere Scherfestigkeit bedeutet hohe Qualität. Bei der Herstellung von Flugzeugkomponenten ist eine hohe Scherfestigkeit unser Ziel. Andernfalls kann das Flugzeug leicht beschädigt werden. Selbst ein kleiner Defekt in den Verbundwerkstoffen beeinträchtigt die Gesamtleistung und -qualität des Flugzeugs und erfordert daher eine hohe Scherfestigkeit.
Der CA-Sekundenkleber mit 15–25 MPa eignet sich aufgrund seiner moderaten Scherfestigkeit gut für den kurzfristigen Einsatz, während Epoxy mit 30–45 MPa eine thermisch recycelte Verbindung mit langer Lebensdauer ist und sich ideal für die Handhabung hoher Belastungen in Flugzeugen eignet.
- Temperaturtoleranz
Die Temperatur ist ein weiterer Faktor. Sie bedeutet, dass ein Flugzeug allen möglichen Temperaturen und Atmosphären ausgesetzt ist, z. B. tropischen Regionen, Schneegebieten, Regenwäldern und höchsten Temperaturen, wie sie etwa am Äquator oder in Wüsten herrschen. Flugzeuge sollten diesen Temperaturen standhalten können.
Wenn wir über Befestigungsmittel wie Sekundenkleber oder Epoxidharz sprechen, müssen diese intakt bleiben, da es sonst aufgrund der Temperaturunverträglichkeit zu einem Zusammenbruch des Flugzeugs kommen kann, was sogar mitten in der Luft passieren kann.
Wenn wir über Sekundenkleber oder Cyanacrylat (CA) sprechen, hat dieser eine ideale Temperaturtoleranz von -54 Grad Celsius bis 82 Grad Celsius. Übersteigt die Temperatur jedoch 120 Grad Celsius, ist mit einem Zusammenbruch oder einer Verschlechterung der Temperatur zu rechnen.
Ebenso hat Epoxid eine normale Betriebstemperatur von -73 bis 204 Grad Celsius, was im Bereich der für die Luft- und Raumfahrt geeigneten Formulierungen liegt.
- Aushärtezeit
Die chemischen Reaktionen in Cyanacrylat sind so schnell, dass die Aushärtezeit auf wenige Sekunden verkürzt werden kann. Die beiden Oberflächen müssen lediglich mit einer äußeren Kraft fest zusammengehalten werden, bis das Cyanacrylat vollständig ausgehärtet ist. Diese Methode ergibt die vielversprechendste Verbindung und Bindung, die lange hält.
Bei Epoxidharz kann die vollständige Aushärtung bis zu 24 Stunden dauern, aber es besteht keine Notwendigkeit, die beiden Oberflächen fest ineinander zu halten. Es gibt jedoch einige Optionen wie „Ofenhärtung„Das kann die Aushärtezeit bei Epoxidharz auf wenige Stunden verkürzen.
Kostenanalyse
| Faktor | Cyanacrylat | Epoxy |
| Materialkosten pro Liter | $ 80 bis $ 120 | $ 150 bis $ 300 |
| Arbeitskosten (Aushärtezeit) | 0.2 Stunden pro kg | 1.5–4 Stunden pro kg |
| Nacharbeitskosten | Hoch (spröde Bindungen) | Niedrig (mit Hitze reversibel) |
| Kosten für Qualitätskontrolltests | Eingeschränkte zerstörungsfreie Prüfung | Obligatorische UT/RT-Inspektionen |
Anwendungsszenarien
Cyanacrylat – am besten geeignet für
Der Sekundenkleber eignet sich ideal für Innenraumreparaturen, bei denen der ausgehärtete Kleber keinen rauen Witterungsbedingungen ausgesetzt ist. Beispielsweise ist er eine ausgezeichnete Wahl für die Reparatur von Innenraumkomponenten wie Kabinen, Sitzen oder allem, was nicht direkt zur Flugzeugstruktur gehört.
Dies ist kostengünstig, schnell und bietet Ihnen eine vorübergehende Reparaturlösung, bis das Flugzeug zu einem professionellen Mechaniker gebracht werden kann, wo professionelle und erfolgversprechende Reparaturen wie Schweißarbeiten durchgeführt werden.
Epoxidharz am besten für
Die direkte Struktur eines zu reparierenden Flugzeugs sollte mit Epoxidharz anstelle von Sekundenkleber repariert werden, da Epoxidharz deutlich mehr Vibrationen aushält als Sekundenkleber. Darüber hinaus ist die Klebkraft von Epoxidharz deutlich höher als die von Sekundenkleber und es hält rauen Wetterbedingungen stand, weshalb äußere Schäden oder Schäden an der Flugzeugstruktur problemlos mit Epoxidharz repariert werden können. Die Aushärtung kann zwar länger dauern, lohnt sich aber.
Kritische Betrachtung
Es gibt eine Zertifizierung FAA AC 20-107B Konformität für Verbundwerkstoffreparaturen. Diese besagt, dass die Auswahl der bei Flugzeugreparaturen verwendeten Materialien durch dieses Zertifikat zertifiziert sein muss. Es ist ein Standard für die Reparaturmaterialien, die wir für die Reparatur der Flugzeuge verwenden. Beispielsweise können wir in Flugzeugen nicht einfach jeden herkömmlichen Sekundenkleber oder Epoxidharz verwenden, da diese zertifiziert sein und den in der FAA AC 20-107B-Konformität für Verbundwerkstoffreparaturen empfohlenen Standards entsprechen müssen.
