Promovendus Yibo Su ontwikkelde aan de TU Twente een methode voor sterke verbindingen bij lichtgewicht constructies met thermoplastisch composiet. De methode verbreedt de mogelijkheid van toepassing van dit materiaal.

Thermoplastische composieten zijn sterke en vooral lichte materialen. Toepassing in auto's en vliegtuigen ligt voor de hand want levert brandstofbesparing op. Het materiaal is de laatste sterk in opmars, de nieuwste vliegtuigtypes van Boeing en Airbus bestaan al voor de helft van het gewicht uit composieten, waarvan een groeiend aandeel thermoplastisch composiet is. Met deze toename ontstaan ook uitdagingen op het vlak van verbindingen tussen verschillende metalen en het composiet. Onderzoek van promovendus Yibo Su levert hierin een belangrijke bijdrage aan de ontwikkeling en maakt de weg vrij voor een bredere toepassing van thermoplastische composieten, zo meldt de universiteit.

Insert

Matthijn de Rooij, associate professor tribologie, is de supervisor van Su: "Veel lichtgewicht constructies bestaan uit meerdere materialen. Je moet het juiste materiaal op de juiste plek gebruiken en dit betekent dat je goede verbindingen moet realiseren tussen die verschillende materialen. Voor de luchtvaart zijn verbindingen tussen lichtgewicht metalen en thermoplastische composieten interessant, bijvoorbeeld metalen scharnieren aan een deur van thermoplastisch composiet. Je kunt niet zomaar een gat boren in thermoplastisch composiet, of er een schroef in draaien want dan verlies je een gedeelte van de sterkte. Het is veel beter die verbinding te maken door middel van een insert in het materiaal. Die moet wel goed vastzitten zodat het geen zwakke plek wordt. Su vond een goede manier om de insert te verbinden, waardoor de 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 zal doen, bijvoorbeeld na veel vlieguren. Daar is vervolgonderzoek voor nodig."

Ruw en poreus

Thermoplastisch composiet-onderdelen worden doorgaans gemaakt door prepreg, vezels die al zijn geïmpregneerd met een kunststof die worden geconsolideerd, verstevigd, in een pers of 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, volgens de onderzoeker. Su bekeek 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 hoe poreus moet het oppervlak zijn zodat het kunststof in de insert dringt en zich eraan verbindt? En welke oppervlaktebehandelingen zijn hiervoor nodig? Su bepaalde hoe de insert eruit moet komen te zien en welk oppervlak de insert moet hebben zodat de hechting aan het thermoplastisch composiet goed is.

Thermoplastische composieten zijn sterk en licht en hebben een lange levensduur, zijn uitermate geschikt voor geautomatiseerde productie in grote volumes en hebben veel potentieel op het gebied van recycling en hergebruik. Het onderzoek van Yibo Su wordt gesponsord door het Thermoplastic Composites Research Center (TPRC) en het Materials Innovation Institute (M2i).

(bron: engineersonline.nl)