Bio-based Form Sheets for Aircraft Applications

Given the many advantages of continuous fiber-reinforced, thermoplastic sheet semi-finished products (so-called organic sheets), the aim and motivation of the current R&D project is to develop new types of organic sheets made from 100% renewable raw materials (bio-based thermoplastic matrix and plant fiber reinforcement).
In the future, these should offer an alternative to the organic sheets commonly used today, the production of which requires fossil raw materials, some of which are ecologically questionable. With regard to the planned use of the 100% bio-based organic sheets for fire-resistant lightweight components in aircraft interiors, the selected interdisciplinary composition of the project consortium means that competent partners from industry and research are available to work out suitable solutions for all relevant problems. This also includes solutions that can meet the requirements for the feel and appearance of a visible component in the aircraft interior.
The project activities planned for this include the development of a suitable continuous fiber reinforcement made from natural plant fibers. By means of fiber modification, which increases mechanical properties and fiber/matrix adhesion, reduces water absorption and achieves fire-retardant properties, the natural fibers are to be made suitable for use in aircraft interiors. Consequently, the current project also develops a thermoplastic matrix made of 100% renewable raw materials made of polylactic acid/PLA and a thermoplastic polyurethane/TPU made of vegetable oil and equips it with fire retardants. As far as the requirements for feel and appearance are concerned, the organic sheets are equipped with a specially developed bio-based and fire-retardant decorative layer (bio-based printed polyamide/PA films and wood veneers), which enable cost-effective and convenient in-mold forming into visible components without complex pre- and post-processing. In this context, the manufacturing and forming process is optimized with the aim of ensuring that 1. the appearance and feel of the decorative layer and the bonding of the decorative layer to the underlying organic sheet are not impaired during semi-finished product production, 2. the subsequent forming into a component and 3. due to environmental influences to which the component will be exposed.
The Technology Readiness Level (TRL) is initially 2. The aim is to provide proof of functionality at the system level by building two demonstrators made of organic sheet with both types of decoration at the end of the project and thus raise the TRL to 4.

[Original text]
"Bio-based Form Sheets for Aircraft Applications"
Angesichts der vielen Vorteile endlosfaserverstärkter, thermoplastischer Platten-Halbzeuge (sogenannter Organobleche) ist es Ziel und Motivation des gegenständlichen F&E-Projektes, neuartige Organobleche aus 100 % nachwachsenden Rohstoffen (bio-basierte Thermoplastmatrix und Pflanzenfaserverstärkung) zu entwickeln.
Diese sollen zukünftig eine Alternative zu den heute üblichen Organoblechen bieten, zu deren Herstellung fossile Rohstoffe benötigt werden, die z. T. ökologisch bedenklich sind. In Hinblick auf den geplanten Einsatz der 100 % bio-basierten Organobleche für brandbeständige Leichtbauteile im Flugzeug-Innenraum stehen mit der gewählten interdisziplinären Zusammensetzung des Projektkonsortiums kompetente Partner aus Industrie und Forschung bereit, um für alle relevanten Problemstellungen geeignete Lösungen auszuarbeiten. Dies umfasst auch Lösungswege, mit denen die Anforderungen an die Haptik und Optik eines Sichtbauteils im Flugzeug-Innenraum erfüllt werden können.
Die hierzu geplanten Projektaktivitäten beinhalten die Entwicklung einer geeigneten Endlosfaserverstärkung aus pflanzlichen Naturfasern. Mittels Fasermodifikation, mit der mechanische Eigenschaften und die Faser/Matrix-Haftung erhöht, die Wasseraufnahme reduziert und brandhemmende Eigenschaften erzielt werden, sollen die Naturfasern für den Einsatz im Flugzeug-Innenraum tauglich gemacht werden. Konsequenterweise wird im gegenständlichen Projekt auch eine thermoplastische Matrix aus 100 % nachwachsenden Rohstoffen aus Polymilchsäure/PLA und einem thermoplastischen Polyurethan/TPU aus Pflanzenöl entwickelt und mit Brandschutzmitteln ausgerüstet. Was die Anforderungen an Haptik und Optik betrifft, werden die Organobleche mit einer eigens entwickelten bio-basierten und brandgeschützten Dekorschicht (bio-basierte bedruckte Polyamid/PA-Folien und Holzfurniere) ausgerüstet, die eine kostengünstige und bequeme In-Mould-Umformung zu Sichtbauteilen ohne aufwändige Vor- und Nachbearbeitung möglich machen. In diesem Zusammenhang wird der Herstell- und Umformprozess optimiert mit dem Ziel, dass 1. bei der Halbzeug-Herstellung, 2. bei der anschließenden Umformung zum Bauteil sowie 3. aufgrund von Umgebungseinflüssen, denen das Bauteil ausgesetzt sein wird, die Optik und Haptik der Dekorschicht sowie die Verklebung der Dekorschicht zum darunter liegenden Organoblech nicht beeinträchtigt werden.
Zu Beginn steht der Technology Readiness Level (TRL) bei 2. Ziel ist es, mit dem Bau von zwei Demonstratoren aus Organoblech mit beiden Dekorarten am Ende des Projektes den Funktionsnachweis auf Systemebene zu erbringen und damit den TRL auf 4 anzuheben.