Nowe komponenty zwiększające bezpieczeństwo materiałów kompozytowych stosowanych w sektorze lotniczym
W przemyśle lotniczym coraz częściej używane są materiały kompozytowe charakteryzujące się wysoką wytrzymałością i lekkością. Dodatkowo materiały te można formować w skomplikowane kształty, uzyskując lepszą aerodynamikę niż w przypadku tych samych elementów wykonanych z metalu. Jednakże w porównaniu z metalami kompozyty słabo przewodzą ciepło (lub zimno) i prąd. Oznacza to, że w razie pożaru mogą się łatwo zapalić, uwalniając dym i toksyczne gazy, a z drugiej strony są bardziej podatne na oblodzenie. Ochronę przed oblodzeniem uzyskuje się zazwyczaj poprzez zatopienie metalowej siatki lub folii w strukturze kompozytu, natomiast ochrona przeciwpożarowa wymaga stosowania powłok ogniotrwałych. W ramach finansowanego ze środków UE projektu LAYSA (Multifunctional layers for safer aircraft composites structures) opracowano nowy rodzaj warstwy zapewniającej zarówno ochronę przed oblodzeniem i ogniem, jak i możliwość diagnostyki strukturalnej. Prace rozpoczęto od zdefiniowania oczekiwań użytkowników końcowych, a następnie przygotowania i scharakteryzowania składów różnych nanomateriałów i ich połączeń. W celu stworzenia wybranych prototypów zespół LAYSA wytworzył lub pozyskał wszystkie potrzebne materiały, w tym zawiesiny nanowzmocnień, błony żywiczne z nanopowłoką i cienkie arkusze nanorurek węglowych (tzw. „buckypaper”). Partnerzy projektu zbadali układy z polimerów z nanowzmocnieniami pod względem zachowań elektrycznych i termicznych, reakcji mechanicznych i czułości wykrywania. W tym celu przenieśli relacje między strukturami w nanoskali a właściwościami w makroskali do modeli wielkoskalowych. Dodatkowo wykorzystali modele do sprawdzenia reakcji na przepalanie panelu kompozytowego. Po zidentyfikowaniu najbardziej obiecujących materiałów i procesów naukowcy zoptymalizowali koncepcję i rozpoczęli produkcję nowych kompozytów. Dwa wytworzone produkty demonstracyjne posłużyły do sprawdzenia poprawności obranego podejścia. Produkty te, jak również prototypy, zostały poddane szczegółowym badaniom. Na zakończenie naukowcy dokonali oceny technicznej i komercyjnej produktów, aby oszacować możliwość ich wykorzystania w zastosowaniach przemysłowych. Oczekuje się, że rezultaty projektu LAYSA pozwolą stworzyć wysoko wydajne, wielofunkcyjne konstrukcje lotnicze na bazie nowatorskich nanokompozytów o doskonałym przewodnictwie cieplnym i elektrycznym oraz dużej czułości wykrywania. Nowe elementy strukturalne pozwolą połączyć zabezpieczenia termiczne i diagnostykę strukturalną w jeden system, a tym samym tworzyć lżejsze i bezpieczniejsze samoloty o niższym zużyciu paliwa i energii.
Słowa kluczowe
Samolot, materiały kompozytowe, LAYSA, ochrona przed oblodzeniem i ogniem, diagnostyka strukturalna, papier z nanorurek węglowych
