Een team van A*STAR helpt Singaporese bedrijven die gespecialiseerd zijn in het onderhoud, reparatie, en revisie van vliegtuigen om hun begrip van een technologie voor het repareren van hightech koolstofvezelcomponenten te verdiepen.

Koolstofvezelstructuren zijn sterk genoeg om vliegtuigonderdelen te vervangen die doorgaans van staal zijn gemaakt. Maar wanneer beschadigd, deze lichtgewicht materialen vereisen speciale reparatietechnieken om ervoor te zorgen dat ze nog steeds mechanische belastingen kunnen dragen. Technici snijden normaal gesproken wigvormige brokken van de defecte plek, en lijm in vooraf gemaakte patches. Eindelijk, componenten worden in onder druk staande ovens, autoclaven genaamd, geplaatst om vluchtige gassen te verwijderen en de lijmen uit te harden.

Op autoclaaf gebaseerde reparatietechnieken, echter, onpraktisch zijn voor het onderhoud van extra grote onderdelen, zoals vleugels of rompen, die niet uit het vliegtuig kunnen worden verwijderd. Stefanie Feih en collega's van A*STAR's Singapore Institute of Manufacturing Technology (SIMTech) hebben nu een techniek onderzocht om koolstofvezelstructuren te patchen terwijl ze nog op hun plaats in het vliegtuig zitten.

Het team bestudeerde een dubbel vacuümdebulkingproces waarbij een stijve doos met een binnenste flexibele vacuümzak bovenop een patch wordt geplaatst. Door een tweede en ander vacuümniveau in deze kamer te creëren, vluchtige gassen kunnen snel uit het reparatiemateriaal worden verwijderd. De pleister wordt vervolgens overgebracht naar het vliegtuig om de uithardingsstap te voltooien.

"Dubbel vacuüm debulking voegt een extra stap toe aan een toch al zeer complex reparatiescenario, ", zegt Feih. "Reparatieprocessen vereisen een zeer nauwkeurige regeling van de oppervlaktetemperatuur van oppervlakken met over het algemeen complexe interne kenmerken. Het uitvoeren van grootschalige reparaties maakt het proces nog ingewikkelder."

Hoge porositeit in de laatste patch is een belangrijk probleem tijdens reparatie van koolstofvezel, omdat holtes de mechanische sterkte kunnen verminderen. De onderzoekers ontdekten dat de zelfklevende films die worden gebruikt om reparatiepleisters te hechten, ook vluchtige gassen kunnen vasthouden om extra holtes te creëren. Het dubbele vacuüm debulking proces, echter, bleek porositeit in zowel de zelfklevende film als de reparatiepleister bijna volledig te elimineren voor alle reparatiegeometrieën.

"Deze bevindingen laten zien waarom je hoogopgeleide arbeidskrachten nodig hebt in een avionische hubstad, ", zegt Feih. "Het is cruciaal voor het aantrekken van operators naar Singapore, en we hebben dit project uitgevoerd om het begrip van reparatieprocessen voor composietconstructies bij lokale bedrijven te verbeteren."

Feih en collega's onderzochten ook de impact van patchgeometrie door mechanisch testen van configuraties, variërend van eenvoudige laminaatfilms tot complexere wigvormen. Hier, circulaire 3D-reparaties bleken inherent sterker dan vereenvoudigde 2D-vormen onder spanning. Verdere studie is nodig om optimale verbeteringen te bepalen onder complexe omstandigheden die worden ervaren door echte componenten tijdens de vlucht.