Aufwind für die Luftfahrt

Science

Eine neue, leistungsstarke Verbindungsmethode für leichtgewichtige Konstruktionen mit thermoplastischen Verbundwerkstoffen ist das Ergebnis einer Doktorarbeit an der University of Twente. Die Forschungsergebnisse sind ein weiterer Schritt zu leichteren Flugzeugen.

13. Februar 2017

Thermoplastische Verbundwerkstoffe sind neue, leistungsstarke und vor allem leichte, Treibstoff sparende Materialien, die aus Fasern und thermoplastischem Kunststoff bestehen. Das Material ist bereits seit längerem unter anderem in der Auto- und der Flugzeugindustrie auf dem Vormarsch. So bestehen die neuesten Flugzeugtypen von Boeing und Airbus bereits zur Hälfte des Gewichts aus Verbundwerkstoffen, die größtenteils thermoplastisch sind. Die Forschung des Doktoranden Yibo Su macht den Weg frei für eine breitere Anwendung thermoplastischer Verbundwerkstoffe.

Durch die zunehmende Verwendung von Kompositwerkstoffen ergeben sich neue Herausforderungen, insbesondere bei den Verbindungen zwischen den verschiedenen Materialien. »Zahlreiche leichtgewichtige Konstruktionen bestehen aus mehreren Materialien. Dabei ist es wichtig, das passende Material an der richtigen Stelle anzuwenden«, betont Matthijn de Rooij, Außerordentlicher Professor für Tribologie und Supervisor von Yibo Su. Dies erfordere aber, gute Verbindungen zwischen den Materialien herzustellen, wie zwischen Metallen und thermoplastischen Verbundwerkstoffen.

Verbindung durch ein Insert

Als Vorbild dienten Metallscharniere einer Tür mit thermoplastischen Kompositwerkstoffen. »Es kann nicht ohne weiteres ein Loch in thermoplastische Verbundwerkstoffe gebohrt oder eine Schraube hineingedreht werden«, erläutert de Rooij. Die Leistungsfähigkeit würde dadurch eingeschränkt werden. Dagegen sei es wesentlich günstiger, die Verbindung durch ein Insert im Material herzustellen. Dieses Insert müsse gut am Material befestigt werden, um dessen Schwächung zu vermeiden. Su fand nun eine geeignete Methode, dieses Insert so einzubinden, dass diese Verbindung sehr haltbar ist– fast so stark wie der Rest des Verbundwerkstoffs.

Thermoplastische Verbundteile werden in der Regel durch sogenannte Prepregs gefertigt. Dabei handelt es sich um sehr zugfeste Fasern, die mit einem Kunststoff imprägniert, konsolidiert und versteift werden– in einer Presse oder einem Autoklaven. Yibo Su entwickelte eine Methode, um ein metallisches Insert bereits in der Form anzubringen und es zugleich mit Prepregs zu befestigen. Signifikante Einsparungen bei Produktionszeit und -kosten sind das Ziel. Der Doktorand erforschte, wie das Insert zu befestigen sei, um zu sehen, welche Oberfläche das Insert haben muss, damit es gut an dem thermoplastischen Verbundwerkstoff haftet.

»Wir wissen noch nicht, wie sich diese Verbindung langfristig verhält– zum Beispiel nach vielen Flugstunden. Daher ist eine Folgeuntersuchung erforderlich, um diese Anwendung schließlich in die Praxis zu bringen«, ergänzt de Rooij.

Erschienen in Ausgabe: 01/2017