Gerecycled thermoplastisch composiet toegangspaneel voor helikopters neemt de vlucht

GKN Aerospace (Redditch, V.K.) meldde in juni 2020 dat met de succesvolle vliegtest van Bell Flight's (Fort Worth, Texas, V.S.) V-280 Valor militaire helikopters waren verschillende onderdelen van thermoplastisch composiet (TPC) de lucht in gegaan. Onder deze componenten bevonden zich twee integraal verstevigde, geperste, thermoplastische composiet toegangspaneeldeuren vervaardigd uit gerecycled afvalmateriaal via het TPC-Cycle-programma onder leiding van het ThermoPlastic composieten Application Center (TPAC, Enschede, Nederland) en Saxion University (Enschede, Nederland ) (lees CW eerdere berichtgeving over het vierjarige TPC-Cycle-programma).

De nieuwe gerecyclede paneeldeur is ontworpen om een ​​onderdeel van koolstofvezel/epoxy te vervangen dat met de hand is vervaardigd, met als doel het gewicht van het onderdeel te verminderen, evenals de productiekosten en de cyclustijd. Het nieuwe onderdeel is ontworpen en getest door GKN Aerospace en vervaardigd door de TPAC, in samenwerking met het ThermoPlastic composites Research Centre (TPRC, Enschede, Nederland). De deuren van het toegangspaneel bestaan ​​uit Toray Advanced Composites (Nijverdal, Nederland) met koolstofvezel versterkt polyfenyleensulfide (PPS), teruggewonnen uit geconsolideerd afval dat wordt gegenereerd tijdens de productie van de TPC V-staart empennage-componenten van het helikopter, die ook zijn ontworpen en vervaardigd door GKN Aerospace.

Het gepatenteerde herfabricageproces van TPAC omvat drie hoofdstappen:het versnipperen van het afval in centimeterslange vlokken, gelijktijdig verwarmen en mengen met lage afschuifkrachten en het persvormen van het onderdeel in een isotherme mal.

Volgens projectpartners biedt de demonstratorcomponent een gewichtsbesparing van 9% in vergelijking met het originele onderdeel, grotendeels dankzij de verwerkbaarheid van het thermoplastische materiaal, wat de integratie van stringers voor geometrische verstijving mogelijk maakt. De oriëntatie van de stringers is gekozen om de spanningen gelijkmatiger over het product te verdelen, wat resulteert in materiaalreductie en gewichtsbesparing. Materiaaloptimalisatie werd ook bereikt door het gebruik van teruggewonnen materialen, waardoor het totale afval werd verminderd.

Aanzienlijke besparingen op de productiekosten werden bereikt door het gebruik van teruggewonnen materialen, waardoor de kosten van nieuwe materialen werden geëlimineerd. Bovendien vereiste het oorspronkelijke proces handmatige lay-out en het gebruik van een autoclaaf; het out-of-autoclave (OOA), compressiegietproces omvat een isothermische mal, snel ontvormen en bijna netvormige fabricage om de kostenefficiëntie en de algehele productiecyclustijd te maximaliseren.

“Het huidige project onderstreept de rol van toegepast onderzoek waarbij de totale waardeketen betrokken is om innovaties in recordtijd van het eerste idee naar een industrieel levensvatbaar en getest product te brengen”, zegt Ferrie van Hattum, wetenschappelijk directeur van TPAC.

Naast het behalen van de doelstellingen voor gewichts- en kostenbesparingen, tonen de toepassing en het proces ook een stap in de richting van een duurzamere productie. Voorlopige resultaten van een lopende levenscyclusanalyse (LCA) uitgevoerd door Saxion en TPAC laten significante CO₂ zien reducties bij het gebruik van dit materiaal, het fabricageproces - voornamelijk vanwege het lagere gewicht van het onderdeel - het gebruik van gerecycled materiaal en het gebruik van een isotherme mal in een OOA-proces. Volgens projectpartners verminderde toepassing van teruggewonnen vezels de CO₂ output van de productie van nieuwe materialen en verhoogde de buy-to-fly-ratio van het onderdeel aanzienlijk. De fasen van het versnipperen, mengen en persen van het proces zouden ook het energieverbruik verminderen door de autoclaaf uit het vorige productieproces van thermohardende composieten te verwijderen. Thermoplastische composieten produceren ook verwaarloosbare hoeveelheden schadelijke vluchtige organische stoffen (VOS) tijdens de verwerking in vergelijking met composieten op basis van thermoharder.

De TPAC zegt dat het productieproces dat voor deze toepassing wordt gebruikt een veelbelovende oplossing lijkt voor andere niet-structurele lucht- en ruimtevaartproducten, en de korte cyclustijd kan het levensvatbaar maken voor eindmarkten die een hogere volumedoorvoer vereisen. Er wordt gewerkt aan de evaluatie van het productieproces voor serieproductie, evenals de diepgaande kosten- en milieueffecten, en de implicaties voor kwaliteitscontrole en inspectie. Ook wordt een haalbaarheidsstudie uitgevoerd om te kijken of de toegepaste aanpak en recyclingroute toepasbaar is op andere luchtvaarttoepassingen zoals niet-structurele stroomlijnkappen, kappen en systeembeugels.

Andere TPC-Cycle projectpartners zijn onder meer Nido Recyclingtechnologie (Nijverdal, Nederland); Cato Composites (Rheden, Nederland); Dutch Thermoplastic Components (Almere, Nederland) en het ThermoPlastic Composites Research Centre (TPRC); Regieorgaan SIA, onderdeel van de Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO, Den Haag, Nederland).