Eine Publikation der Swissprofessionalmedia AG
Ausgabe 10/2015, 01.10.2015

Leichtgewicht für den Innenraum

Auf Basis eines flammhemmenden Materials von Huntsman hat Composites Busch SA eine Armlehne aus Composites für Flugzeugsitze entwickelt. Beiden Unternehmen ist es damit gelungen, die technische und wirtschaftliche Machbarkeit von RTM-Bauteilen für den Kabinenbereich von Passagierflugzeugen aufzuzeigen. Die Automatisierung und die kurze Zykluszeit reduzieren massgeblich die Produktionskosten.

Autor: Lukas Wielatt Projektleiter R&D, Composites Busch SA

Bei Composites Busch SA in Porrentruy wurde eine Armlehne für Flugzeugsitze in faserverstärkter Bauweise entwickelt. Die Armlehne zeigt eine sichtbare Karbonstruktur an der gesamten Oberfläche. Weiter hat sie integrierte Befestigungselemente und Montagepunkte und kann durch die guten mechanischen Eigenschaften als strukturelle Komponente im Flugzeugsitz eingesetzt werden.

Aufgrund der Dimensionen und Komplexität dieser Bauteile drängt sich als Herstellprozess das Resin Transfer Molding-Verfahren (RTM) auf. Bei diesem Prozess werden die trockenen Verstärkungsfasern in einem geschlossenen Werkzeug unter Druck mit dem flüssigen Matrixmaterial imprägniert und unter hoher Temperatur im Werkzeug konsolidiert.

In der Luftfahrt werden heute faserverstärkte Teile überwiegend aus vorimprägnierten Halbzeugen hergestellt. Im Gegensatz zu diesem Prepregsystem kann im RTM-Prozess eine allseitig präzise Abformgenauigkeit in einer um ein vielfaches verkürzten Zykluszeit realisiert werden. Dies ermöglicht die geforderte Integration verschiedener Funktionen in einen einzigen effizienten Herstellprozess.

Den bisher marktüblichen Harzsystemen, ausgelegt für die Prepreg-Produktion, werden feste Füllstoffe zur Flammhemmung beigemischt. Bei einer Injektion werden diese Partikel beim Durchströmen der textilen Verstärkung ausgefiltert, was zu einem inhomogenen Brandverhalten führt. Alternative Harzsysteme müssen in der Folge gefunden werden.

Huntsman Advanced Materials bietet mit dem neuartigen «Araldite FST 40002/40003» ein Matrixmaterial, das nach dem Flammtestverfahren FAR25.853 zertifizierbare Injektionsteile ermöglicht. Das Zweikomponentensystem kommt komplett füllstoff- und halogenfrei aus und bezieht seine flammhemmenden Eigenschaften aus dem chemischen Aufbau und einer sehr hohen Vernetzungsdichte. Das Material weist ausgezeichnete mechanische und thermische Eigenschaften auf und ermöglicht eine effiziente Serienproduktion im RTM-Verfahren.

In Zusammenarbeit mit Huntsman Advanced Materials wurde ein Injektionsverfahren entwickelt, das der Verarbeitungsanforderung von Araldite FST 40002/40003 angepasst ist und eine hohe Automatisierbarkeit zulässt.

Ein neuartiges Vakuumventil lässt dabei die Werkzeugkavität komplett evakuieren und verschliesst das Werkzeug automatisch gegen den Injektionsdruck. Durch die Injektion in die geschlossene und abgedichtete Kavität ohne Überlauf ergibt sich ein kontrollierter, reproduzier- und dokumentierbarer RTM-Prozess.

Aus der Injektion ins Vakuum resultiert eine homogene Formfüllung, frei von Lufteinschlüssen oder Blasenbildung. Durchgängig kontrollierte Qualitätsmerkmale werden in diesem Herstellprozess garantiert. Voraussetzung dazu ist eine luftfreie Angusstechnik auf der Injektionsseite, welche bei diesem Projekt mitentwickelt und erprobt wurde. Aufgrund der hohen Vernetzungsdichte weist das Matrixmaterial einen grossen Schwund bei der Aushärtung auf. Dieser muss während des Injektionsprozesses kompensiert werden, um die geforderte Oberflächengüte zu erreichen. Durch das in der Matrix integrierte Trennmittel sind die Oberflächen frei von Verunreinigungen und können direkt überlackiert werden.

Um eine wirtschaftliche Produktion von grösseren Serien zu ermöglichen, wird der Prozess auf kurze Zykluszeiten ausgelegt. Hierzu bietet das Araldite FST 40002/40003 beste Voraussetzungen. Die Viskosität ist bei einer Werkzeugtemperatur von 140 °C sehr tief (20 mPa s) und ermöglicht eine schnelle und gute Benetzung der Fasern. Im Bereich des kritischen Querschnittes werden Fliesshilfen integriert, um mit einem moderaten Injektionsdruck von 5 bar eine Zykluszeit von unter 10 min zu realisieren.

Mit dieser Zykluszeit kann mit einer Jahresproduktion > 10 000 Stück pro Kavität kalkuliert werden. Somit sind die Investitionen in die Werkzeugeinrichtung kompetitiv gegenüber herkömmlichen Prozessen. Mit der grossen Erfahrung und der Infrastruktur bei Composites Busch SA kann ein automatisierter Herstellprozess gefahren werden, welcher die in der Luftfahrt geforderten Ansprüche an Qualität, Reproduzierbarkeit und Nachvollziehbarkeit gewährleistet.


Composites Busch SA
2900 Porrentruy, Tel. 032 465 70 30
composites@busch.ch
www.compositesbusch.ch



Im modifizierten RTM-Verfahren hergestellt: Die Armlehne zeigt eine sichtbare Karbonstruktur und besitzt gute mechanische Eigenschaften. (Bilder: Composites Busch).


Schematischer Ablauf des RTM-Prozesses.