Prüfung von Verbundwerkstoffen unter extremen Bedingungen
Auf dem Weg zu kraftstoffeffizienten und nachhaltigen Verkehrsstrukturen haben Materialien auf Basis von Polymermatrix-Verbundwerkstoffen die Luft- und Raumfahrtindustrie revolutioniert. Solche Werkstoffe werden üblicherweise eingesetzt, um extremen Bedingungen wie besonders hohen oder tiefen Betriebstemperaturen und starken Belastungen standzuhalten. Zyanatester sind eine relativ neue Generation der duroplastischen Harze, die im Vergleich zu epoxidbasierten Systemen weniger zur Bildung von Mikrorissen neigen (insbesondere im gehärteten Zustand) und weniger Feuchtigkeit absorbieren. Im Projekt SPECIMEN (Study on the processing and the performance of cyanate ester composites towards the optimization for harsh service environments) wurde beleuchtet, wie sich Zyanatester langfristig unter rauen Bedingungen verhalten, und wie sich diese auf ihre Eigenschaften auswirken. Die Projektmitglieder arbeiteten an Leitlinien zur Verwendung von Verbundwerkstoffen auf Basis von Zyanatestern bei erhöhten Temperaturen von 200 bis 250 Grad Celsius und hoher Luftfeuchtigkeit. Dies wird Teil der Roadmap sein, um Aluminiumlegierungen in verschiedenen Primär- und Sekundärstrukturen zu ersetzen und eine hohe Leistung zu erzielen. Nach der Analyse von Leistungsanforderungen, Materialeigenschaften und Empfehlungen der Lieferanten wählten die Wissenschaftler zwei Materialarten zur weiteren Untersuchung aus. Diese waren glas- und kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe (GFK bzw. KFK), die mithilfe eines Autoklavs bzw. durch Kunstharzspritzpressen hergestellt wurden. Das Team erarbeitete dann einen Prüfplan, um ein Alterungsverfahren und eine Testkampagne zu definieren, sodass die Regelkonformität der ausgewählten Materialien verifiziert werden konnte. Darüber hinaus erstellten die Wissenschaftler die Produktionsverfahren für beide Materialarten und optimierten die Fertigungsprozesse für GFK und KFK. Ein neues Basisverfahren wurde etabliert, das einen Katalysator und Aushärtungsvorgang umfasst. Nach der Prozessoptimierung führte das SPECIMEN-Team eine umfassende Methodik zur Untersuchung des Degradationsverhaltens mithilfe von Daten aus den Untersuchungen und Prüfungen durch. Die Methodik basierte auf Prüfungen mit beschleunigter Alterung des Materials, mit denen das Verständnis der verschiedenen Degradationsmechanismen bei hohen Betriebstemperaturen erweitert werden konnte. Mithilfe fortgeschrittener Materialprüfverfahren und optimierten Fertigungsprotokollen führte das SPECIMEN-Projekt zu einem tieferen Wissen über die Degradation von Zyanatestern unter rauen Bedingungen. Die Projektarbeit sollte die Luft- und Raumfahrtindustrie dabei unterstützten, offene Fragen über das Verhalten dieser Materialien während aller Phasen der Lebensdauer eines Luftfahrzeugs zu klären: Bei Konstruktion und Fertigung, Nutzung und Wartung und schließlich der Außerbetriebnahme.
