재활용된 열가소성 복합 소재 회전익 항공기 액세스 패널의 비행

GKN Aerospace(영국 Redditch)는 2020년 6월 Bell Flight(미국 텍사스주 포트워스)의 V-280 Valor의 성공적인 비행 테스트를 통해 보고했습니다. 군용 회전익기에서 TPC(열가소성 복합 재료) 구성 요소 중 일부가 하늘로 날아갔습니다. 이러한 구성 요소 중에는 ThermoPlastic 복합 재료 응용 센터(TPAC, Enschede, 네덜란드)와 Saxion University(Enschede, 네덜란드)에서 주도하는 TPC-Cycle 프로그램을 통해 재활용된 폐기물로 제조된 완전히 강화되고 압축 성형된 열가소성 복합 재료 액세스 패널 도어 2개가 있었습니다. ) (CW 읽기 의 4년 TPC-Cycle 프로그램에 대한 이전 보도).

새로운 재활용 패널 도어는 부품 무게와 제조 비용 및 사이클 시간을 줄이는 것을 목표로 수작업 레이업을 통해 제조된 탄소 섬유/에폭시 부품을 대체하도록 설계되었습니다. 새로운 구성 요소는 GKN Aerospace에서 설계 및 테스트했으며 TPAC에서 ThermoPlastic 복합 재료 연구 센터(TPRC, Enschede, 네덜란드)와 협력하여 제조했습니다. 액세스 패널 도어는 Toray Advanced Composites(네덜란드, Nijverdal) 탄소 섬유 강화 폴리페닐렌 설파이드(PPS)로 구성되며, 회전익기의 TPC V-tail empennage 구성 요소를 생산하는 동안 생성된 통합 폐기물에서 재생됩니다. GKN 에어로스페이스.

TPAC의 독점적인 재제조 공정에는 3가지 주요 단계가 포함됩니다. 폐기물을 센티미터 길이의 조각으로 파쇄, 동시 가열 및 낮은 전단 혼합 및 등온 금형에서 부품을 압축 성형하는 것입니다.

프로젝트 파트너에 따르면 데모 구성 요소는 원래 부품에 비해 9%의 무게 절감 효과를 제공합니다. 이는 주로 열가소성 재료의 가공성으로 인해 기하학적 보강을 위해 스트링거를 통합할 수 있기 때문입니다. 스트링거의 방향은 제품 전체에 보다 균일하게 응력을 분산하도록 선택되어 재료 감소 및 중량 감소를 가져옵니다. 재활용 자재를 사용하여 자재 최적화도 달성하여 전체 폐기물을 줄였습니다.

재생 자재를 사용하여 상당한 생산 비용 절감을 달성했으며, 이를 통해 새로운 자재와 관련된 비용이 제거되었습니다. 또한, 원래 공정에는 수동 레이업 및 오토클레이브 사용이 필요했습니다. OOA(out-of-autoclave) 압축 성형 공정에는 등온 금형, 빠른 이형 및 거의 그물 모양 제조가 포함되어 비용 효율성과 전체 제조 주기 시간을 극대화합니다.

“현재 프로젝트는 적용의 역할을 강조합니다. TPAC의 과학 이사인 Ferrie van Hattum은 첫 번째 아이디어에서 산업적으로 실행 가능하고 테스트된 제품에 이르기까지 혁신을 주도하는 전체 가치 사슬과 관련된 연구를 말합니다.

중량 및 비용 절감 목표를 달성하는 것 외에도 애플리케이션 및 프로세스는 보다 지속 가능한 제조를 향한 단계를 보여줍니다. Saxion과 TPAC에서 수행한 지속적인 수명 주기 분석(LCA)의 예비 결과는 상당한 CO₂를 보여줍니다. 이 재료를 사용할 때의 감소, 주로 부품의 더 가벼운 무게로 인한 제조 공정 — 재활용 재료의 사용 및 OOA 공정의 등온 금형 사용. 프로젝트 파트너에 따르면 재생 섬유의 적용으로 CO₂ 감소 새로운 재료 생산으로 인한 생산량 증가 및 부품의 구매 비율을 크게 높였습니다. 공정의 파쇄, 혼합 및 압축 성형 단계는 이전 열경화성 복합재 생산 공정에서 오토클레이브를 제거하여 에너지 소비를 줄이는 것으로 알려져 있습니다. 열가소성 복합 재료는 또한 열경화성 복합 재료에 비해 가공 과정에서 무시할 수 있는 양의 유해한 휘발성 유기 화합물(VOC)을 생성합니다.

TPAC은 이 애플리케이션에 사용된 제조 공정이 다른 비구조적 항공우주 제품에 대한 유망한 솔루션처럼 보이며 짧은 주기 시간으로 인해 더 높은 처리량을 필요로 하는 최종 시장에 적합할 수 있다고 말합니다. 연속 생산을 위한 생산 프로세스, 심층적인 비용 및 환경 영향, 품질 관리 및 검사 영향을 평가하기 위한 작업이 진행 중입니다. 적용된 접근 방식과 재활용 경로가 비구조적 페어링, 커버 및 시스템 브래킷과 같은 다른 항공우주 응용 분야에도 적용될 수 있는지 확인하기 위한 타당성 조사도 실행되고 있습니다.

추가 TPC-Cycle 프로젝트 파트너에는 Nido Recyclingtechnologie(네덜란드 Nijverdal); Cato Composites(네덜란드 레덴); Dutch Thermoplastic Components(네덜란드 Almere) 및 ThermoPlastic Composites Research Center(TPRC); 네덜란드 과학 연구 기구(NWO, 네덜란드 헤이그)의 일부인 Regieorgaan SIA.