Flugzeugteile aus Zucker und Jute
Strenge Anforderungen in Sachen Zertifizierung und in Bezug auf die rauen Umgebungen, denen Kompositwerkstoffe ausgesetzt sind, stellen schwierige Herausforderungen für den Einsatz natürlicher Materialien dar. Wissenschaftler wollten diese Herausforderungen mit neuartigen Epoxidharzen meistern, welche konventionelle mineralölbasierte Kunststoffe ersetzen können, und nahmen dazu die EU-Finanzierung des Projekts "Development of an innovative bio-based resin for aeronautical applications" (BME CLEAN SKY 027) in Anspruch. Die Forscher wollten Harze aus Zuckerarten synthetisieren, die aus Quellen stammen, die nicht in Konkurrenz zu Nahrungsmitteln stehen. Um die für Luft- und Raumfahrt geltenden Anforderungen zu erfüllen, planten sie die Einbeziehung von Naturfasern zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften sowie das Aufbringen einer Oberflächenbehandlung zum Reduzieren der Entflammbarkeit. Gemäß den Grundsätzen der umweltfreundlichen Chemie, Energieeffizienz, Umwelt- und Gesundheitssicherheit und Skalierbarkeit wurde eine Komponentensynthese durchgeführt. Unter Einsatz von Glukose als Ausgangspunkt stellten die Wissenschaftler multifunktionale Epoxidharze her. Das Team synthetisierte im Folgenden drei Typen flammhemmender Verbindungen und nutzte dazu umweltfreundliche Agenzien, die das harmlose Nebenprodukt Ethanol produzieren. Vier Epoxidharzsysteme konnten vollständig charakterisiert werden und eins davon (auf Basis von Glucofuranosid, GFTE) wurde zur Hochskalierung ausgewählt. Die Forscher verglichen dann eine Vielzahl natürlicher Gewebe, darunter Sorten Hanf, drei Sorten Jute, zwei Leinenarten und eine Hanf-Leinen-Mischung. Auf Grundlage der Resultate von Zugversuchen mit Teststreifen und der Verfügbarkeit entschied man sich für ein Jutegrundgewebe, um das Epoxidharz zu verstärken und die mechanischen Eigenschaften zu verbessern. Die Brennbarkeit natürlicher Gewebe ist ein entscheidendes Thema und so wurden zwei Typen umweltfreundlicher flammhemmender Oberflächenbehandlungen (Ammoniumphosphat und Aminosilan) einzeln und in Kombination untersucht. In Kombination ergab sich das beste Gleichgewicht zwischen reduzierter Entflammbarkeit und erhöhter Wärmebeständigkeit. Aus der GFTE-Matrix auf biologischer Basis wurden Komposite für Schaumkernsandwichplatten hergestellt. Die Resultate der Tests, anhand von denen man die Eignung als Bodenplatten für innen feststellte, ergaben, dass die Platten in ihrer Leistung die konventionellen synthetischen Matrix-Sandwichstrukturen wesentlich übertrafen. BME CLEAN SKY 027 hat somit den Weg zum Einsatz umweltfreundlicher Biokomposite anstelle von kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen bei einer Vielzahl von Anwendungen im Flugzeuginneren bereitet.
Schlüsselbegriffe
Luft- und Raumfahrt, Biokomposite, biobasiertes Harz, Harz auf biologischer Basis, Luftfahrtanwendungen, Jute
