Warum Metalle durch druckgeformte DLF-Verbundwerkstoffe ersetzen?

by:Kele Jurkoshek, Tim Greene

Verbundwerkstoffe verdrängen zunehmend Metalle in neuen Luft- und Raumfahrtplattformen, da sie leistungsfähiger sind, eine längere Lebensdauer haben und bei der Herstellung Vorteile bieten. Verbundwerkstoffe werden in der Regel für große Primär- und Sekundärstrukturen eingesetzt, da sie dank der Gewichtsreduzierung, der Designfreiheit und der längeren Lebensdauer kosteneffektiver sind. Dennoch befinden sich immer noch viele metallische Komponenten im Flugzeug, zumindest teilweise aufgrund einer Produktlücke für den Metallersatz von 3D-Teilen mit komplexer Form, wie z. B. strukturelle Halterungen, Beschläge, Clips oder andere Komponenten, bei denen Spritzgießen nicht ausreichend leistungsfähig ist, die Verwendung herkömmlicher Endlosfaserverbundwerkstoffe jedoch aufgrund der komplexen Komponentengeometrie unpraktisch (oder unmöglich) ist.continuous fiber composite

Diskontinuierliche Langfasern


Druckgeformte Verbundwerkstoffe aus diskontinuierlichen Langfasern (DLF) sollen die Lücke bei Metallersatzanwendungen für halbstrukturelle oder strukturelle komplexe Teile schließen. DLF-Materialien werden durch Zerkleinerung von unidirektionalem Prepreg-Band mit hohem Fasergehalt, das für die Luft- und Raumfahrt geeignet ist, in „Flocken“ oder „Chips“ hergestellt.  Die „Flocken“ werden gewogen und in den Pressformhohlraum eingelegt.  Hitze und Druck aus dem Formgebungsprozess werden genutzt, um die thermoplastische Matrix zum Fließen zu bringen. Die hohe Viskosität des thermoplastischen PEEK-Harzes trägt die Verstärkungsfasern gleichmäßig durch die Form, was zu einem zufallsfaserorientierten Verbundwerkstoff mit gleichmäßigem Faser/Harz-Anteil führt. Mit diesem Verfahren können hochkomplexe Formen hergestellt werden, ohne dass herkömmliche Auflegeverfahren von Hand nötig wären, und viele Komponenten können netto oder nahezu netto geformt werden, wobei weniger Bearbeitung und Nachbearbeitung erforderlich sind. Gewindeeinsätze, Buchsen oder andere metallische Komponenten können ebenfalls in den Formgebungsprozess integriert werden, was den Bedarf an sekundären Arbeitsgängen weiter reduziert.

Metallersatz-Verbundwerkstoffe

Was ist in den Flocken?


Matrixpolymere für DLF-Materialien in Luft- und Raumfahrtanwendungen können thermoplastisch (typischerweise PEEK oder PEKK) oder duroplastisch (typischerweise Epoxid) sein. Greene Tweed hat sich aufgrund der folgenden Faktoren auf die Verwendung der thermoplastischen Matrixmaterialien PEEK und PEKK für unser Xycomp® DLF-Material konzentriert:


Da die Verbundwerkstoff-Adoption für Luft- und Raumfahrtstrukturen immer schneller voranschreitet, besteht ein Bedarf an einer kosteneffizienten Verbundwerkstofflösung, die eine weitere Eliminierung komplexer 3D-förmiger Metallschnittstellenkomponenten ermöglicht und gleichzeitig Gewichtseinsparungen, Korrosionsvermeidung, Teilekonsolidierung und andere Vorteile von Verbundwerkstoffen bietet. Kompressionsgeformte DLF-Verbundwerkstoffe bieten eine praktikable, produktionsreife Option, um diese „Metallersatzlücke“ zu schließen, mit Anwendungen, die derzeit auf mehreren großen kommerziellen Flugzeugplattformen in Produktion sind.

 

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