Das Herstellen von CFK-Flugzeugteilen nutzt hohe Temperaturen und Druck, um den Werkstoff zum Bauteil zu formen. Die dazu verwendeten Autoklaven sind zuweilen groß genug, um einen ganzen Flügel oder Rumpf aufzunehmen. Es ist die schiere Größe der Autoklaven, die den Prozess sehr energieintensiv macht.
Forscher des Penn State College of Engineering (Universität Pennsylvania, USA) erforschen deshalb ein neues, kostengünstiges CFK-Herstellungsverfahren. Das Projekt wird vom U.S. Office of Naval Research mit 595.000 US$ gefördert.
„Das Ziel ist es, CFK-Teile ohne den Einsatz des Autoklaven herzustellen, dessen Beheizung über einen längeren Zeitraum bei hohen Temperaturen teuer ist“, so Yamamoto. „Stattdessen werden wir das Material in einem Vakuumsack aushärten oder zusammenschmelzen.“
Namiko Yamamoto, Hauptprüferin (PI) des Projekts und außerordentliche Professorin für Luft- und Raumfahrttechnik
Bei dem neuen Verfahren werden ein flüssiger Kunststoff und die gestapelten Schichten aus Carbonfasern (Stacks) kombiniert und in einem Vakuumbeutel ausgehärtet. Die Kohlenstofffasern verleihen dem Kunststoff Festigkeit und Substanz.
„Der Trick besteht darin, ein bei Atmosphärendruck flüssiges Polymer zu verwenden, das gut in die Fasern eindringen kann. Dies ist eine neue Technik, an der viele Leute interessiert sind, weil sie den Autoklav überflüssig macht und die Produktionskosten senkt.“
Charles Bakis, Co-PI des Projekts und Professor für Ingenieurwissenschaften und Mechanik.
Die Forschenden werden weiterhin untersuchen, wie Kohlenstoffnanoröhren (Carbon Nano Tubes, CNT) in die Polymermischung eingebracht werden können, bevor diese mit den Fasern eine Verbindung eingeht. Ziel ist, das Material weiter zu verstärken und elektrisch leitfähig zu machen. Sie sind klein genug, um auch in die kleinen Räume zwischen den Kohlenstofffasern zu passen. Dazu müssen sich die Nanoröhren ausrichten, um den Kunststoff zu versteifen. Zuvor hatte Yamamoto herausgefunden, dass sie die Nanoröhren auf atomarer Ebene mit Metall beschichten und sie mit Hilfe eines Magnetfeldes senkrecht zu den CFK-Platten ausrichten kann.
„Während der Aushärtung richtet das Magnetfeld die Nanoröhren so aus, dass sie alle in die gleiche Richtung zeigen, und das Ziel ist es, die Nanoröhren perfekt zwischen die Kohlenstofffasern einzupassen.“
Namiko Yamamoto, Hauptprüferin (PI) des Projekts und außerordentliche Professorin für Luft- und Raumfahrttechnik
Außerdem verbessern die magnetisch ausgerichteten Nanoröhren auch die elektrische Leitfähigkeit des Materials, die in der Luftfahrt als Schutz vor Blitzeinschlägen wichtig ist. Geplant ist nun, Prüfkörper aus diesem Material herzustellen. Sollten die weiteren Prüfungen positiv ausgehen, so seit damit zu rechnen, dass dieses Produkt für den Einsatz in Auto- und Flugzeugkarosserien kommerziell hergestellt wird und dann die Kosten sowohl für Unternehmen als auch für Verbraucher gesenkt werden können.
Quelle und weitere Infos: Pressemitteilung