Closed-loop recycling of polymeric aircraft parts
Pylkkö, Mikko (2022)
Diplomityö
2022
School of Energy Systems, Konetekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2022052438603
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2022052438603
Tiivistelmä
The aviation industry is facing the challenge of reducing fossil fuels and emissions. Fuel efficiency is improved by making efficient powerplant systems and lighter aircraft. The modern passenger aircraft utilise polymeric and polymeric composite materials to achieve lighter structures without compromising strength properties.
The European Union already has legislation to prevent landfilling and to increase the use of recyclable materials in the automotive industry. While the older generation aircraft made mainly from metallic materials were easily dismantled and recycled into other uses, such a process doesn’t yet exist for aircraft made from composite materials. In the upcoming years and decades, the industry will have to answer the question of how the retired polymeric composite aircraft structures are to be recycled.
One solution to increase the life cycle of polymeric and polymeric composite parts would be closed-loop recycling. In this thesis, a closed-loop recycling of polymeric aircraft parts is studied. A specimen certified for use in Airbus A350-900 passenger aircraft is tested for its material and strength properties and reproduced using additive manufacturing.
The conclusions show that closed-loop recycling is possible for polymeric aircraft parts. Future studies could include studying an LCA between virgin and recycled materials for a certain part. Ilmailuala kamppailee parhaillaan päästöjen ja fossiilisten polttoaineiden vähentämisen kanssa. Polttoainetehokkuutta voidaan parantaa vähäpäästöisillä moottoreilla ja kevyemmillä lentokoneilla. Nykyaikaiset matkustajakoneet hyödyntävät polymeerejä ja polymeerikomposiittimateriaaleja kevyempien rakenteiden mahdollistamiseksi tinkimättä materiaalien lujuusominaisuuksista.
Euroopan Unionin määräykset koskettavat kaatopaikkajätteen vähentämistä ja kierrätettävien materiaalien käytön lisäämistä ajoneuvoteollisuudessa. Vanhemman sukupolven lentokoneet olivat tehty pääasiassa metallimateriaaleista, ja ne voitiin purkaa ja kierrättää uusiin käyttökohteisiin. Samanlaista kierrätysprosessia ei vielä ole olemassa komposiittimateriaaleista tehdyille lentokoneille. Tulevien vuosien ja vuosikymmenien aikana ilmailuteollisuus joutuu ratkaisemaan ongelman, miten käytöstä poistetut komposiittirakenteet kierrätetään.
Ratkaisuksi polymeeristen osien elinkaaren pidentämiseksi esitetään kierrätystä. Tässä työssä tutkitaan polymeeristen lentokoneen osien kierrättämistä. Malliosa, joka on sertifioitu käytettäväksi Airbus A350-900 matkustajakoneessa tunnistetaan materiaalin ominaisuuksien osalta ja uudelleen valmistetaan hyödyntäen 3D-tulostusta. Johtopäätökset osoittavat, että polymeeristen lentokoneen osien kierrätys takaisin samaan käyttötarkoitukseen on mahdollista. Jatkotutkimuksiksi esitetään kierrätettyjen ja neitsytmateriaalien elinkaarianalyysien tekoa ja vertailua.
The European Union already has legislation to prevent landfilling and to increase the use of recyclable materials in the automotive industry. While the older generation aircraft made mainly from metallic materials were easily dismantled and recycled into other uses, such a process doesn’t yet exist for aircraft made from composite materials. In the upcoming years and decades, the industry will have to answer the question of how the retired polymeric composite aircraft structures are to be recycled.
One solution to increase the life cycle of polymeric and polymeric composite parts would be closed-loop recycling. In this thesis, a closed-loop recycling of polymeric aircraft parts is studied. A specimen certified for use in Airbus A350-900 passenger aircraft is tested for its material and strength properties and reproduced using additive manufacturing.
The conclusions show that closed-loop recycling is possible for polymeric aircraft parts. Future studies could include studying an LCA between virgin and recycled materials for a certain part.
Euroopan Unionin määräykset koskettavat kaatopaikkajätteen vähentämistä ja kierrätettävien materiaalien käytön lisäämistä ajoneuvoteollisuudessa. Vanhemman sukupolven lentokoneet olivat tehty pääasiassa metallimateriaaleista, ja ne voitiin purkaa ja kierrättää uusiin käyttökohteisiin. Samanlaista kierrätysprosessia ei vielä ole olemassa komposiittimateriaaleista tehdyille lentokoneille. Tulevien vuosien ja vuosikymmenien aikana ilmailuteollisuus joutuu ratkaisemaan ongelman, miten käytöstä poistetut komposiittirakenteet kierrätetään.
Ratkaisuksi polymeeristen osien elinkaaren pidentämiseksi esitetään kierrätystä. Tässä työssä tutkitaan polymeeristen lentokoneen osien kierrättämistä. Malliosa, joka on sertifioitu käytettäväksi Airbus A350-900 matkustajakoneessa tunnistetaan materiaalin ominaisuuksien osalta ja uudelleen valmistetaan hyödyntäen 3D-tulostusta. Johtopäätökset osoittavat, että polymeeristen lentokoneen osien kierrätys takaisin samaan käyttötarkoitukseen on mahdollista. Jatkotutkimuksiksi esitetään kierrätettyjen ja neitsytmateriaalien elinkaarianalyysien tekoa ja vertailua.