Europäische Kohlenstofffasern und vorimprägnierte Materialien für den Weltraum
Materialien für Weltraumanwendungen sowie das technische Fachwissen kommen derzeit von Firmen außerhalb Europas, weswegen ein europäischer Produktionsstandort benötigt wird. Das Ziel der Wissenschaftler des Projekts EUCARBON (European space qualified carbon fibres and pre-impregnated based materials) bestand darin, die Nachfrage nach Zulieferern außerhalb Europas und das hohe Risiko für zukünftige Unternehmungen zu senken, indem die damit verbundene Technologie in Europa entwickelt wird. Die Forscher stellten hochsteife und ultrahochsteife Kohlenstofffasern und die dazugehörigen Prepreg-Materialien für Anwendungen im Bereich der Satellitensubsysteme her. Die Prepregs mussten auf Grundlage der Harzmodifikation mit Kohlenstoffnanoröhren bewertet werden, um deren thermische und elektrische Leitfähigkeit zu verbessern. Hochsteife Kohlenstofffasern wurden auf einem semi-industriellen Niveau in europäischen Produktionsstätten gefertigt. Außerdem wurde eine vorläufige Faser für ultrahochsteife Kohlenstofffasern entwickelt. Darüber hinaus stellte das Team damit verbundene Prepregs mit für den Weltraum geeigneten Kohlenstofffasern her. Zugleich konnte die Vorimprägnierung von europäischen hochsteifen Kohlenstofffasern erfolgreich durchgeführt werden. Wie dargelegt wurde, entsprachen diese Materialien den Voraussetzungen für kritische Weltraumanwendungen, etwa hinsichtlich der Belastung durch starke Temperaturschwankungen, dem Ausgasen sowie dem Aufrechterhalten der passenden mechanischen Leistung bei niedrigen Temperaturen. Gleichzeitig wurde im Rahmen des EUCARBON-Projekts während der Herstellung der Prepregs mit Kohlenstoffnanoröhren ein geeigneter Vorgang entwickelt. Außerdem konnte ein Zusammenhang zwischen der Oberflächenfunktionalität der Kohlenstoffnanoröhren, dem Belastungsverhältnis und unterschiedlichen Dispersionsverfahren bei der Härtungskinetik, der Rheologie, der Dispersion und der Distribution hergestellt werden. Als Ergebnis konnte deren Einfluss auf den Vorimprägnierungsvorgang und die finalen Eigenschaften der Verbundstoffe erfolgreich bewertet werden. Basierend auf den Prepregs mit diesen hochsteifen Kohlenstofffasern wurden zwei Demonstrationssysteme mit Weltraumkomponenten entworfen und hergestellt. Beim ersten System handelt es sich um eine röhrenähnliche Strebe und beim zweiten um einen Antennensubreflektor. Die Leistung beider Systeme erfüllte auf Materialebene die Erwartungen, und sie können nun auf industriellem Niveau hergestellt werden. Die Ergebnisse des EUCARBON-Projekts beschränken sich nicht nur auf Prepreg-Materialien für den Weltraum – auch die Entwicklung von Industrieanlagen stellt einen wichtigen Schritt bei der Errichtung eines europäischen Netzwerks im Bereich der kohlenstofffaserverstärkten Polymer-Hochleistungsverbundstoffe dar.
Schlüsselbegriffe
Kohlenstofffasern, vorimprägnierte Materialien, Weltraumanwendungen, EUCARBON, Kohlenstoffnanoröhren