Fallstudien zu Cyanacrylat und Epoxidharz in der Luft- und Raumfahrt
- Klebstoff mit hoher Scherfestigkeit für Verbundwerkstoffe
Problem Identification
Die Verklebung der Strukturkomponenten der SpaceX Falcon 9 muss aufgrund ihrer erstaunlich hohen Scherfestigkeit auf Epoxidharz basieren. Die Rakete muss Satelliten ins All transportieren und durchquert dabei die Troposphäre bis in die Exosphäre und darüber hinaus. Dies bedeutet auch, dass die Rakete extremen Drücken, Temperaturen und Belastungen ausgesetzt ist, was den Einsatz von Sekundenkleber in diesem Fall unmöglich macht.
Suggestive Lösung
Die Verwendung von Epoxidharz scheint eine faire und zuverlässige Lösung zu sein, da es eine hohe Scherfestigkeit aufweist und der Belastung standhält, die entsteht, wenn die Rakete alle Schichten der Atmosphäre durchläuft, bis sie die richtige Stelle im Weltraum erreicht.
Nach Erreichen des Ziels muss die Rakete auch die Satelliten aussetzen, was wiederum eine hohe Scherfestigkeit erfordert, die wir von Epoxidharz erwarten können.
- Leichte UAV-Rahmenbaugruppe
Problem Identification
Für ein tieferes Verständnis über die SekundenkleberNehmen wir als Beispiel ein 3D-gedrucktes Drohnenchassis. Beim Drucken des Drohnenchassis musste der Mechanismus daran befestigt werden. Um dieses Ziel zu erreichen, werden am häufigsten Nieten verwendet. Nieten erhöhen jedoch auch das Gewicht der Drohne und verringern die Batterieleistung.
Suggestive Lösung
Eine bessere Lösung bestand also darin, anstelle von Nieten Sekundenkleber zu verwenden. Dabei konnte eine drastische Gewichtsreduzierung von bis zu 15 % festgestellt werden.
Sekundenkleber erwies sich aufgrund seines geringen Gewichts und der schnellen und starken Befestigung an den internen Komponenten als solide Lösung. Der Mechanismus sollte im Chassis platziert werden, was dem Sekundenkleber Schutz vor äußeren Einflüssen bot. Leichte Nieten sind zwar eine konzeptionelle Lösung, aber im Vergleich zu den Gewichten von Sekundenkleberbefestigungen noch weit von der Realität entfernt. In diesem Fall wird Sekundenkleber also zu einer leichten Verbindung für Drohnen.
Häufig gestellte Fragen
Kann Sekundenkleber Epoxidharz bei Flugzeugreparaturen ersetzen?
Nein, unter allen möglichen thermozyklischen Klebstoffen in der Luft- und Raumfahrt kann Sekundenkleber Epoxidharz bei der Reparatur von Flugzeugen nicht ersetzen, und es ist auch nicht ratsam, damit zu experimentieren. Der Grund dafür ist, dass die Klebkraft von Sekundenkleber im Vergleich zu Epoxidharz im vollständig ausgehärteten Zustand sehr gering ist. Angesichts des enormen Drucks, der Wetterbedingungen und des Flugzeugbetriebs führt die Verwendung von Sekundenkleber dazu, dass die reparierte Stelle in der Luft beschädigt wird.
Wie kann die Sprödigkeit von Epoxidharz bei kryogenen Temperaturen verhindert werden?
Wenn ein Material zerbricht oder Brüche aufweist, spricht man von Sprödigkeit. Dies tritt häufig bei Epoxidharz auf, wenn es nicht richtig aufgetragen wird. Epoxidharz kann auch bei kryogenen Temperaturen spröde werden, was eine fachmännische technische Lösung erfordert.
Wir können flexible Härtemittel oder Materialien wie Gummi oder Silikon hinzufügen oder Kieselsäure oder Kohlenstoffnanoröhren verwenden, um die Gesamtfestigkeit des Epoxids nach dem Aushärten zu verbessern. Durch die Beimischung von Thermoplasten zur Epoxidmischung können wir die Rissbeständigkeit der Lösung nach dem Aushärten erhöhen.
Ein Expertentipp: Verwenden Sie CTBN-modifiziertes Epoxid (z. B. 3M DP460NS)
Fazit
Es ist klar, dass Sekundenkleber und Epoxidharz zwei völlig unterschiedliche Verbindungen sind, die wir bei der Flugzeugreparatur an verschiedenen Orten einsetzen können. Obwohl Epoxidharz vielseitiger ist als Sekundenkleber, bedeutet das nicht, dass Sekundenkleber nicht lohnenswert ist. Wenn Ihr Projekt in der Luft- und Raumfahrtindustrie angesiedelt ist und Sie nach einer kostengünstigen Epoxidharzbeschaffung suchen, benötigen Sie einen Experten auf diesem Gebiet, der Sie richtig beraten kann. Zu diesen Unternehmen gehört Jiujutech.
Mit über 10 Jahren Branchenerfahrung unterstützt Sie Jiujutech mit dem richtigen Epoxidharz und den passenden Additiven für die Flugzeugherstellung und -reparatur. Benötigen Sie einen hochfesten Klebstoff für Verbundwerkstoffe? Dann empfehlen wir Ihnen das optimale Epoxidharz. Und für leichte Verklebungen von Drohnen oder internen Komponenten empfehlen wir Ihnen den passenden Sekundenkleber.
