Painéis Compósitos Termoplásticos Reciclados Passam em Teste de Voo no Bell V-280 Valor

A GKN Aerospace (Redditch, Reino Unido) relatou em junho de 2020 que, com o teste de voo bem-sucedido do V-280 Valor da Bell Flight (Fort Worth, Texas, EUA), vários de seus componentes de compósito termoplástico (TPC) haviam voado. Entre estes componentes estavam duas portas de acesso de painel compósito termoplástico integralmente reforçadas, moldadas por compressão, fabricadas a partir de material de resíduo reciclado via o programa TPC-Cycle liderado pelo Centro de Aplicação de Compósitos Termoplásticos (TPAC, Enschede, Holanda) e Universidade Saxion (Enschede, Holanda) (leia a cobertura anterior da CW sobre o programa TPC-Cycle de quatro anos).

O novo painel de porta reciclado foi projetado para substituir uma peça de fibra de carbono/epóxi fabricada via colocação manual, com os objetivos de reduzir peso da peça, bem como custo e tempo de ciclo de fabricação. O novo componente foi projetado e testado pela GKN Aerospace, e fabricado pelo TPAC, em colaboração com o Centro de Pesquisa de Compósitos Termoplásticos (TPRC, Enschede, Holanda). As portas de acesso do painel são compostas de fibra de carbono reforçada com polifenileno sulfeto (PPS) da Toray Advanced Composites (Nijverdal, Holanda), recuperada de resíduos consolidados gerados durante a produção dos componentes de empenagem V-tail TPC do rotorcraft, que também são projetados e fabricados pela GKN Aerospace.

O processo proprietário de refabricação do TPAC envolve três etapas principais: Trituração do resíduo em flocos de centímetros, aquecimento simultâneo e mistura de baixo cisalhamento e moldagem por compressão da peça em um molde isotérmico.

Segundo parceiros do projeto, o componente demonstrador oferece economia de peso de 9% comparado à peça original, em grande parte devido à processabilidade do material termoplástico, que permite a integração de longarinas para reforço geométrico. A orientação das longarinas foi escolhida para distribuir tensões mais uniformemente sobre o produto, resultando em redução de material e economia de peso. Otimização de material também foi alcançada usando materiais recuperados, reduzindo desperdício total.

Economias significativas de custo de produção foram alcançadas através do uso de materiais recuperados, que eliminaram os custos associados a novos materiais. Além disso, o processo original exigia colocação manual e uso de autoclave; o processo de moldagem por compressão fora de autoclave (OOA) envolve um molde isotérmico, desmolde rápido e fabricação near-net-shape para maximizar eficiência de custo e tempo de ciclo de fabricação total.

"O projeto atual sublinha o papel da pesquisa aplicada envolvendo a cadeia de valor total no impulso de inovações da primeira ideia a um produto industrialmente viável e testado em tempo recorde", diz Ferrie van Hattum, diretor científico do TPAC.

Além de atender metas de economia de peso e custo, a aplicação e o processo também demonstram um passo em direção a fabricação mais sustentável. Resultados preliminares de uma análise de ciclo de vida (LCA) em andamento realizada pela Saxion e TPAC mostram reduções significativas de CO₂ ao usar este material, o processo de fabricação — principalmente devido ao menor peso da peça — o uso de material reciclado e o uso de um molde isotérmico em processo OOA. Segundo parceiros do projeto, a aplicação de fibra recuperada reduziu a saída de CO₂ da produção de novos materiais e aumentou significativamente a taxa buy-to-fly da peça. As etapas de trituração, mistura e moldagem por compressão do processo também são ditas reduzir consumo de energia eliminando o autoclave do processo anterior de produção de compósitos termofixos. Compósitos termoplásticos também produzem quantidades insignificantes de compostos orgânicos voláteis (VOCs) prejudiciais durante o processamento comparado a compósitos baseados em termofixos.

O TPAC diz que o processo de fabricação usado para esta aplicação parece uma solução promissora para outros produtos aeroespaciais não estruturais, e seu tempo de ciclo curto pode torná-lo viável para mercados finais que exigem maior vazão de volume. Trabalho está em andamento para avaliar o processo de produção para produção em série, bem como impactos de custo e ambientais em profundidade, e implicações de controle de qualidade e inspeção. Um estudo de viabilidade também está sendo executado para ver se a abordagem aplicada e rota de reciclagem podem ser aplicadas a outras aplicações aeroespaciais como revestimentos não estruturais, coberturas e suportes de sistema.

Parceiros adicionais do projeto TPC-Cycle incluem Nido Recyclingtechnologie (Nijverdal, Holanda); Cato Composites (Rheden, Holanda); Dutch Thermoplastic Components (Almere, Holanda) e o Centro de Pesquisa de Compósitos Termoplásticos (TPRC); Regieorgaan SIA, parte da Organização Neerlandesa para Pesquisa Científica (NWO, Haia, Holanda).