Fraunhofer-Institut für Entwicklung eines kontinuierlichen Prozesses zur Prepreg-Herstellung mit Mikrowellentechnologie
Die Luftfahrt steht angesichts des Klimawandels vor der Herausforderung, ressourcen- und energieeffizienter zu werden. Dabei bedarf es teils radikaler Konzeptanpassungen. Das Lehr- und Forschungsgebiet Makromolekulare Chemie und Kunststofftechnik der Technischen Hochschule Nürnberg Georg Simon Ohm (Ohm) und der Fachbereich Polymermaterialien und Composite des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Polymerforschung IAP mit Sitz in Wildau bilden einen schlagkräftigen Verbund, so dass im Vorhaben BiohM (Biobasierte Prepregs durch hochenergieeffiziente Mikrowellentechnologie) gleich zwei Stellschrauben bedient werden können, um der Luftfahrt einen nachhaltigen Impuls zu geben. Der durchdachte Ansatz biobasierte Harze und einen energieeffizienten Prozess zu kombinieren, kann einen wichtigen Beitrag zur Nachhaltigkeit in der Luftfahrt leisten.
Die in der Luftfahrt zumeist zur Fertigung von Faserverbundkunststoffen (FVK) eingesetzten Halbzeuge sind Prepregs. Sie werden fast ausschließlich aus nicht-regenerativen Ressourcen gewonnen und energieintensiv prozessiert. Der Verbund BiohM hat sich deshalb zum Ziel gesetzt, eine umfassende Lösung zur Ressourcen- und Energieeinsparung zu bieten. Auf Seiten der biobasierten Harze sind durch das Vorhaben bio-Lufa der Technischen Hochschule Nürnberg bereits Grundlagen gelegt. Resultate daraus sind u. a. neue biobasierte Epoxidharze mit Glasübergangstemperaturen > 150 °C. Durch die vom Fraunhofer IAP patentierte Mikrowellendurchlaufanlage zur Prepregfertigung ist ein weiterer wichtiger Grundpfeiler gesetzt.
Die angestrebten Ziele fügen sich in die Ausrichtung der Bekanntmachung LuFo Klima VII-1 ein, fördern die Wettbewerbsfähigkeit der assoziierten Industriepartner durch das Vorantreiben neuer Ideen und verbessern in Summe die gesellschaftliche Akzeptanz der Luftfahrt in der Bevölkerung durch umweltfreundliche Technologien. Das Projekt trägt zum förderpolitischen Ziel eins »Umweltfreundliche Luftfahrt« bei und dient der Ausbildung qualifizierter Nachwuchskräfte im MINT-Bereich.
Teilvorhaben
Das Teilprojekt Entwicklung eines kontinuierlichen Prozesses zur Prepreg-Herstellung mit Mikrowellentechnologie des Fraunhofer IAP hat zum Ziel, den für diesen Herstellungsprozess erforderlichen Energieeintrag gegenüber dem Stand der Technik durch energiesparende Mikrowellenöfen zu senken und dieser Technologie so neue Anwendungsfelder in der Luftfahrtbranche zu erschließen.
Aus dem notwendigen Aufheizen eines Wärmeträgers mit hoher thermischer Masse und den damit verbundenen Vorlaufzeiten resultieren sowohl ein hoher Energieverbrauch als auch eine Trägheit des konventionellen Herstellungsprozesses. Dem gegenüber erwärmen sich unter der Einstrahlung elektromagnetischer Felder mit einer Frequenz von einigen 100 MHz bis zu einigen GHz (Mikrowellen) selektiv nur Materialien mit hinreichend hohen dielektrischen Verlusten. Im Teilvorhaben des Fraunhofer IAP soll gezeigt werden, dass die mikrowellenbasierte Herstellung von Halbzeugen unter Einsatz biobasierter Epoxidharze energiesparender und schneller und somit wirtschaftlicher und nachhaltiger als konventionelle Prozesse ist.
Arbeitsgruppe
Dr. Lutz Hartmann ist wissenschaftlicher Mitarbeitender im Vorhaben und befasst sich vor allem mit der Mikrowellentechnologie. Zusätzlich erhält das Vorhaben tatkräftige Unterstützung durch Tiberiu Tatai als gelernten Leichtflugzeugbauer mit profundem Wissen auf dem Gebiet der Prepregtechnik.
Prof. Dr. Christian Dreyer ist Leiter des Teilprojekts des Fraunhofer IAP. Darüber hinaus profitiert das Forschungsteam in besonderer Weise von der fachlichen Unterstützung der Industriepartner Diehl Aviation Laupheim GmbH (Laupheim), Isovolta Kassel GmbH (Kassel) und Weiss Technik GmbH (Reiskirchen).
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