Gerecyclede thermoplastische composietpanelen slagen vluchttest op Bell V-280 Valor

GKN Aerospace (Redditch, VK) rapporteerde in juni 2020 dat met de succesvolle vluchttest van Bell Flight's (Fort Worth, Texas, VS) V-280 Valor militaire rotorcraft, verschillende van zijn thermoplastische composiet (TPC) componenten de lucht opgingen. Onder deze componenten waren twee integraal-verstevigde, compressie-gevormde, thermoplastische composiet-toegangsdeurpanelen gefabriceerd uit gerecycleafvalmateriaal via het TPC-Cycle-programma geleid door het ThermoPlastic composites Application Center (TPAC, Enschede, Nederland) en Saxion Hogeschool (Enschede, Nederland) (lees CW's eerdere verslag over het vierjarige TPC-Cycle-programma).

De nieuwe gerecyclede paneeldeur was ontworpen om een koolstofvezel/epoxy-onderdeel vervangt dat via handleggen geproduceerd werd, met als doel onderdeelgewicht te verminderen alsook productiekosten en cyclus-tijd. Het nieuwe component was ontworpen en getest door GKN Aerospace, en geproduceerd door de TPAC, in samenwerking met het ThermoPlastic composites Research Center (TPRC, Enschede, Nederland). De toegangsdeurpanelen bestaan uit Toray Advanced Composites (Nijverdal, Nederland) koolstofvezel-versterkte polyfeensulfied (PPS), teruggewonnen van geconsolideerd afval gegenereerd tijdens de productie van de rotorcraft's TPC V-staart-empennage-componenten, die ook ontworpen en geproduceerd zijn door GKN Aerospace.

TPAC's eigen herproductieproces omvat drie hoofdstappen: Schredderen van het afval in centimeter-lange vlokken, simultane verwarming en lage-scher-mengen en compressievormgeving van het onderdeel in een isotherme vorm.

Volgens projectpartners biedt het demonstrator-onderdeel gewichtsbesparing van 9% vergeleken met het oorspronkelijke deel, grotendeels door de thermoplastische materiaalverwerkbaarheid, die integratie van stringers voor geometrische versteviging mogelijk maakt. De oriëntatie van de stringers werd gekozen om spanningen meer uniform over het product te verdelen, wat resulteert in materiaalreductie en gewichtsbesparing. Materiaaloptimalisatie werd ook bereikt door gebruik van gerecyclede materialen, wat het totale afval vermindert.

Significante productiekostenbesparingen werden bereikt door het gebruik van gerecyclede materialen, wat de kosten die geassocieerd zijn met nieuwe materialen elimineerde. Bovendien vereiste het oorspronkelijke proces handleggen en gebruik van een autoclave; het out-of-autoclave (OOA), compressievormproces betreft een isotherme vorm, snelle ontmoulding en near-net-shape productie om kosten-efficiëntie en algehele productiecyclus-tijd te maximaliseren.

"Het lopende project onderstreept de rol van toegepast onderzoek met betrekking tot de totale waardeketen in het drijven van innovaties van eerste idee tot een industriëel haalbaar en getest product in recordtijd," zegt Ferrie van Hattum, TPAC's wetenschappelijke directeur.

Naast het halen van gewichts- en kostenbesparingsdoelen, tonen de toepassing en het proces ook een stap naar duurzamere productie. Voorlopige resultaten van een lopende levenscyclusanalyse (LCA) uitgevoerd door Saxion en TPAC tonen significante CO₂-reducties bij het gebruik van dit materiaal, het productieproces – voornamelijk door het lagere gewicht van het onderdeel – het gebruik van gerecycleerd materiaal en het gebruik van een isotherme vorm in een OOA-proces. Volgens projectpartners verminderde de toepassing van gerecyclede vezel de CO₂-uitstoot van de productie van nieuwe materialen en verhoogde de buy-to-fly-ratio van het onderdeel aanzienlijk. De schredder-, meng- en compressievorm-stadia van het proces worden ook gezegd energieverbruik te verminderen door de autoclave uit het vorige thermohardende composietproductieproces te elimineren. Thermoplastische composieten produceren ook verwaarloosbare hoeveelheden schadelijke vluchtige organische stoffen (VOS) tijdens verwerking vergeleken met thermohardende-composieten.

De TPAC zegt dat het productieproces dat voor deze toepassing gebruikt wordt, een veelbelovende oplozing lijkt voor andere niet-structurele luchtvaartproducten, en de korte cyclus-tijd het haalbaar kan maken voor eindmarkten die hogere volume-doorvoer vereisen. Er wordt gewerkt aan het evalueren van het productieproces voor serieproductie, alsook diepgaande kosten- en milieueffecten, en kwaliteitscontrole- en inspectie-implplicaties. Een haalbaarheidsstudie wordt ook uitgevoerd om te zien of de toegepaste benadering en herwinningsroute toegepast kan worden op andere luchtvaarttoepassingen zoals niet-structurele verkleidingen, afdekken en systeembeugels.

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