Recycelte Thermoplast-Composite-Panels bestehen Flugtest an Bell V-280 Valor

GKN Aerospace (Redditch, UK) berichtete im Juni 2020, dass mit dem erfolgreichen Flugtest von Bell Flights (Fort Worth, Texas, USA) V-280 Valor Militär-Rotorcraft mehrere seiner thermoplastischen Composite (TPC) Komponenten in die Lüfte aufstiegen. Darunter zwei integralersteifte, pressgeformte thermoplastische Composite-Zugangspanel-Türen, hergestellt aus recyceltem Abfallmaterial via dem TPC-Cycle-Programm unter Leitung des ThermoPlastic composites Application Center (TPAC, Enschede, Niederlande) und der Saxion University (Enschede, Niederlande) (lesen Sie CWs vorherige Berichterstattung zum vierjährigen TPC-Cycle-Programm).

Die neue recycelte Panel-Tür wurde designed, um ein Carbonfaser/Epoxid-Teil aus Handlage zu ersetzen, mit den Zielen, Teilegewicht sowie Fertigungskosten und -zykluszeit zu reduzieren. Die neue Komponente wurde von GKN Aerospace designed und getestet und von TPAC in Zusammenarbeit mit dem ThermoPlastic composites Research Center (TPRC, Enschede, Niederlande) gefertigt. Die Zugangspanel-Türen bestehen aus Toray Advanced Composites (Nijverdal, Niederlande) Carbonfaser-verstärktem Polyphenylensulfid (PPS), zurückgewonnen aus konsolidiertem Abfall, der während der Produktion der TPC V-Leitwerksempennage-Komponenten des Rotorcrafts anfiel, die ebenfalls von GKN Aerospace designed und gefertigt wurden.

TPACs proprietärer Re-Fertigungsprozess umfasst drei Hauptschritte: Zerkleinern des Abfalls in zentimeterlange Flakes, simultanes Erhitzen und Niederscher-Mischen sowie Pressformen des Teils in einer isothermen Form.

Laut Projektpartnern bietet der Demonstrator-Komponente Gewichtsersparnis von 9 % im Vergleich zum Originalteil, weitgehend aufgrund der Verarbeitbarkeit des thermoplastischen Materials, die Integration von Stringern zur geometrischen Steifung ermöglicht. Die Orientierung der Stringer wurde gewählt, um Spannungen gleichmäßiger über das Produkt zu verteilen, was Materialreduktion und Gewichtsersparnis ergibt. Materialoptimierung wurde auch durch Verwendung zurückgewonnener Materialien erreicht, was Gesamtabfall reduziert.

Signifikante Produktionskosteneinsparungen wurden durch Verwendung zurückgewonnener Materialien erzielt, die die Kosten für Neumaterial eliminierten. Zusätzlich erforderte der ursprüngliche Prozess Handlage und Autoklav; der Out-of-Autoclave (OOA) Pressformprozess involviert eine isotherme Form, schnelles Entformen und Near-Net-Shape-Fertigung zur Maximierung von Kosteneffizienz und gesamtem Fertigungszykluszeit.

„Das aktuelle Projekt unterstreicht die Rolle von angewandter Forschung unter Einbeziehung der gesamten Wertschöpfungskette, um Innovationen von der ersten Idee bis zu einem industriell tragfähigen und getesteten Produkt in Rekordzeit zu treiben“, sagt Ferrie van Hattum, wissenschaftlicher Direktor von TPAC.

Zusätzlich zu Gewichts- und Kosteneinsparzielen demonstrieren Anwendung und Prozess einen Schritt hin zu nachhaltigerer Fertigung. Vorläufige Ergebnisse einer laufenden Lebenszyklusanalyse (LCA) durch Saxion und TPAC zeigen signifikante CO₂-Reduktionen bei Verwendung dieses Materials, des Fertigungsprozesses – hauptsächlich aufgrund des geringeren Teilegewichts – der Verwendung von Recyclingmaterial und des Einsatzes einer isothermen Form in einem OOA-Prozess. Laut Projektpartnern reduzierte die Anwendung zurückgewonnener Fasern den CO₂-Ausstoß aus Neumaterialproduktion und erhöhte das Buy-to-Fly-Verhältnis des Teils signifikant. Die Zerkleinerungs-, Misch- und Pressformstufen des Prozesses sollen auch den Energieverbrauch reduzieren, indem sie den Autoklav aus dem vorherigen Thermoset-Composite-Produktionsprozess eliminieren. Thermoplastische Composites produzieren zudem vernachlässigbare Mengen schädlicher flüchtiger organischer Verbindungen (VOCs) während der Verarbeitung im Vergleich zu thermoset-basierten Composites.

TPAC sagt, der für diese Anwendung genutzte Fertigungsprozess sehe wie eine vielversprechende Lösung für andere nicht-strukturelle Luftfahrtprodukte aus, und seine kurze Zykluszeit könne ihn für Endmärkte, die höheren Volumendurchsatz erfordern, tragfähig machen. Arbeiten laufen zur Bewertung des Produktionsprozesses für Serienfertigung, sowie vertiefter Kosten- und Umweltauswirkungen, Qualitätskontrolle und Inspektionsimplikationen. Eine Machbarkeitsstudie wird auch ausgeführt, um zu prüfen, ob der angewendete Ansatz und Recyclingweg auf andere Luftfahrtanwendungen wie nicht-strukturelle Verkleidungen, Abdeckungen und Systemhalterungen anwendbar ist.

Zusätzliche TPC-Cycle-Projektpartner umfassen Nido Recyclingtechnologie (Nijverdal, Niederlande); Cato Composites (Rheden, Niederlande); Dutch Thermoplastic Components (Almere, Niederlande) und das ThermoPlastic Composites Research Center (TPRC); Regieorgaan SIA, Teil der Niederländischen Organisation für Wissenschaftliche Forschung (NWO, Den Haag, Niederlande).