Schonendes in der Luft Flugzeugkabinen werden durch Thermoplaste nachhaltiger

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Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS

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Eine besondere Fertigungstechnik mit thermoplastischen Kunststoffen hat am Fraunhofer IMWS dazu geführt, dass Flugzeugkabinen leichter und umweltschonender werden ...

Beim Bau von Flugzeugen zählt sozusagen jedes eingesparte Gramm Gewicht bei den dazu verwendeten Komponenten. Je leichter ein Flugzeug nämlich ist, desto weniger Treibstoff braucht es. Und was die Kabine betrifft, so kommen für Elemente wie Gepäckfächer oder für die Wände der Bordküchen meist Bauteile in Sandwich-Bauweise zum Einsatz. Dabei umschließen dünne, aber feste Deckplatten ein leichtes Kernmaterial, was so ein Sandwich nicht nur recht leicht sondern auch sehr stabil macht, wie es weiter heißt. Derzeit dominieren dafür duromere (früher duroplastisch genannte) Bauteile mit auf Phenolharz basierenden Decklagen und einem Wabenkern aus Aramidpapier. Im Rahmen des Projekts „STair“ entwickeln die Partner Diehl Aviation, Ensinger, Thermhex und das Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen (IMWS) deshalb neuartige Leichtbauteile für Flugzeugkabinen, die auf thermoplastischen, also wieder schmelzbaren Kunststoffen basieren. Denn diese können schneller verarbeitet werden und gelten aufgrund ihrer besseren Recycelbarkeit als deutlich umweltfreundlicher als Systeme aus Duromeren, also harzartigen, vernetzten Polymeren.

Thermoplaste sind für Flugzeugkabinen zu empfehlen

Und mit der am Fraunhofer IMWS entwickelten „Thermoplastic Sandwich Moulding“-Technologie eröffne sich die Chance, in Zukunft auch Thermoplaste für diese Art von Anwendungen zu nutzen. Den Nachweis wollen die Beteiligten bis April 2027 liefern, wie man weiter erfährt. Die Vorteile wären erheblich, denn thermoplastische Kunststoffsysteme lassen sich nicht nur deutlich schneller verarbeiten, sondern bringen auch eine bessere Energie- und Materialeffizienz ins Spiel, wie die Forscher erklären. Das sei insbesondere bei der Kabine relevant, die im Laufe des Lebenszyklus eines Flugzeugs gleich mehrfach erneuert werden müsse. Die gute Recycelbarkeit punktet beim Thema Entsorgung besonders erfolgreich. Den dabei angestrebte Energiebedarf bei der Verarbeitung will man im Vergleich zu Duromeren um rund 30 Prozent verringern, so das Ziel. Und Produktionsreste sollen bis zu 80 Prozent in der Halbzeugherstellung direkt wiederverwertet werden. Die Emissionen durch Lösungsmittel während der Produktion sollen sich damit um bis zu 80 Prozent senken lassen. Sind die Projektpartner dabei erfolgreich, werden deutlich nachhaltigere Systeme für Flugzeugkabinen-Bauteile machbar.

Per Kombination aus Thermoformen und Spritzgießen

Um das zu erreichen, gilt es zunächst, die Thermoplastic Sandwich Moulding-Technologie auf die Verarbeitung von hochtemperaturbeständigen thermoplastischen Sandwichstrukturen (HT-TP-Sandwich) anzupassen, die speziell für die Anforderungen der Luftfahrtindustrie konzipiert sind. Die Methode stelle einen sehr effizienten und hoch automatisierten „One Shot“-Prozess aus Thermoformen und Funktionalisieren per Spritzgießen dar, darf man erfahren. Die entsprechenden Prozessschritte (Formgebung, Fügen und Funktionalisieren) müssten jedoch für den Einsatz von HT-Thermoplasten weiterentwickelt werden. Dazu will man gleich mehrere typische Bauteile aus dem Kabinenbereich unter die Lupe nehmen. Zunächst sollen die relevanten Anforderungen definiert und dann die entsprechenden Ansätze für Halbzeuge, Mustermaterialien, eine attraktive Optik sowie für die Umform- und Verarbeitungsprozesse entlang verschiedener Prozessrouten entwickelt und erprobt werden. Das Ziel ist der Aufbau einer Technologieplattform, wofür Simulations-Tools genutzt werden sollen, heißt es weiter. Die Bauteile sollen höchstens so schwer sein wie aktuelle Pendants aus Duromeren und dabei alle bestehenden Luftfahrtanforderungen erfüllen, damit die Ergebnisse schnell in den Markt überführt werden können.

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