Transluzente und flammgeschützte SMC-Halbzeuge für Interior-Anwendungen in Flugzeugen (TraNa)

Neuartige SMC-Halbzeuge führen zu neuen Anwendungsmöglichkeiten

Angesichts hoher Fluggastzahlen gewinnt die Entwicklung umweltfreundlicher Lösungen mit dem Ziel einer möglichst umweltfreundlichen Luftfahrt zunehmend an Bedeutung. Im Kabinenbereich steht dabei insbesondere der Einsatz von ökologisch und ökonomisch effizienten Leichtbauwerkstoffen im Vordergrund.

Sheet Molding Compounds (SMC) bergen dank ihrer hohen Designfreiheit bei gleichzeitig wirtschaftlich attraktiven Fertigungskosten großes Potenzial. Dies gelingt durch den Verzicht auf umweltschädliche Phenolharze und durch den Einsatz effizienter Fertigungsprozesse. Damit SMC-Bauteile die strengen Brandschutzanforderungen (FST = Fire, Smoke, Toxicity) im Kabinenbereich erfüllen, werden die zumeist polyester- oder vinylesterbasierten SMC-Halbzeuge zurzeit mit partikulären Flammschutzmitteln, wie beispielsweise Aluminiumhydroxid (ATH) oder Ammoniumpolyphosphat (APP), modifiziert. Diese erfordern aufgrund der Partikelstruktur hohe Füllgrade, was sich negativ auf die optische Qualität der Bauteile (Schlierenbildung, mangelnde Einfärbbarkeit) auswirkt und gleichzeitig zu niedrigeren mechanischen Eigenschaften bei einer erhöhten Dichte des Werkstoffs führt. Die Anwendungsmöglichkeiten aktueller SMC-Halbzeuge in der Flugzeugkabine sind somit begrenzt.

Die meisten Anwendungen in Sichtbauteilen müssen wegen der mangelhaften optischen Qualität mit einer kostenintensiven und umweltschädlichen zusätzlichen Lackierung versehen werden. Diese Aspekte stellen wesentliche Hemmnisse für eine weitreichende Verwendung von SMC in der Kabine dar.

Im Verbundvorhaben „TraNa“ (Luftfahrtforschungsprogramm) werden SMC-Halbzeuge mit neuartigen Flammschutzmitteln auf Basis von Layered Double Hydroxides (LDH)-Nanopartikeln entwickelt. LDH wirken aufgrund einer endothermen Zersetzungsreaktion flammhemmend und geben sowohl H₂O als auch CO₂ ab. Weiterhin bilden sie eine anorganische O₂-Barriereschicht. Wegen ihres Nanopartikelcharakters brechen und reflektieren LDH das Licht nicht und ermöglichen bei perfekter Dispergierung in einer speziell angepassten Epoxidharzmatrix sehr hohe Füllgrade sowie die Herstellung transluzenter Harzpasten. Zudem ist eine homogene Einfärbung möglich, die in Kombination mit der hohen Oberflächengüte der gefertigten Bauteile eine umweltschädliche Lackierung ersetzen kann. Die Herstellung und Verarbeitung solcher Harzpasten zu transluzenten bzw. homogen eingefärbten SMC-Halbzeugen ermöglicht unter Einhaltung von Leichtbau- und Brandschutzanforderungen vollkommen neue Anwendungsbereiche im Luftfahrt-Interiorbereich und bietet somit ein hohes Innovationspotenzial.

Im Rahmen der bisherigen Projektarbeit konnten SMC-Halbzeuge auf Basis von Epoxidharzen mit 40 Gew.-% Flammschutzpartikeln, 25 Gew.-% Glasfasergehalt und einer resultierenden Dichte von 1,65 g/cm³ entwickelt werden. Diese sind in Herstellung und Verarbeitung mit konventionellen flammgeschützten Halbzeugen vergleichbar, zeigen jedoch nach Verarbeitung ein transluzentes Erscheinungsbild, siehe Abbildung 1. Die mechanischen Eigenschaften liegen bereits im aktuellen Entwicklungsstadium bei gleichem Fasermassengehalt auf dem Niveau konventioneller Halbzeuge (siehe Abbildung 2). Im weiteren Projektverlauf wird an der Dispergierqualität der LDH-Partikel, siehe Abbildung 3, gearbeitet, um sowohl die werkstofflichen als auch die Flammschutzkennwerte zu optimieren.

Projektpartner:          

• CompriseTec GmbH
• Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. (Institut für Angewandte Polymerforschung IAP und Silicatforschung ISC)
• Schmidt & Heinzmann GmbH & Co. KG

Assoziierte Partner:   

• jetlite GmbH
• Nabaltec AG
• Polynt Composites Germany GmbH
• Recaro Aircraft Seating GmbH & Co. KG
• Schill + Seilacher “Struktol” GmbH

Kontakt:

Dr.-Ing. Florian Gortner
Postdoc Press- & Fügetechnologien
E-Mail: florian.gortner@ivw.uni-kl.de
Telefon: +49 631 2017 439