Bis in den Himmel - oder darüber hinaus
Verbundwerkstoffe sind Kombinationen aus mindestens zwei chemisch unterschiedlichen Materialien, die auf den individuellen Eigenschaften des jeweils anderen aufbauen - das Ergebnis ist mehr als nur die Summe der Teile. Typischerweise ist eines der Materialen formbar, während das andere sehr stark ist. Verbundwerkstoffe weisen im Vergleich zu Metallen überlegene Gewichts- und Leistungsmerkmale auf und sind in der Fertigung von vielen für Flugzeuge verwendeten Komponenten weit verbreitet. Derzeit werden für Verbundwerkstoffe in der Luftfahrtindustrie entweder Formmassen verwendet, die bereits einen synthetischen Harz enthalten (vorimprägnierte Materialien oder Prepregs), oder Harzinfusionen in trockenes Gewebe mittels Flüssigharzimprägnierung (Liquid Composite Molding, LCM). Prepreg-Verbundwerkstoffe besitzen hervorragende mechanische Eigenschaften, haben aber Nachteile hinsichtlich Verformbarkeit, Kosten und Haltbarkeit. LCM-Technologien können viele dieser Einschränkungen überwinden, was aber in der Regel auf Kosten der mechanischen Eigenschaften geht. Mit dem Projekt Precarbi ("Materials, Process and CAE Tools Developments for Pre-impregnated Carbon Binder Yarn Preform Composites") sollten neue Materialien und unterstützende Technologien für die Herstellung von Verbundwerkstoffen durch die Kombination von Prepreg- und LCM-Methoden entwickelt werden. Zu diesem Zweck entwickelten die Forscher vorimprägnierte Kohlenstofffasern mit einer Polymer-Bindegarn-Formel zur Verwendung in der Flüssigharzimprägnierung. Die Bindegarne verbessern die mechanischen Eigenschaften und weisen eine unbegrenzte Haltbarkeit auf. Der Einsatz von Modellierungs- und Optimierungs-Tools, die für das EU-finanzierte Precarbi-Projekt entwickelt wurden, soll zu möglichen Kosteneinsparungen führen, indem durch verbesserte Entwürfe und reduzierte Vorlaufzeiten ("First Time Right") weniger Herstellungskosten anfallen. Die Umsetzung der Forschungsergebnisse durch industrielle Partner wird dazu beitragen, die Modellierungs- und Produktionsprozesse zu verfeinern. Die von den Forschern entwickelten neuen Materialien und Technologien für vorgeformte und vorimprägnierte Verbundwerkstoffe mit Kohlenstoffbindegarn versprechen auch eine überlegene Leistung von Verbundwerkstoffen für High-End-Anwendungen. Dazu gehören - nicht ausschließlich - Anwendungen aus der Luftfahrt, aus dem Automobil- sowie dem Schiffbau. So werden Luft-, Land- und Wasserfahrzeuge dank der Innovationen aus dem Precarbi-Projekt zukünftig vielleicht in der Lage sein, mehr Lasten zu tragen, obwohl sie billiger sind, weniger Kraftstoff verbrauchen und weniger Emissionen verursachen.
