Paneles compuestos termoplásticos reciclados pasan prueba de vuelo en Bell V-280 Valor

GKN Aerospace (Redditch, Reino Unido) informó en junio de 2020 que con la exitosa prueba de vuelo del V-280 Valor de Bell Flight (Fort Worth, Texas, EE. UU.), varios de sus componentes de compuesto termoplástico (TPC) habían volado. Entre estos componentes estaban dos puertas de panel de acceso compuestas termoplásticas de compresión moldeada, integralmente reforzadas, fabricadas a partir de material de desecho reciclado a través del programa TPC-Cycle liderado por el Centro de Aplicación de Compuestos Termoplásticos (TPAC, Enschede, Países Bajos) y la Universidad de Saxion (Enschede, Países Bajos) (lea la cobertura previa de CW sobre el programa TPC-Cycle de cuatro años).

El nuevo panel de puerta reciclado fue diseñado para reemplazar una pieza de fibra de carbono/epoxi fabricada mediante colocación manual, con los objetivos de reducir peso de la pieza, así como coste y tiempo de ciclo de fabricación. El nuevo componente fue diseñado y probado por GKN Aerospace, y fabricado por TPAC, en colaboración con el Centro de Investigación de Compuestos Termoplásticos (TPRC, Enschede, Países Bajos). Las puertas de panel de acceso están compuestas de fibra de carbono reforzada con polifenileno sulfuro (PPS) de Toray Advanced Composites (Nijverdal, Países Bajos), recuperada de desechos consolidados generados durante la producción de los componentes de empenaje en V de TPC del rotorcraft, que también son diseñados y fabricados por GKN Aerospace.

El proceso de re-fabricación propietario de TPAC implica tres pasos principales: Trituración del desecho en escamas de longitud centimétrica, calentamiento simultáneo y mezcla de bajo cizallamiento y moldeo por compresión de la pieza en un molde isotérmico.

Según los socios del proyecto, el componente demostrador ofrece ahorro de peso del 9 % comparado con la pieza original, debido en gran parte a la procesabilidad del material termoplástico, que permite la integración de largueros para refuerzo geométrico. La orientación de los largueros fue elegida para distribuir tensiones más uniformemente sobre el producto, resultando en reducción de material y ahorro de peso. La optimización de material también se logró usando materiales recuperados, reduciendo residuos totales.

Se lograron ahorros significativos de coste de producción mediante el uso de materiales recuperados, que eliminaron los costes asociados con nuevos materiales. Además, el proceso original requería colocación manual y uso de autoclave; el proceso de moldeo por compresión fuera de autoclave (OOA) involucra un molde isotérmico, desmoldeo rápido y fabricación de forma casi neta para maximizar la eficiencia de coste y tiempo de ciclo de fabricación total.

«El proyecto actual subraya el papel de la investigación aplicada involucrando la cadena de valor total en impulsar innovaciones desde la primera idea a un producto industrialmente viable y probado en tiempo récord», dice Ferrie van Hattum, director científico de TPAC.

Además de cumplir objetivos de ahorro de peso y coste, la aplicación y proceso también demuestran un paso hacia fabricación más sostenible. Resultados preliminares de un análisis de ciclo de vida (ACV) en curso realizado por Saxion y TPAC muestran reducciones significativas de CO₂ al usar este material, el proceso de fabricación —principalmente debido al menor peso de la pieza— el uso de material reciclado y el uso de un molde isotérmico en un proceso OOA. Según los socios del proyecto, la aplicación de fibra recuperada redujo la salida de CO₂ de producción de nuevos materiales y aumentó significativamente la ratio buy-to-fly de la pieza. Las etapas de trituración, mezcla y moldeo por compresión del proceso también se dice que reducen el consumo de energía al eliminar el autoclave del proceso previo de producción de compuestos termoestables. Los compuestos termoplásticos también producen cantidades insignificantes de compuestos orgánicos volátiles (COV) dañinos durante el procesamiento comparados con compuestos basados en termoestables.

TPAC dice que el proceso de fabricación usado para esta aplicación parece una solución prometedora para otros productos aeroespaciales no estructurales, y su corto tiempo de ciclo puede hacerlo viable para mercados finales que requieren mayor rendimiento de volumen. El trabajo continúa para evaluar el proceso de producción para producción en serie, así como impactos de coste y ambientales en profundidad, e implicaciones de control de calidad e inspección. Un estudio de factibilidad también se está ejecutando para ver si el enfoque aplicado y ruta de reciclaje pueden aplicarse a otras aplicaciones aeroespaciales como carenados no estructurales, cubiertas y soportes de sistemas.

Socios adicionales del proyecto TPC-Cycle incluyen Nido Recyclingtechnologie (Nijverdal, Países Bajos); Cato Composites (Rheden, Países Bajos); Dutch Thermoplastic Components (Almere, Países Bajos) y el Centro de Investigación de Compuestos Termoplásticos (TPRC); Regieorgaan SIA, parte de la Organización Neerlandesa para Investigación Científica (NWO, La Haya, Países Bajos).