Wie neue Carbonfasern den Flugzeugbau von morgen voranbringen

Die Flugzeuge der Zukunft werden immer leichter, um weniger CO2-Emissionen auszustoßen und weniger Kraftstoff zu verbrauchen. Gleichzeitig rücken Produktionseffizienz und Fertigungsgeschwindigkeit zunehmend in den Fokus der Flugzeugbauer und ihrer Zulieferer. Ein Schlüssel hierzu sind weiterentwickelte Faserverbundwerkstoffe.

Die neuartigen Verbundwerkstoffe basieren auf sogenannten Large-Tow-Carbonfasern, die aus einem Bündel von 50.000 Einzelfilamenten (50k) bestehen und dennoch die hohen mechanischen Anforderungen der Luftfahrtbranche erfüllen. Bisherige Faserverbundwerkstoffe in der Luftfahrt basieren in der Regel auf 12.000 oder 24.000 Filamenten starken Carbonfaserbündeln. 

Die Vorteile der dickeren Faserbündel-Variante sind eine effizientere Faserherstellung sowie Skaleneffekte entlang der gesamten Wertschöpfungskette bis hin zum fertigen Bauteil. Die Bandbreite von möglichen Bauteilen reicht von Tragflächen, über das Leitwerk bis hin zu Komponenten im Rumpf von Flugzeugen im großen Maßstab.

Die SGL Carbon hat eine solche neuartige Large-Tow-Carbonfaser mit hoher Zugfestigkeit und Steifigkeit (Intermediate Modulus / IM) entwickelt. Dazu hat das Unternehmen den eigenen in Portugal hergestellten Rohstoff (PAN-Precursor) speziell auf die Anforderungen angepasst und den Prozess der Carbonisierung der Fasern in Moses Lake, USA, und Muir of Ord, Schottland, modifziert.

 

Vor 10 Jahren galten Large-Tow-Carbonfasern noch als einfache Industriefasern. Seitdem hat sich die Qualität dramatisch verbessert. Die Fasern haben sich unter anderem in der automobilen Serienproduktion bewiesen. Mit unserer neuen 50k-IM-Faser haben wir diese Errungenschaft nun erstmals auch auf Luftfahrtniveau gebracht.

Dr. Andreas Erber, Leiter des Marktsegments Aerospace im Geschäftsbereich Composites – Fibers & Materials bei der SGL Carbon

Gemeinsam mit Solvay arbeitet die SGL Carbon nun an der Markteinführung von Verbundwerkstoffmaterialien basierend auf der neuen Faser. Die Entscheidung ist zukunftsweisend: In der Luftfahrtindustrie sind Faserverbundwerkstoffe ein Milliardenmarkt, der in den kommenden Jahren weiter wachsen wird.

„Das Potenzial für Effizienzsteigerungen ist groß. Gemeinsam mit unserem Partner Solvay bieten wir den Kunden vor dem Hintergrund steigender Stückzahlen und gleichzeitig hohem Kostendruck eine äußerst interessante Perspektive für die zukunftsträchtige Weiterentwicklung des Leichtbaus in der Luftfahrt.“, sagt Dr. Andreas Erber, Leiter des Marktsegments Aerospace im Geschäftsbereich Composites – Fibers & Materials bei der SGL Carbon

Die Kooperation zwischen SGL Carbon und Solvay hat für beide Partner viele Vorteile. So profitiert die SGL Carbon unter anderem von Solvays Expertise bei Harzformulierungen sowie von dessen umfangreicher Luftfahrtexpertise und hofft so, das Wachstum mit Materialien für die Luftfahrtindustrie zu beschleunigen. Für Solvay ist es die Chance, durch die enge exklusive Zusammenarbeit erstmalig mit einem Large-Tow-Faserhersteller gemeinsam an der Optimierung der Oberfläche der Carbonfaser zur Anbindung an das Harzsystem zu arbeiten und so einen weiteren Mehrwert für die Kunden zu schaffen.

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Die Kooperation zwischen Solvay und der SGL Carbon konzentriert sich zunächst auf die Qualifizierung der Faser sowie der daraus herzustellenden Duroplast- und Thermoplast-Verbundwerkstoffe. Derzeit prüfen die verschiedenen Flugzeughersteller die neuen Materialien, um sie in einem ihrer Programme einzusetzen und idealerweise schon bald zum Einsatz durch weitere Zulieferer zu erlauben oder teilweise sogar vorzuschreiben. Die ersten Zwischenergebnisse und Gespräche zu den Prüfungen laufen vielversprechend.

Unabhängig von der Kooperation mit Solvay bietet die SGL Carbon bereits heute ein breites Portfolio an Prepregs und textilen Faserhalbzeugen für nicht-tragende Luftfahrtanwendungen wie Innenraumelemente. Im Bereich der Kleinflugzeuge, Helikopter und Flugtaxis umspannt das Leistungsspektrum der SGL Carbon sogar sämtliche Leistungen vom Engineering bis zum fertigen Bauteil.

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Dr. Andreas Erber
Leiter des Marktsegments Aerospace im Geschäftsbereich Composites – Fibers & Materials bei der SGL Carbon

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