リサイクル熱可塑性複合材パネル、ベルV-280 Valor飛行試験で合格

GKN Aerospace（英国・レディッチ）は2020年6月、ベルフライト（米国テキサス州フォートワース）のV-280 Valor軍用ロータークラフトの飛行試験成功により、同社の熱可塑性複合材（TPC）コンポーネント数点が飛行したと報告しました。其中には、ThermoPlastic composites Application Center（TPAC、オランダ・エンスヘデ）とSaxion大学（オランダ・エンスヘデ）が主導するTPC-Cycleプログラム（CWの前回報道「4年間のTPC-Cycleプログラム」参照）により、リサイクル廃材から圧縮成形された一体成形ストリンガー付き熱可塑性複合材アクセスパネルドア2枚が含まれます。

新しいリサイクルパネルドアは、手積みで製造された炭素繊維/エポキシ部品の代替として設計され、部品重量、製造コスト、サイクルタイムの削減を目指しました。新コンポーネントはGKN Aerospaceが設計・試験し、TPACがTPRC（ThermoPlastic composites Research Center、オランダ・エンスヘデ）と協力して製造。アクセスパネルドアは、ロータークラフトのTPC Vテールエンペナージコンポーネント（同じくGKN Aerospace設計・製造）製造時に発生した統合済み廃棄物から回収された、東レアドバンストコンポジッツ（オランダ・ナイフェルダル）の炭素繊維強化ポリフェニレンサルファイド（PPS）で構成されています。

TPACの独自再製造プロセスは3つの主要ステップで構成：廃棄物をセンチメートル長のフレークに粉砕、同時加熱と低せん断混合、等温金型での圧縮成形。

プロジェクトパートナーによれば、デモンストレーターコンポーネントはオリジナル部品比で9%の軽量化を実現。これは主に熱可塑性材料の加工性により、幾何学的補強のためのストリンガー統合が可能になったため。ストリンガー配向は応力を製品全体に均一に分散するよう選定され、材料削減と軽量化に寄与。再生材料使用による材料最適化も達成し、全体的な廃棄物削減に貢献。

再生材料使用による新材料コスト削減で大幅な製造コスト削減を達成。さらに、従来プロセスは手積みとオートクレーブを必要としたが、オートクレーブ外（OOA）圧縮成形プロセスは等温金型、高速脱型、ニアネットシェイプ製造でコスト効率と全体的製造サイクルタイムを最大化。

「現在のプロジェクトは、応用研究が全バリューチェーンを巻き込み、初期アイデアから産業的に実行可能で試験済みの製品を短期間で生み出す役割を強調しています」とTPACサイエンティフィックディレクター、Ferrie van Hattum氏。

重量とコスト削減目標達成に加え、この応用とプロセスはより持続可能な製造への一歩を示しています。SaxionとTPACによる進行中のライフサイクルアセスメント（LCA）予備結果では、この材料、製造プロセス（主に部品の軽量化による）、リサイクル材料使用、OOAプロセスでの等温金型使用により、大幅なCO₂削減が示されています。プロジェクトパートナーによれば、再生繊維適用で新材料製造からのCO₂排出を削減し、部品のバイ・トゥ・フライ比を大幅に改善。粉砕、混合、圧縮成形ステージも、従来の熱硬化性複合材製造プロセスからオートクレーブを排除することでエネルギー消費を削減。熱可塑性複合材は熱硬化性ベース複合材と比較して、加工時に無視できるレベルの有害VOCを発生させます。

TPACによれば、この用途で使用された製造プロセスは他の非構造航空宇宙製品への有望なソリューションであり、短サイクルタイムによりより高い生産スループットを要求するエンドマーケットでも実用化可能かもしれません。シリアル生産向けの生産プロセス評価、詳細なコストと環境影響、品質管理と検査への影響について継続検討中。また、適用アプローチとリサイクルルートを、非構造フェアリング、カバー、システムブラケットなど他の航空宇宙用途に適用できるかの実現性調査も実行中。

追加のTPC-Cycleプロジェクトパートナーには、Nido Recyclingtechnologie（オランダ・ナイフェルダル）、Cato Composites（オランダ・レーデン）、Dutch Thermoplastic Components（オランダ・アルメレ）、ThermoPlastic Composites Research Center（TPRC）、Regieorgaan SIA（オランダ科学研究機構NWOの一部、ハーグ）が含まれます。