Wirtschaftliche Herstellung von Sandwichstrukturen aus thermoplastischen Polymerschäumen im semi-kontinuierlichen Prozess

Am Leibniz-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 isochoren Heißpressprozess über die Glasübergangstemperatur des Polymers erwärmt und auf eine definierte Zieldicke kompaktiert werden. So entsteht aus verdichteten Schaumzellen nach der Abkühlung eine Polymerhaut als neue Oberfläche. Aufgrund der temperaturabhängigen Drucksteifigkeit wird aktuell ein zweistufiger Heißpressprozess zur kontrollierten Verhautung der beiden Oberflächen des Schaumes eingesetzt. So kann das Kollabieren des Schaums verhindert und eine gleichmäßigere Verhautung erreicht werden. Verglichen mit dem Ausgangsmaterial ermöglicht diese Herangehensweise eine deutliche Erhöhung der Biegeeigenschaften und Schlagfestigkeit, ohne dabei das Bauteilgewicht zu steigern. Durch die Überführung dieser Methodik aus dem statischen Pressprozess in einen semi-kontinuierlichen Pressprozess, beispielsweise auf einer Intervallheißpresse, ist die effiziente Weiterverarbeitung von thermoplastischen Schäumen zu Sandwich-Halbzeugen mit hohen gewichtsspezifischen mechanischen Eigenschaften möglich. Diese können zum Beispiel in einem anschließenden im Thermoformprozess in kurzen Zyklen zu Bauteilen weiterverarbeitet werden.

Projektpartner/Partner:

• Diehl Aviation GmbH
• Fraunhofer-Institut für Bauphysik
• Institut für Flugzeugbau, Universität Stuttgart
• 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
Leibniz-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