Un team di A*STAR sta aiutando le aziende di Singapore specializzate nella manutenzione, riparazione, e revisione di aeroplani per approfondire la conoscenza di una tecnologia per la riparazione di componenti in fibra di carbonio ad alta tecnologia.

Le strutture in fibra di carbonio sono abbastanza resistenti da sostituire le parti avioniche tipicamente realizzate in acciaio. Ma quando danneggiato, questi materiali leggeri richiedono tecniche di riparazione speciali per garantire che possano ancora sopportare carichi meccanici. I tecnici normalmente tagliano pezzi a forma di cuneo dal sito difettoso, e incollare le toppe prefabbricate. Finalmente, i componenti vengono posti in forni pressurizzati chiamati autoclavi per rimuovere i gas volatili e polimerizzare gli adesivi.

Tecniche di riparazione in autoclave, però, sono poco pratici per la manutenzione di componenti di grandi dimensioni, come ali o fusoliere, che non possono essere rimossi dall'aereo. Stefanie Feih e i colleghi del Singapore Institute of Manufacturing Technology (SIMTech) di A*STAR hanno ora studiato una tecnica per riparare le strutture in fibra di carbonio mentre sono ancora sul velivolo.

Il team ha studiato un doppio processo di debulking sottovuoto che posiziona una scatola rigida contenente un sacchetto sottovuoto flessibile interno sopra un cerotto. Creando un secondo e diverso livello di vuoto all'interno di questa camera, i gas volatili possono essere rimossi rapidamente dal materiale di riparazione. La patch viene quindi trasferita all'aereo per completare la fase di polimerizzazione.

"Il debulking a doppio vuoto aggiunge un ulteriore passaggio a uno scenario di riparazione già molto complesso, " afferma Feih. "I processi di riparazione richiedono un controllo della temperatura superficiale estremamente accurato su superfici con caratteristiche interne generalmente complesse. L'esecuzione di riparazioni su larga scala complica ulteriormente il processo".

L'elevata porosità nella toppa finale è un problema significativo durante la riparazione della fibra di carbonio, perché i vuoti possono ridurre la resistenza meccanica. I ricercatori hanno scoperto che le pellicole adesive utilizzate per incollare i cerotti di riparazione possono anche intrappolare i gas volatili per creare ulteriori vuoti. Il processo di debulking a doppio vuoto, però, è stato scoperto che elimina quasi completamente la porosità sia nella pellicola adesiva che nella toppa di riparazione per tutte le geometrie di riparazione.

"Questi risultati evidenziano il motivo per cui è necessaria una forza lavoro altamente qualificata in una città hub dell'avionica, " afferma Feih. "È fondamentale per attirare gli operatori a Singapore, e abbiamo intrapreso questo progetto per migliorare la comprensione dei processi di riparazione per le strutture composite tra le aziende locali."

Feih e colleghi hanno anche esaminato l'impatto della geometria dei patch testando meccanicamente configurazioni che vanno da semplici film laminati a forme a cuneo più complesse. Qui, le riparazioni 3D circolari si sono dimostrate intrinsecamente più forti delle forme 2-D semplificate quando sotto tensione. Sono necessari ulteriori studi per determinare miglioramenti ottimali in condizioni complesse sperimentate da componenti reali durante il volo.