Flugzeuginnenraum neu gedacht – Fertigung günstiger und umweltfreundlicher
Phenolharz in Verbindung mit Glasfaser war bei der Ausstattung von Flugzeuginnenräumen lange die Standardlösung für die Flugzeugindustrie. Ziel des EU-geförderten Projekts IntAir war es, diese Materialien zu verbessern und den Herstellungsprozess so hochzuskalieren, dass eine neue Generation von Verbundwerkstoffen für Flugzeuginnenräume entsteht, die günstiger, leichter und sicherer sind als die momentan eingesetzten giftigen Materialien. Im Projekt ging es um einen bestimmten Typ von Verbundmaterialien: vorimprägnierte Carbon- oder Glasfasergewebe, auch „Prepregs“ genannt. Prepregs sind Hochleistungsverbundwerkstoffe, in denen ein Textil mit einem duroplastischen Harz imprägniert wird, das dann teilweise aushärtet. Daraus entsteht ein Material, das sich leicht verarbeiten und schneiden lässt und das einen hohen Faservolumenanteil (und damit eine hohe Leistungsfähigkeit) bietet. Zur Herstellung eines Fertigteils wird das Prepreg normalerweise in eine Form eingelegt und unter Hitze und Druck verfestigt, um das Polymer vollends auszuhärten. PFA (Perfluoralkoxy-)Harze sind an sich nicht neu. Wie Dr. Joe Carruthers, Leiter von Composites Evolution, dem Unternehmen hinter dem Projekt IntAir, erklärt „werden sie beispielsweise in der Gießereiindustrie schon seit Jahren eingesetzt. PFA-Harze für Verbundwerkstoffe sind seit einigen Jahren in der Entwicklung. Wir arbeiten seit etwa 2010 an PFA-Prepregs. Die Herausforderung war aber, sie auf die Qualität (Konsistenz) und die Leistungsstufe zu bringen, die von der Luftfahrindustrie verlangt wird. Also, wenn Sie fragen ‚Warum gerade jetzt?‘, kann ich sagen, sie sind nicht erst über Nacht aufgetaucht. Sie sind eher das Ergebnis von grundlegenden langfristigen FuE-Arbeiten.“ Vor dem Projekt konnte Composites Evolution(öffnet in neuem Fenster) bereits Prepregs in kleinen Mengen im Labormaßstab herstellen. Das Projekt sollte unter anderem demonstrieren, dass es möglich ist, den Herstellungsprozess von Prepregs auf wirtschaftlich sinnvolle Größenordnungen hochzuskalieren. Das Team stand dabei vor vielen Herausforderungen. Es musste beweisen, dass die mechanischen Eigenschaften wie Festigkeit und Steifigkeit sowie das Brandverhalten genauso gut oder sogar besser sind als bei den derzeit gängigen Materialien. Dazu kamen die Eigenschaften des Prepregs und seine Verarbeitbarkeit: Ist es zu klebrig, lässt sich das Material nur schwer verarbeiten, ist es nicht klebrig genug, lässt es sich nur schwer in den Formungsprozess einbinden. Schlussendlich musste das Team auch den Härtungsprozess noch verfeinern. „PFAs härten in einem Kondensationsprozess aus und man braucht eine gute Lösung für den entstehenden Dampf, damit die entweichende Feuchtigkeit nicht die Oberflächenbeschaffenheit des Bauteils beeinträchtigt.“ In IntAir konnten alle diese Faktoren mit einer Kombination aus Chemie (Mischung des Harzes, sodass die gewünschten Aushärtungseigenschaften entstehen) und Verfahrenstechnik (Entwicklung eines Verfahrens zur Präzisionsfertigung, mit dem sich immer das korrekte Faser-Harz-Verhältnis bei gut imprägnierten Fasern erreichen lässt) berücksichtigt werden. Bis ein Produkt für den Einsatz im Flugzeug geeignet ist, wird ein langwieriger Prozess durchlaufen, aber das Unternehmen führt bereits Gespräche mit mehreren Herstellern von Flugzeuginnenausstattung. „Aber auch in anderen Branchen wie Zugverkehr oder Seeschifffahrt gibt es strenge Brandschutzbestimmungen und auch diese haben bereits großes Interesse gezeigt. Wir haben schon Materialien an beide Branchen verkauft“, erklärt Carruthers. Er betont, dass Zeit und Mühe sich hier gelohnt haben. „Ich bin stolz, dass aus dem Projekt ein tragfähiges kommerzielles Produkt hervorgegangen ist, das nach dem Projekt noch Käufe generieren wird. Viele Gemeinschaftsprojekte scheitern am sogenannten ‚Tal des Todes‘ zwischen FuE und Kommerzialisierung. Aber in diesem Falle konnten wir ein revolutionäres Produkt auf den Markt bringen, das unseren Kunden gegenüber dem etablierten, aber eben nicht idealen, Platzhirsch viele Vorteile bietet.“ Anerkennung auf dem Markt ist in jedem Falle wichtig, aber auch die Industrie schenkt dem Projekt schon Beachtung. Die Halterung für Fahrgastsitze im Schienenverkehr(öffnet in neuem Fenster), die die Partner im Rahmen des Projekts entwickelt haben, wurde vor Kurzem als Finalist für die JEC World Exhibition Innovation Awards 2019(öffnet in neuem Fenster) nominiert. „Ob wir gewonnen haben, erfahren wir am 13. März 2019“, so Carruthers.
Schlüsselbegriffe
IntAir, Prepregs, vorimprägnierte Carbonfasern, vorimprägnierte Glasfasern, Flugzeuginnenraum
