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IMPROVING THE AIRCRAFT SAFETY BY SELF HEALING STRUCTURE AND PROTECTING NANOFILLERS

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Das Lebenselixier für Flugzeuge

Defekte bei strukturellen Flugzeugkomponenten können im besten Fall lange Ausfallzeiten für Wartung und Reparatur bedeuten – und im schlechtesten Fall katastrophale Folgen haben. Neuartige selbstreparierende Verbundwerkstoffe werden strukturelle Flugzeugkomponenten revolutionieren.

Industrielle Technologien

Fortschritte in der Materialwissenschaft führten in den letzten Jahren zu multifunktionellen Verbundwerkstoffen, welche die herkömmliche Festigkeit und Steifigkeit mit Eigenschaften wie Flammbeständigkeit oder sensorischen Fähigkeiten kombinieren. EU-finanzierte Forscher haben in dem Projekt IASS (Improving the aircraft safety by self healing structure and protecting nanofillers) das Potenzial von multifunktionalen Kompositen zur Selbstreparatur erforscht. Die neuartigen Verbundwerkstoffe können Zuverlässigkeit und Lebensdauer verstärken und die Unfallrate um bis zu 80% sowie die Betriebskosten um die Hälfte senken. Außerdem senken ihre Anpassung Baugröße, Gewicht, Kosten, Energieverbrauch und Komplexität von Flugzeugsystemen. Dies wird sich bedeutend auf den Treibstoffverbrauch – der ebenfalls zu den Betriebskosten beiträgt – und die durch ihn entstehenden Emissionen auswirken. Zur Erreichung dieser Ziele verwendeten die Wissenschaftler kostengünstige Materialien bei chemischen Reaktionen auf Basis ringöffnender Metathese-Polymerisation, durch welche die Selbstreparatur ausgelöst wird. Leitfähige Formen von Kohlenstoff, darunter mehrwandige Kohlenstoffnanoröhren, Kohlefasern, Formen von Graphit sowie Graphenschichten, wurden eingesetzt, um sowohl das leitfähige Netzwerk als auch die katalytische Unterstützung der Reaktionen zu schaffen. Das Team formulierte und charakterisierte das Epoxidgemisch und die Nanofüllstoffe wurden als Teil der neuartigen selbstreparierenden kohlefaserverstärkten Verbundwerkstoffe (carbon fibre-reinforced composites, CFRC) in die Epoxidmatrix eingebettet. Die Wissenschaftler modifizierten auch Formulierungen, um die Härte der Epoxidharze zu verbessern und sie zudem mit Flammbeständigkeit auszustatten. Eines der vielversprechendsten tragenden Systeme wurde eingesetzt, um eine CFRC-Paneele herzustellen. Selbstreparierende Epoxidformulierungen wurden unter verschiedenen Verarbeitungsbedingungen geprüft. Sowohl die Reparatureffizienz als auch die dynamischen mechanischen Eigenschaften sind zur Verbesserung von Sicherheit und Zuverlässigkeit der Paneelen entscheidend. Diese Eigenschaften wurden gemessen und kommen den spezifizierten Anforderungen bereits nahe. Formulierungen und Paneelen wurden auch optimiert, um die Projektziele zu erreichen. Kurz- und langfristig werden die Luft- und Raumfahrtindustrie sowie Passagiere erheblich von den selbstreparierenden multifunktionalen Verbundwerkstoffen aus dem IASS-Projekt profitieren. Die Selbstreparatur von Schäden wird betriebene Flugzeuge sicher machen und Flugreiseunterbrechungen sowie die Betriebskosten, die mit Wartung und Ausfallzeiten einhergehen, drastisch senken. Dies wird sich äußerst positiv auf die Wettbewerbsposition der europäischen Luftfahrtindustrie und ihre Rolle auf einem konstant wachsenden Markt auswirken.

Schlüsselbegriffe

Flugzeuge, Wartung, Selbstheilung, multifunktional Komposite, IASS

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