Neue Materialien im Flugzeugbau: effiziente Vorbehandlung mit atmosphärischem Plasma
Im Flugzeugbau hat sich ein grundlegender Wandel bei den eingesetzten Materialien vollzogen. Wurden zuvor fast ausschließlich Aluminiumlegierungen für die Flugzeug-Außenhaut und Stringer verwendet, so werden diese Bauteile heute vorrangig aus mit Kohlenfaser verstärkten Kunststoffen (CFK) hergestellt.
Plasmabeschichtungen bewirken nicht nur eine Steigerung der Lebenszeit sondern auch Produktsicherheit und Kosteneffizienz
Die Oberflächenvorbehandlung mit Openair-Plasma® ist im Flugzeugbau ein wichtiger Innovationsfaktor mit vielen herausragenden Vorteilen:
- Die Plasmavorbehandlung verbessert die Festigkeit der CFK-Bauteile
- Openair-Plasma® ermöglicht eine sichere, hochwertige Weiterverarbeitung im Klebe- und Lackierprozess
- Openair-Plasma® ermöglicht erstmals die selektive, robotergesteuerte Inline-Plasmavorbehandlung großformatiger Bauteile
- Aufgrund der großen Dimensionen sind nur atmosphärische Verfahren zur Vorbehandlung der Bauteile anwendbar
Der erste industrielle Einsatz dieser Materialien erfolgte bei Boeing bereits 2007 bei dem Modell B787 (Dreamliner). Die konsequente Weiterentwicklung folgt z.B. mit dem Airbus A350WXB, der bereits zu über 40% aus CFK-Materialien besteht.
Langzeitstabiler Korrosionsschutz durch Plasmapolymerisation: umweltfreundlich ohne giftige CR6-Primer
Zur Gewährleistung eines optimalen Korrosionsschutzes mit Langzeitgarantien bis zu 30 Jahren werden im Flugzeugbau bis heute meist chromhaltige Cr6-Primersysteme auf Oberflächen appliziert, die später lackiert werden.
Im PlasmaPlus®-Verfahren werden die hochgiftigen Chrom(VI)-Primer durch Plasma-Polymerisation, also eine gezielte, trockenchemische Plasma-Beschichtung, ersetzt. Die Plasmaenergie in Zusammenspiel mit der ultrafeinen und absolut gleichmäßigen Plasmabeschichtung steigert gleichzeitig die Oberflächenspannung. So sind die Oberflächen optimal vorbereitet für die Lackierung und weisen für langzeitstabile Klebverbindungen herausragende Adhäsionsfähigkeiten auf.
Aurora Plasma Technologie: Reinigung von Kohlefaserverbundbauteilen vor dem Lackieren oder Kleben
Ein Beispiel für den Einsatz der Aurora-Plasmatechnologie ist die Vorbehandlung von Turbinenschaufeln aus Kohlenstofffasern vor dem strukturellen Verbinden mit der Turbinenmetallnabe. Diese Materialkombination ermöglicht den Bau von leichten und leisen Turbinentriebwerken.
Ein klarer Vorteil des Aurora-Niederdruck-Plasmaprozesses ist die Fähigkeit des Plasmas, in Spalten und Ritzen einzudringen und die Möglichkeit, komplexe Geometrien allseitig zu behandeln. Alle Behandlungsschritte können in Bezug auf Reihenfolge, Intensität und Formulierung klar definiert werden. Während des Behandlungszyklus werden ionisierbare Funktionsgase und -flüssigkeiten in der Niederdruckkammer verarbeitet. Das Verfahren ist einfach und leicht reproduzierbar.
Plasmapolymerisations-Trennschichten für eine saubere und einfache Entformung
Der Einsatz von plasmapolymeren Trennschichten bietet hier eine klare Alternative.
Je nach Komplexität und Größe des Bauteils werden die Schichten im PlasmaPlus®-Verfahren (atmosphärisch) oder im Aurora-Plasma-Verfahren (Niederdruckkammerverfahren) aufgebracht.
High-Tech Composites: Eliminierung von Trennmitteln dank Openair-Plasma® und Aurora Plasmatechnik
Der Einsatz faserverstärkter Kunststoffe bietet beim Bau von Flugzeugen erhebliche Vorteile hinsichtlich der Gewichtseinsparung. Faserverstärkte Kunststoffe, insbesondere Kohlefaser (CFK) und Glasfaser (GFK) sind in dieser Dimension darüber hinaus wesentlich stabiler als metallische Strukturen.
Die Herstellung der überwiegend großflächigen Bauteile erfolgt als Schichtaufbau so genannter „Prepregs“ im Autoklaven. Um eine leichte Entformbarkeit zu gewährleisten ist es erforderlich, die Anhaftung zur Form (Mold) zu definieren. Üblicherweise kommen hierfür lösungsmittelbasierte Trennmittel wie z.B. Frekote® zum Einsatz. Derartige Trennmittel haben den Nachteil, dass beim Entformen Reste auf dem Bauteil verbleiben. Diese müssen in aufwendigen manuellen Arbeitsschritten entfernt werden.
Vorteile der Plasma-Release-Schicht:
- keine aufwendige manuelle Reinigung, dadurch Erhöhung der Taktzeiten
- keine Kontamination in der Form und an dem Bauteil
- Verzicht auf lösemittelbasierte Trennmittel und Reiniger, VOC-Reduktion
- Verbesserte, gleichmäßige Oberflächenqualität und -struktur
Langzeitstabile Korrosionsschutzbeschichtung für Titan- und Aluminiumnieten dank Openair-Plasma® Behandlung
Das Nieten ist nach wie vor eine der gängigsten Arten, Flugzeugbauteile zu verbinden. An diese Verbindungselemente aus Titan oder Aluminiumlegierungen werden infolge hoher Luftfeuchtigkeit und großer Temperaturwechsel enorme Anforderungen bezüglich des Korrosionsschutzes gestellt.
Die Oberflächenvorbehandlung mit der Openair-Plasma® Technologie ist auch hier ein einfaches Mittel, die Oberflächen mittels Feinstreinigung und Oberflächenaktivierung optimal für die Anti-Korrosionsbeschichtung vorzubereiten.
Plasmavorbehandlung von Kevlar, Glasfaser, Kohlenstoff oder UHMWPE zur Herstellung von Prepregs
Prepreg-Materialien (vorimprägnierte Fasern) sind vorimprägnierte textile Halbzeuge, die zur Herstellung faserverstärkter Bauteile verwendet werden. Unter Druck und Temperatur werden mehrere Lagen von Prepregs miteinander verschmolzen. Neben der Anordnung der Prepregs ist vor allem die optimale Haftung der Faser auf dem Reaktionsharz entscheidend für die spätere Stabilität des gesamten Bauteils.
Vorbehandlung des Textilien mit Aurora Plasma
Eine wirksame Lastübertragung zwischen der Faser und dem Matrixharz erfordert eine saubere Faseroberfläche, bevor das Harz aufgetragen wird. Durch die Vorbehandlung des Fasergewebes mit Aurora-Plasma wird eine optimale Penetrationsfähigkeit erreicht.
Vorbehandlung von Warenbahnen in der Lohnfertigung
Plasmatreat bietet über seine Tochtergesellschaft in den USA Lohnfertigungsdienstleistungen (Toll Treatment) zur Vorbehandlung von Tissuebahnen vor der Verarbeitung zum Prepreg an. Hierfür steht eine Niederdruckplasma-Spezialanlage mit einer Behandlungsbreite von 1,50m (60 inch) inklusive Umwicklung ("roll-to-roll") zur Verfügung.
