Переработанные термопластичные композитные панели прошли лётные испытания на Bell V-280 Valor

GKN Aerospace (Реддитч, Великобритания) сообщила в июне 2020 года, что с успешным лётным испытанием Bell Flight (Форт-Уорт, штат Техас, США) V-280 Valor военным роторокраптом, несколько её термопластичных композитных (TPC) компонентов поднялись в небо. Среди этих компонентов были две интегрально-жёсткие, компрессионно-формованные термопластичные композитные двери люков, изготовленные из переработанного отходного материала через программу TPC-Cycle, возглавляемую ThermoPlastic composites Application Center (TPAC, Энсхеде, Нидерланды) и Saxion University (Энсхеде, Нидерланды) (прочитайте предыдущее покрытие CW о четырёхлетней программе TPC-Cycle).

Новая переработанная панель двери была спроектирована для замены углеродно-волокнистого/эпоксидного компонента, изготовленного ручной укладкой, с целями снижения веса детали, производственной стоимости и времени цикла. Новый компонент был спроектирован и протестирован GKN Aerospace, и произведён TPAC в сотрудничестве с ThermoPlastic composites Research Center (TPRC, Энсхеде, Нидерланды). Двери люков состоят из Toray Advanced Composites (Найвердал, Нидерланды) углеродно-волокнисто-армированного полифениленсульфида (PPS), регенерация из консолидированных отходов, полученных при производстве TPC V-хвостовых оперенных компонентов роторкрафта, которые также спроектированы и произведены GKN Aerospace.

Проприетарный процесс переработки TPAC включает три основных шага: измельчение отходов в сантиметровые хлопья, одновременный нагрев и низко-сдвиговое смешивание и компрессионное формование детали в изотермической форме.

По словам партнёров проекта, демонстраторный компонент предлагает экономию веса 9% по сравнению с оригинальной деталью, в основном благодаря процессability термопластичного материала, позволяющей интегрировать стрингеры для геометрической жёсткости. Ориентация стрингеров была выбрана для более равномерного распределения напряжений по продукту, что привело к снижению материала и экономии веса. Материальная оптимизация также достигнута использованием регенерации материалов, снижая общие отходы.

Значительные экономии производственных затрат достигнуты через использование регенерации материалов, устранивших затраты, связанные с новыми материалами. Кроме того, оригинальный процесс требовал ручной укладки и использования автоклава; внеавтоклавный (OOA), компрессионно-формованный процесс включает изотермическую форму, быструю разформовку и почти нетто-формование для максимизации стоимостной эффективности и общего времени производственного цикла.

«Текущий проект подчёркивает роль прикладного исследования, вовлекающего всю цепочку ценностей, в движении инноваций от первой идеи к промышленно жизнеспособному и протестированному продукту в рекордное время», — говорит Ферри ван Хаттум, научный директор TPAC.

Помимо достижения целей по весу и стоимости, применение и процесс также демонстрируют шаг к более устойчивому производству. Предварительные результаты текущего анализа жизненного цикла (LCA), выполненного Saxion и TPAC, показывают значительное снижение CO2 при использовании этого материала, производственного процесса — главным образом из-за меньшего веса детали — использования переработанного материала и использования изотермической формы в OOA процессе. По словам партнёров проекта, применение регенерированного волокна снизило выход CO2 от производства новых материалов и значительно увеличило соотношение buy-to-fly детали. Этапы измельчения, смешивания и компрессионного формования также, как говорится, снижают энергопотребление за счёт устранения автоклава из предыдущего термореактивного композитного производственного процесса. Термопластичные композиты также производят пренебрежимо малые количества вредных летучих органических соединений (VOC) при обработке по сравнению с термореактивными композитами.

TPAC говорит, что производственный процесс, использованный для этого применения, выглядит как многообещающее решение для других неструктурных аэрокосмических продуктов, и его короткий цикл может сделать его жизнеспособным для конечных рынков, требующих более высокой пропускной способности. Работа продолжается для оценки производственного процесса для серийного производства, а также глубокого анализа затрат и экологического воздействия, и качественных контроля и инспекции. Исследование выполнимости также выполняется для проверки, может ли применённый подход и путь переработки быть применены к другим аэрокосмическим применениям, таким как неструктурные обтекатели, крышки и системные кронштейны.

Дополнительные партнёры проекта TPC-Cycle включают Nido Recyclingtechnologie (Найвердал, Нидерланды); Cato Composites (Рхенен, Нидерланды); Dutch Thermoplastic Components (Альмере, Нидерланды) и ThermoPlastic Composites Research Center (TPRC); Regieorgaan SIA, часть Нидерландской организации научных исследований (NWO, Гаага, Нидерланды).