Integrale Sandwichstrukturen aus thermoplastischen Polymerschäumen

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Am Institut für Verbundwerkstoffe werden im Rahmen des LuFO-Projekts SOPHIA – Smarte Prozesse und optimierte Bauweisen für hohe Fertigungskadenzen (Förderkennzeichen 20X1715D) - innovative Ansätze zur Verarbeitung von thermoplastischen Kunststoffen für den Einsatz in der Flugzeugkabine verfolgt. Aktuell steht die Verhautung von inhärent flammgeschützten Polyethersulfon- (PES) und Polyetherimid- (PEI) Schäumen im Fokus der Untersuchungen. Polymerschäume zeichnen sich durch eine sehr niedrige Dichte und geringe Wärmeleitfähigkeiten aus. Allerdings sind mit der geringen Dichte auch niedrige Festigkeiten verbunden. Um die mechanischen Eigenschaften zu erhöhen, können aus Schäumen auch integrale Sandwichstrukturen erzeugt werden. Dies gelingt, indem die Halbzeuge in einem variothermen Heißpressprozess zunächst kompaktiert und zeitgleich im Randbereich über die Glasübergangstemperatur des Polymers erwärmt werden. So entsteht nach der Abkühlung eine feste und dichte Polymerhaut als neue Oberfläche. Aufgrund der temperaturabhängigen Drucksteifigkeit werden aktuell zwei aufeinanderfolgende, identische Heißpressprozesse zur kontrollierten Verhautung der beiden Oberflächen des Schaumes eingesetzt. So kann das Kollabieren des Schaums verhindert werden. Verglichen mit dem Ausgangsmaterial ermöglicht diese Herangehensweise eine deutliche Erhöhung der Biegeeigenschaften und Schlagfestigkeit, ohne dabei das Bauteilgewicht zu erhöhen. Durch diesen Prozess kann das Leichtbaupotential von thermoplastischen Schäumen weiter erhöht werden.

Projektpartner/Partner:

  • Diehl Aviation GmbH
  • Fraunhofer-Institut für Bauphysik
  • Institut für Flugzeugbau, Universität Stuttgart
  • Institut für Verbundwerkstoffe GmbH
  • Neue Materialien Bayreuth GmbH
  • Amphenol-Air LB GmbH

Das Projekt “SOPHIA – Smarte Prozesse und optimierte Bauweisen für hohe Fertigungskadenzen" wird durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi), auf Grundlage einer Entscheidung des deutschen Bundestages, finanziert (im Rahmen des Luftfahrtforschungsprogramms V-3, Förderkennzeichen 20X1715D).

Weitere Informationen:

Dipl.-Ing. Maximilian Salmins
Institut für Verbundwerkstoffe GmbH
Press- & Fügetechnologien
Erwin-Schrödinger-Straße 58
67663 Kaiserslautern
Telefon: +49 631 2017-340
E-Mail: maximilian.salmins@ivw.uni-kl.de

Abbildung 1: Oberfläche einer integralen Sandwichstruktur und des Ausgangsmaterials

Abbildung 2: Schliffbild einer integralen Sandwichstruktur aus Polymerhaut und Schaumkern mit niedriger Dichte

Abbildung 3: Integrale Sandwichstruktur im Rasterelektronenmikroskop