Lichtere vliegtuigen weer stap dichterbij

Aan de Universiteit Twente is Yibo Su gepromoveerd  op een sterke verbindingsmethode voor lichtgewicht constructies met thermoplastische composieten. Dit verbreedt de mogelijkheid van toepassing van dit materiaal. Zijn onderzoek brengt de industrie daarmee een stap dichter bij lichtere vliegtuigen.

Thermoplastische composieten zijn nieuwe, sterke en vooral lichte, brandstof besparende materialen, bestaande uit vezels en thermoplastische kunststof. Het materiaal is al enige tijd bezig aan een opmars in onder andere de auto- en de vliegtuigindustrie. De nieuwste vliegtuigtypes van Boeing en Airbus bestaan bijvoorbeeld al voor de helft van het gewicht uit composiet materialen, waarvan een groeiend aandeel thermoplastisch composiet is. Met deze toename ontstaan ook uitdagingen, met name op het vlak van verbindingen tussen verschillende materialen. Zoals tussen metalen en thermoplastisch composieten. Het onderzoek van Su levert hierin een belangrijke bijdrage en maakt de weg vrij voor een bredere toepassing van thermoplastische composieten.

Matthijn de Rooij, associate professor Tribologie en supervisor van Su: “Veel lichtgewicht constructies bestaan uit meerdere materialen. Je moet het juiste materiaal op de juiste plek gebruiken. Dit betekent echter dat je goede verbindingen moet realiseren tussen die verschillende materialen. Voor de luchtvaart zijn verbindingen tussen lichtgewicht metalen en thermoplastisch composieten interessant. Een voorbeeld zijn de metalen scharnieren van een thermoplastische composieten deur. Je kunt niet zomaar een gat boren in thermoplastisch composiet, of er een schroef in draaien, dan verlies je een gedeelte van de sterkte. Het is veel beter om die verbinding te maken door middel van een insert in het materiaal. Deze insert moet goed vastzitten aan het materiaal zodat het geen zwakke plek wordt. Su vond een goede manier om de insert te verbinden, waardoor deze verbinding erg sterk is. Bijna net zo sterk als de rest van het composiet. We weten alleen nog niet wat deze verbinding op de lange termijn doet, bijvoorbeeld na veel vlieguren. Er is daarom vervolgonderzoek voor nodig om deze toepassing in de praktijk te brengen.”

Onderzoek
Thermoplastisch composiet onderdelen worden doorgaans gemaakt door zogenaamde prepreg. Dat zijn vezels die al zijn geïmpregneerd met een kunststof, die worden geconsolideerd, verstevigd, in een pers of een autoclaaf. Su ontwikkelde een manier om een metalen insert al in de mal te plaatsen, en tegelijk met de prepreg mee te consolideren. Dit is nog niet eerder gedaan en levert significante winst op in productietijd en -kosten.
Su onderzocht welke mechanismen eraan bijdragen dat de insert goed vast komt te zitten aan het thermoplastische composiet. Vervolgens onderzocht hij welke factoren invloed hebben op de hechting. Hoe ruw en poreus moet het oppervlakte zijn, zodanig dat het kunststof in de insert dringt en zich eraan verbindt? En welke oppervlaktebehandelingen zijn hier voor nodig? Su bepaalde hoe de insert er uit moet komen te zien en welke oppervlak de insert moet hebben zodat deze goed hecht aan het thermoplastische composiet.