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경량금속과 열가소성 복합재 결합방법 연구

by composites posted Apr 11, 2017

University of Twente developed a method for bonding thermoplastic composites


Twente 대학에서는 최근 열가소성 복합 재료로 만든 경량 구조를 결합하는 방법을 개발하였는데 항공기에 주로 사용되는 경량 금속과 열가소성 복합 재료 사이의 결합 방법에 대하여 연구를 하였다.

열가소성 복합재료로 만든 도어의 금속 경첩은 그 대표적인 예로서 열가소성 복합재료에 구멍을 뚫거나 나사를 넣는 경우 재료의 강도 저하가 일어나기 때문에 재료 내에 삽입을 하는 방법으로 개발되었으며 인서트와 재료의 결합력을 강하게 하여 고정될 수 있도록 하는 것이다. 인서트 표면 거칠기, 다공성 층 및 표면처리 영향성 등에 대한 연구를 통해 최적의 조건이 확인 되었으며 현재 결합강도가 장기간에 걸쳐 유지되는지에 대하여 연구가 계속 이루어지고 있다.


출처:  http://www.jeccomposites.com/knowledge/international-composites-news/university-twente-developed-method-bonding-thermoplastic?utm_campaign=1869994&utm_content=44747708&utm_medium=email&utm_source=SmartFocus


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University of Twente developed a method for bonding thermoplastic composites


A research at the University of Twente has brought the aviation sector one step closer to lighter aircraft. PhD candidate Yibo Su has developed a method for bonding lightweight constructions made from thermoplastic composites. This means more opportunities to use these materials.
 
Thermoplastic composites are new, strong and – above all – lightweight and fuel-saving materials. They are made of fibres and thermoplastic synthetic materials. The use of thermoplastic composites has long been on the rise in the automotive and aviation sectors. For example, half the weight of the latest models from Boeing and Airbus consists of composite materials, of which a growing share are thermoplastic composites. But their increased use also throws up some challenges, in particular when it comes to the bonding between the different materials. The bonding between metal and thermoplastic composites was one such challenge. Su’s study makes an important contribution to addressing this, paving the way for the wider use of thermoplastic composites.
Matthijn de Rooij, associate professor of Tribology and Su’s supervisor commented: ‘Many lightweight structures consist of several materials. You need to use the right material in the right place. However, this means that you need to ensure good bonding between the different materials. For use in aviation, the bonding between lightweight metals and thermoplastic composites is particularly important. The metal hinges of a door made from thermoplastic composites are one example. You can’t just drill a hole in thermoplastic composites, or put a screw in, because then you lose some of the strength of the materials. It is much better to create that join using an insert within the material. This insert needs to be firmly secured to the material so that it does not become a weak point. Su found a good way of securing the insert, so that the join is very strong – almost as strong as the rest of the composite. What we still need to know is whether this join will stay strong in the long term – after many flight hours, for example. Follow-up research is therefore needed in order to put this application into practice.’

Research
Thermoplastic composite parts are usually made using a material known as prepreg. This material is made of fibres that have been pre-impregnated with a plastic, which are then consolidated or stiffened using a press or an autoclave. Su has developed a way of placing a metallic insert into the mould and consolidating it along with the prepreg. This had never been done before and makes for significant gains in production time and cost.
Su looked at which mechanisms help to ensure that the insert is firmly embedded in the thermoplastic composite. He then examined which factors affect adhesion. How rough or porous should the surface be in order for the plastic material to penetrate the insert and adhere to it? And which surface treatments are needed? Su discovered what the insert needs to look like and which surface the insert needs in order to adhere well to the thermoplastic composite.
Thermoplastic composites
Thermoplastic composites are ideal for the automotive and aviation sectors because these materials are very strong and light. This means that less fuel is consumed. The material also has a long life, is ideally suited for automated production in large volumes and has good potential for recycling and reuse. Thermoplastic composites consist of fibres embedded in a thermoplastic resin. The fibres may be carbon fibre, for example, like those used to make racing bicycles and tennis rackets. There are other types of fibres too, but carbon fibres are the most common in aircraft construction. By placing the fibres in the main load directions, it is possible to make extremely light and strong constructions.
Su’s research is sponsored by TPRC and M2i. Su will be awarded his PhD on 19 January. His supervisor is Dik Schipper and his supervisor is Matthijn de Rooij.



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