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Extended Non-Destructive Testing of Composite Bonds

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Qualitätssicherung für Verbundwerkstoffe

In einem kontinuierlichen Bestreben, den Kraftstoffverbrauch und die daraus resultierenden Kohlendioxidemissionen (CO2) zu reduzieren, sollen leichte kohlefaserverstärkte Polymere (CFK) Metall in Flugzeugkomponenten ersetzen. Ein entscheidendes Problem hierbei ist die Bewertung der Leistung von Klebeverbindungen zwischen lastkritischen und großen Verbundstrukturen.

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Das EU-finanzierte Projekt ENCOMB (Extended non-destructive testing of composite bonds) wurde gestartet, um den Mangel an standardisierten Qualitätssicherungsverfahren beseitigen. Insbesondere die zerstörungsfreie Prüfung (non-destructive testing, NDT), mit der sowohl die Oberflächen als auch die Verklebungen von Verbundstrukturen bewertet werden können, führt zu Schwierigkeiten bei der Zertifizierung. Die Festigkeit einer Klebeverbindung hängt unter anderem von dem physikalisch-chemischen Eigenschaften der geklebten Oberflächen, dem Klebstoff und der Klebestelle ab. Die physikalisch-chemischen Eigenschaften werden durch eine Vielzahl von Faktoren beeinflusst, beispielsweise durch den Grad der Verschmutzung, Härtungsparameter, Alterung oder der Aktivierung nach der Oberflächenvorbehandlung. Daher war eines der Projektziele von ENCOMB die Anpassung der Methoden zur Charakterisierung von zu verklebenden Oberflächen vor dem Aufbringen des Klebstoffs. Das zweite anspruchsvolle Ziel war die Entwicklung von Techniken zur Bewertung der verbundenen Komponenten. Die Wissenschaftler definierten diese neu entwickelte Qualitätssicherungstechnik als erweiterte NDT (ENDT). Zunächst wurden die repräsentativsten Anwendungsszenarien für die Luftfahrt festgestellt. Geeignete Proben wurden entwickelt und mit ENDT-Methoden charakterisiert. Die Ergebnisse wurden mit denen von einer Vielzahl von herkömmlichen Analyseverfahren und aus der mechanischen Prüfung verglichen, um ihre Eignung für die jeweiligen Messaufgaben zu bewerten. Die Forscher wendeten unter anderem optische Methoden wie Laser-Scanning-Vibrometrie, aktive Thermografie und ein Benetzungstest, um den Zustand der verklebten Oberflächen zu charakterisieren. Sensortechniken wie eingebettete optische Fasersensoren oder elektrochemische Impedanzspektroskopie wurden ebenfalls getestet sowie laserangeregte und nicht lineare Ultraschalltechniken. Insgesamt wurden 31 ENDT-Technologien für die Beurteilung von geklebten Oberflächen und die Bewertung der Klebeverbindungen getestet. Insbesondere wurden für jede der aeronautischen Anwendungsszenarien verschiedene Techniken angewendet, um verschiedene Kontaminationsniveaus festzustellen. Sie bestanden den Validierungsprozess. Die Erkenntnisse über die Auswirkungen des Nachlassens der Verklebung werden zu notwendigen Designverbesserungen führen. Die Umsetzung einer zuverlässigen Beurteilungstechnologie wird zu einem verstärkten Einsatz von CFK-Komponenten für hochintegrierte Strukturen führen. Die zu erwartenden Gewichtseinsparungen für die Rumpfzelle sollen 15% betragen %. Das wird weitere Auswirkungen auf Größe und Gewicht der Triebwerke haben. Die Gesamtgewichtseinsparungen werden in signifikanten Reduzierungen von Kraftstoffverbrauch und CO2-Emissionen pro Personenkilometer resultieren.

Schlüsselbegriffe

Verbundwerkstoffe, kohlefaserverstärkte Polymere, Flugzeugkomponenten, Klebeverbindungen, zerstörungsfreie Prüfung

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