Toray's nieuwe brandvertragende CFRP prepreg stelt nieuwe standaard voor luchtvaartprestaties

Toray Industries Inc. (Tokyo, Japan) heeft een koolstofvezel-versterkt plastic (CFRP) prepreg ontwikkeld voor geavanceerde luchtvaarttoepassingen. Het bedrijf zegt het materiaalinformatietechnologie te hebben benut — een techniek die machine learning, theoretische dichtheid, simulaties en databases combineert — om snel optimale hoge brandvertraging en mechanische prestaties voor dit materiaal te bereiken. Het bedrijf zal doorgaan met demonstratietesten om CFRP-toepassingen en vraag te verbreden om vliegtuigen, auto's en algemeen industriële gebruik te omvatten.

Uitdagingen en materials informatics oplossing

Volgens Toray, hoewel mechanisch superieur aan metalen, heeft CFRP wel functionele nadelen, inclusief brandvertraging en elektrische geleiding; als gevolg hiervan wordt het verbeteren van deze eigenschappen als wenselijk beschouwd. Niettemin, het ontwerpen en optimaliseren van verschillende brandvertragings- en mechanische eigenschappen omvat een grote hoeveelheid experimentele data. Het is ook moeilijk geweest de ontwikkelleidtijden te verkorten, voegt Toray toe.

Als onderdeel van zijn digitale transformatie-initiatieven, die rekenen op data en digitale technologieën om competitiever te worden, heeft Toray materials informatics in CFRP-engineering ingezet en een technologie gevestigd om materialen snel te ontwikkelen door inverse probleemanalyse te benutten om materiaalontwerpen te verfijnen op basis van de vereiste eigenschappen.

Het bedrijf gebruikte een self-organizing map geïmplementeerd in gezamenlijk onderzoek met Tohoku University als een tool voor deze analyse, wat het in staat stelde om geschikte materiaalcombinaties te identificeren om de gewenste eigenschappen via experimenten te bereiken. Dit leidde tot de succesvolle engineering van een matrixhars voor de vezelversterking om de CFRP prepreg te ontwikkelen.

Prestaties en toekomstige toepassingen

De prepreg levert naar verluidt de equivalente druksterkte, hitebestendigheid en andere mechanische eigenschappen als huidige luchtvaartmaterialen. Tegelijkertijd levert het een 35% lagere hittevrijgavesnelheid, wat de snelheid is van hitte gegenereerd door brand, vergeleken met die materialen. Bovendien plannet Toray inverse probleemanalyse toe te passen op thermische geleiding, elektrische geleiding en andere elementen om hoog-functionele prepreg te engineeren die diverserende behoeften in vliegtuig, auto en algemeen industriële gebruik componenten bevredigen.

Enkele van Toray's vooruitgang in deze ontwikkelingsinspanning was onderdeel van "Materials Integration" voor Revolutionary Design System of Structural Materials onder het Cross-ministerial Strategic Innovation Promotion Program (SIP). SIP wordt geleid door de Council for Science, Technology and Innovation (CSTI) van het Kabinetbureau, Regering van Japan, wat het Japan Science and Technology Agency overziet.