Panel Komposit Termoplastik Daur Ulang Lulus Uji Penerbangan pada Bell V-280 Valor
GKN Aerospace (Redditch, Inggris) melaporkan pada Juni 2020 bahwa dengan uji penerbangan sukses Bell Flight (Fort Worth, Texas, AS) V-280 Valor militer rotorcraft, beberapa komponen komposit termoplastik (TPC)nya telah terbang di angkasa. Di antara komponen ini adalah dua pintu akses komposit termoplastik compression molded yang diperkuat secara integral yang diproduksi dari bahan limbah daur ulang melalui program TPC-Cycle yang dipimpin oleh ThermoPlastic composites Application Center (TPAC, Enschede, Belanda) dan Saxion University (Enschede, Belanda) (baca coverage sebelumnya CW tentang program TPC-Cycle empat tahun).
Pintu akses panel daur ulang baru dirancang untuk mengganti bagian serat karbon/epoksi yang diproduksi melalui hand layup, dengan tujuan mengurangi bobot bagian serta biaya dan waktu siklus manufaktur. Komponen baru dirancang dan diuji oleh GKN Aerospace, dan diproduksi oleh TPAC, dalam kolaborasi dengan ThermoPlastic composites Research Center (TPRC, Enschede, Belanda). Pintu akses panel terdiri dari Toray Advanced Composites (Nijverdal, Belanda) serat karbon terkuat polyphenylene sulfide (PPS), yang direklamasi dari limbah terkonsolidasikan yang dihasilkan selama produksi komponen empennage V-tail TPC rotorcraft, yang juga dirancang dan diproduksi oleh GKN Aerospace.
Proses re-manufaktur milik TPAC melibatkan tiga langkah utama: menghancurkan limbah menjadi flakes panjang sentimeter, pemanasan dan pencampuran low-shear yang bersamaan dan compression molding bagian dalam cetakan isothermal.
Menurut mitra proyek, komponen demonstrator menawarkan penghematan bobot 9% dibandingkan bagian asli, sebagian besar karena kemampuan proses material termoplastik, yang memungkinkan integrasi stringer untuk pengakuan geometris. Orientasi stringer dipilih untuk mendistribusikan stres secara lebih merata di seluruh produk, menghasilkan pengurangan material dan penghematan bobot. Optimasi material juga dicapai dengan menggunakan bahan yang direklamasi, mengurangi limbah keseluruhan.
Penghematan biaya produksi yang signifikan dicapai melalui penggunaan bahan yang direklamasi, yang menghilangkan biaya yang terkait dengan bahan baru. Selain itu, proses asli memerlukan hand layup dan penggunaan autoclave; proses compression molding out-of-autoclave (OOA) melibatkan cetakan isothermal, demolding cepat dan manufaktur near-net-shape untuk memaksimalkan efisiensi biaya dan waktu siklus manufaktur secara keseluruhan.
"Proyek saat ini menekankan peran penelitian terapan yang melibatkan rantai nilai keseluruhan dalam mendorong inovasi dari ide pertama menjadi produk yang dapat diterapkan secara industri dan diuji dalam waktu rekor," kata Ferrie van Hattum, direktur ilmiah TPAC.
Selain memenuhi tujuan penghematan bobot dan biaya, aplikasi dan proses ini juga menunjukkan langkah menuju manufaktur yang lebih berkelanjutan. Hasil awal dari analisis siklus hidup (LCA) yang sedang berlangsung yang dilakukan oleh Saxion dan TPAC menunjukkan pengurangan CO2 yang signifikan saat menggunakan material ini, proses manufaktur — terutama karena bobot bagian yang lebih rendah — penggunaan bahan daur ulang dan penggunaan cetakan isothermal dalam proses OOA. Menurut mitra proyek, aplikasi serat yang direklamasi mengurangi output CO2 dari produksi bahan baru dan secara signifikan meningkatkan rasio buy-to-fly bagian. Tahapan menghancurkan, pencampuran dan compression molding dari proses ini juga dikatakan mengurangi konsumsi energi dengan menghilangkan autoclave dari proses produksi komposit termoet sebelumnya. Komposit termoplastik juga menghasilkan jumlah VOC yang sangat sedikit selama pemrosesan dibandingkan komposit berbasis termoet.
TPAC mengatakan proses manufaktur yang digunakan untuk aplikasi ini terlihat seperti solusi yang menjanjikan untuk produk penerbangan non-struktural lainnya, dan waktu siklus pendeknya dapat membuatnya layak untuk pasar akhir yang membutuhkan throughput volume yang lebih tinggi. Pekerjaan sedang berlangsung untuk mengevaluasi proses produksi untuk produksi serangkaian, serta dampak biaya dan lingkungan yang mendalam, serta implikasi kontrol kualitas dan inspeksi. Studi kelayakan juga sedang dieksekusi untuk melihat apakah pendekatan dan rute daur ulang yang diterapkan dapat diterapkan pada aplikasi penerbangan lainnya seperti fairing, cover dan bracket sistem non-struktural.
Mitra proyek TPC-Cycle tambahan meliputi Nido Recyclingtechnologie (Nijverdal, Belanda); Cato Composites (Rheden, Belanda); Dutch Thermoplastic Components (Almere, Belanda) dan ThermoPlastic Composites Research Center (TPRC); Regieorgaan SIA, bagian dari The Netherlands Organisation for Scientific Research (NWO, Den Haag, Belanda).
