Pressformning av multilager komposit
- Diarienummer
- SM16-0019
- Start- och slutdatum
- 170101-181231
- Beviljat belopp
- 1 500 000 kr
- Förvaltande organisation
- Saab AB
- Forskningsområde
- Materialvetenskap och materialteknologier
Summary
Syftet med det föreslagna projektet är att undersöka om pressformning kan användas för multi-stack formning av kompositartiklar till flygplan. Specifika mål är: 1)"Konsolideringsmekanismer som verkar under pressformningsprocessen 2)"Formning i honverktyg med multi-stackade enkelriktade och förimpregnerade fibermattor 3)"Skillnader i formningsmekanismer jämfört med lågtrycksformning 4)"Utvärdering av process begränsningar. Komplexa kompositkonstruktioner innehåller ofta av områden med lägre tryck under härdning, vilket påverkar lufttransporten och mängden luftinneslutningar. Dessa konstruktioner tjänar på konsolidering antingen under uppläggning eller formning. Det förväntade resultatet av pressformning är en minskad mängd luftinneslutningar efter formning. Traditionellt innehåller sammanbyggnad av kompositartiklar flytande eller fasta mellanlägg. Arbetsoperationen där mellanläggen appliceras kan bidra med upp till 30% av artikelkostnaden. Ett sätt att minimera mellanläggsoperationen är väl kontrollerade verktygsytor, vilket projektet förväntar sig att åstadkomma genom att utveckla en metod för att forma direkt i honverktyg. Det föreslagna projektet kommer att använda kunskap om formningsmekanismer som erhållits genom arbete med lågtrycksformning för att experimentellt utvärdera pressformning som en metod för multi-stack-formning av dubbelkrökta ytor. Projektet förväntas finna om formningsmekanismerna kommer att ändras när formningshastighet och tryck ökar.
Populärvetenskaplig beskrivning
De viktigaste drivkrafterna för civil flygplansutveckling idag är flygsäkerhet och minskning av bränsleförbrukningen. Flygplans strukturen kan bidra till en minskad bränsleförbrukning genom användning av lättviktsmaterial så som kolfiberkomposit och ytor som ger minskat luftmotstånd. Komposittrenden har varit stark och den senaste generationens civila flygplan är därför byggda av tunna lager av kolfiber förimpregnerad med epoxiplast, s.k. prepreg. Prepeg kan antingen vara i form av väv eller enkelriktad tape och av flygsäkerhetsskäl kontrolleras dessa material alltid mot en bestämd specifikation. Prepreg skikten kan läggas upp i stackar så att olika lager får olika fiberriktning så att den färdiga produkten får önskade egenskaper i olika riktningar. Den upplagda stacken härdas sedan vid 180 ⁰C en trycksatt ugn en s.k. Autoklav. Traditionellt sker uppläggning av prepreg-skikten för hand och detta tar förstås tid och är därmed kostsamt. Uppläggning av enkelriktad tape prepreg kan idag automatiseras genom användning av 5-axliga maskiner antingen i form av s.k. ”Automated Tape-lay Machines”,ATL eller ”Automated Fibre Placement”, AFP. AFP använder smalare prepreg-remsor än ATL och kan därför styra remsorna vid uppläggning på dubbelkrökta former. Hastigheten för att göra detta är dock mycket långsammare än automatiserad plan uppläggning. En kostnadseffektivmetod är därför planuppläggning följd av en formningsoperation. En vanlig metod i flygindustrin är vakuumformning med eller utan värme. Ett vanligt problem med kolfiber komposit är luftinneslutningar och porer som potentiellt sänker kompositens prestanda. För att transportera ut luften ur den upplagda prepreg stacken krävs en yttre tryckpåläggning. Eftersom vakuumformning ger en begränsad tryckpåläggning krävs det att en del av lufttransporten sker under härdning i Autoklaven. Om formningen istället sker i en pressoperation skulle det pålagda trycket bli avsevärt större än vid vakuumformning. Detta skulle kunna möjliggöra härdning utan att behöva använda en autoklav. Eftersom pressning även sker mellan två stela verktygshalvor skulle den färdiga kompositartikeln också kunna få finare toleranser. Detta skulle ge en stor tidsbesparing vid ihop montering av kompositartiklarna. Pressformningsprocessen för enkelriktad prepreg tape måste dock kartläggas så att inte veckbilning sker under formningen. Veck kan i värsta fall ge upphov till så mycket som 40 % reduktion av hållfastheten.