Verbesserung der Flugsicherheit 25.04.2013, 07:00 Uhr

Werkstoffe mit Selbstheilungskräften im Flugzeugbau

Die Entwicklung neuer Materialien für den Flugzeugbau, die sich bei Beschädigung selbst reparieren, ist das Ziel eines dreijährigen Forschungsprojektes der EU. Die zehn Partner aus sechs Ländern wollen die neuen Materialien durch Nanomaterialien besonders leistungsfähig machen.

Neue Verbundmaterialien für den Flugzeugbau, die sich nach Beschädigungen wieder selbst reparieren, lässt die EU bis 2015 entwickeln. Davon könnte auch der Flugzeugbauer Airbus profitieren.

Neue Verbundmaterialien für den Flugzeugbau, die sich nach Beschädigungen wieder selbst reparieren, lässt die EU bis 2015 entwickeln. Davon könnte auch der Flugzeugbauer Airbus profitieren.

Foto: Airbus/P. Masclet

Besonders leicht, langlebig und „selbstheilend“ sollen die neuen Materialien für den Flugzeugbau werden. Dafür stellt die EU insgesamt 3,27 Millionen Euro zur Verfügung. Bis 2015 forschen nun europäische Universitäten gemeinsam mit Unternehmen wie dem italienischen Flugwerkbauer Alenia Aermacchi oder einem spanischen Hersteller von Kohlefaserverbundstoffen an den Materialien der Zukunft.

Speziell haben die Forscher dabei Nanokomposite im Fokus. Das sind Materialien, die aus Nanopartikeln und Polymeren bestehen. Den deutschen Beitrag im Gesamtprojekt liefert die Arbeitsgruppe von Wolfgang Binder am Institut für Chemie der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg. „Bei den neuen Werkstoffen spielen Eigenschaften wie elektrische Leitfähigkeit, Beständigkeit gegenüber Oberflächenschädigungen sowie Feuerwiderstandsfähigkeit eine wichtige Rolle“, erklärt Professor Binder.

Risse kann das Material selbst verschließen

Neue Verbundwerkstoffe sind mit Nanomaterialien so verändert, dass sich selbst feine Risse in einer Außenhaut selbst heilen können.

Neue Verbundwerkstoffe sind mit Nanomaterialien so verändert, dass sich selbst feine Risse in einer Außenhaut selbst heilen können.

Foto: Airbus/F. Lépissier

Als zentrale Anforderung für die neu entwickelten Materialien aus Nanokompositen hat die EU die Selbstheilungskräfte gestellt. Beschädigungen an der Oberfläche – etwa Risse oder Hitzeschäden – sollen die Materialien selbst reparieren. Erreicht wird das durch den Einsatz von Nanofüllstoffen. Sie können die mechanischen Eigenschaften von technischen Polymeren verbessern und ihnen besondere Funktionalitäten geben.

Nanoverbundwerkstoffe oder Nanokomposite bestehen aus Nanofüllstoffen, die in ein Matrixmaterial eingebettet sind. Häufig haben sie eine höhere Leistungsfähigkeit als konventionelle Verbundwerkstoffe. Die Nanofüllstoffe, die eine größere Oberfläche als andere Füllstoffe haben, bilden eine stärkere Wechselwirkung mit dem Matrixmaterial und lassen sich homogener und feiner darin verteilen. Im besten Falle können sie sich nach einem Schaden, der von außen entstanden ist, etwa durch hohe Temperaturen, selbst heilen. Die Polymerketten im Nanokomposit sind dabei so beweglich, dass sich ein Riss beim Abkühlen eigenständig verschließt.

Suche nach Kompositen mit vielseitigen Eigenschaften

Im EU-Forschungsprojekt „Verbesserung der Flugsicherheit mit selbstheilenden Strukturen und schützenden Nano-Füllmaterialien“ will man vor allem Komposite finden, die besonders vielseitig in ihren Eigenschaften sind. Das Material soll sich nach einem Feuer oder von einem äußeren Aufprall kleiner Partikel auf der Oberfläche erholen können. Gegenwärtige Komposite schneiden bei diesen speziellen Anforderungen noch nicht so gut ab.

Die neuen Komposite sollen aber noch mehr können. Bisher ist bei der Entwicklung von Materialien im Flugzeugbau unterschieden worden, ob es sich um lastenaufnehmende Strukturen handelt oder um Werkstoffe, die andere gewünschte Eigenschaften mitbringen, etwa Feuerfestigkeit bei den Kabineninnenverkleidungen. Das hat fast immer dazu geführt, dass zusätzliches Gewicht in Kauf genommen werden musste. Mit den neuen Nanopartikeln könnten jetzt Verbundwerkstoffe geschaffen werden, die Alleskönner sind: Sie würden die Lebensdauer des Flugzeugmaterials verlängern und durch das verringerte Gewicht Treibstoffverbrauch, Betriebskosten und Umweltbelastung reduzieren.

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