Victrex und Daher erreichen Meilenstein mit Thermoplast-Flugzeugpaneelen der nächsten Generation

Foto: Victrex

Am 20. Oktober wurde berichtet, dass Victrex (Thornton Cleveleys, UK) mit dem französischen Flugzeughersteller und Ausrüster Daher (Wissous, Frankreich) zusammengearbeitet hat, um ein 176-lagiges Laminat-Strukturflugzeugpaneel mit 32 Millimeter Dicke (1,26 Zoll) herzustellen. Die Zusammenarbeit, so beide Unternehmen, resultiert aus dem Bedarf an schnellerer Flugzeugproduktion. Die Verbesserung der Produktionsraten mittels Verbundwerkstoff-Strukturkomponenten wie Paneelen und Laschen könnte die Lösung sein.

Mit VICTREX AE 250 Polyaryletherketon (PAEK)-basiertem Thermoplastverbundwerkstoff und Automated Fiber Placement (AFP) Verarbeitungstechnik, gefolgt von Ofen- und Vakuum- oder Out-of-Autoclave (OOA) Konsolidierung, demonstriert das resultierende Thermoplastpaneel, dass luftfahrtqualifizierte Laminate mit OOA-Verarbeitung in bisher nicht erreichbaren Dicken möglich sind. Laut Victrex könnte dies entscheidende Vorteile für die globale Luftfahrtindustrie in primären Strukturapplikationen bieten.

Die Paneelabmessungen betragen 120 mal 60 Zentimeter (47 mal 24 Zoll) bei 32 Millimeter Dicke (1,3 Zoll), was es signifikant dicker als herkömmliche Flachpaneele macht, während es die Fähigkeit für Lagenaufdopplungen und variable Dicke mit für Evaluation und Test akzeptabler Qualität demonstriert. Die außergewöhnliche Dicke der 176-Lagen-Konstruktion wird durch AFP-Ablage von hochwertigem unidirektionalem (UD) Thermoplasttape ermöglicht, das nur Konsolidierung, keine Autoklavhärtung erfordert. Mit VICTREX AE 250 UDT, so Victrex, könnte Konsolidierung mit beheiztem Werkzeug die Produktionszeit signifikant reduzieren.

„Das neue Verbundpaneel erfüllt Luftfahrtindustriestandards für Porosität, Kristallinität, Konsolidierung und Lagenbindung – Materialien sind der Schlüssel für die Zukunft der Luftfahrtindustrie. Neben Gewichtsreduktion, Treibstoffverbrauch und Betriebskosten ermöglichen sie schnellere Produktionsraten und sind viel besser für die Umwelt“, sagt Dominique Bailly, Daher's Vizepräsident für Forschung und Entwicklung. „Da die Luftfahrtindustrie in den nächsten 20 Jahren mehr als 40.000 neue Flugzeuge benötigt, muss die Produktion einfach beschleunigen, wenn dieses Nachfrageniveau erfüllt werden soll.“

Konkret umfassen die Engineering-Spezifikationen des Paneels wenig bis keine Porosität, unter 1 %, und Kristallinität von 25–30 %. Laut Victrex ist die Bindung zwischen den Verbundwerkstofflagen bei einem 176-Lagen-Laminat darauf ausgelegt, die notwendige Interlaminare Scherfestigkeit (ILSS) zu erreichen, was die sehr hohe mechanische Festigkeit des Paneels klar abgrenzt, wo Poren durch den AFP-Prozess eliminiert und hohe Qualität sowie mechanische Integrität gewahrt werden.

Zusätzlich kann VICTREX AE 250 UDT bei 280 °C (536 °F) verarbeitet werden, gefolgt von einem Ofenzyklus. Es hat einen relativ niedrigen Schmelzpunkt bei 305 °C (517 °F) statt 345 °C (653 °F) von PEEK, einem bekannten Hochleistungspolymer der PAEK-Familie. Das ist ein deutlicher Vorteil in der automatisierten Thermoplastverarbeitung, so das Unternehmen, da es den Bonding-Prozess beschleunigt und die Gesamteffizienz der Flugzeugproduktion steigert.

Weitere überzeugende Materialvorteile: bis zu 5-fach höhere spezifische Festigkeit und Steifigkeit, bis zu 4-fach höhere Ermüdungsfestigkeit im Vergleich zu Metallen. Korrosionsbeständigkeit, Verarbeitung und Wärmedämmung sind ebenfalls verbessert, während Schlag- und Chemikalienbeständigkeit sowie Schadentoleranz denen von Metallen ähneln. Im Gegensatz zu Duroplast-Lösungen sind PAEK-Verbundwerkstoffe vollständig recycelbar, mit bis zu 10-fach besserer Schadentoleranz, während sie größere Chemikalienbeständigkeit, Ermüdungsperformance und FST (Flamme/Rauch/Toxizität) Eigenschaften bieten, und dennoch Festigkeit und Steifigkeit von Duroplasten erreichen.

Die Schlüsseleigenschaften der VICTREX AE 250 Verbundwerkstoffe umfassen auch herausragende Hochtemperaturperformance und thermische Stabilität, breite Chemikalienbeständigkeit gegen Luftfahrtflüssigkeiten und -gase sowie exzellente Beständigkeit gegen Hydrolyse und Korrosion.

„Was wir hier sehen, sind die leichten Eigenschaften unseres Tapes und der schnelle AFP-Prozess, entwickelt von Coriolis Composites [Quévén, Frankreich], die all die aufregenden Möglichkeiten des Metallersatzes mit Thermoplastverbundwerkstoffen in großem Maßstab im Flugzeugdesign liefern. Gleichzeitig kann dies auch helfen, Produktionsrückstände abzubauen, die jetzt den Flugzeugbau plagen durch langgezogene Montagezeitpläne von sieben, acht oder neun Jahren“, kommentiert Tim Herr, Director of Aerospace bei Victrex. „An diesem Pionierprojekt zu arbeiten war produktiv und aufregend, und wir sind zuversichtlich, dass es helfen wird, buchstäblich die Flugzeuge und die Flugzeugindustrie der Zukunft zu formen.“