Einem Team aus der Gruppe Thermisches Spritzen am Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS ist es gelungen, Faser-Kunststoff-Verbunde (FKV) unter Verwendung eines Abreißgewebes für das anschließende Funktionalisieren mittels Thermischen Spritzens vorzubereiten. Leichtbaukonzepte auf FKV-Basis lassen sich so überall dort einsetzen, wo aufgrund der medialen Anforderungen Metalle bislang überlegen waren. In einem ersten konkreten Anwendungsfall gelang es dem Team, Flugzeugtragflächen aus FKV mit einem Mehrschichtheizsystem zu beschichten (Anti-Icing-Funktion). Der Einsatz von FKV reduziert das Gewicht von Bauteilen wie Tragflächen und senkt damit den Kraftstoffverbrauch von Flugzeugen. Ehrgeizige Klima- und Umweltziele in der Luftfahrt lassen sich so zukünftig leichter realisieren.
Abreißgewebe schafft Voraussetzung für ein breites Anwendungsspektrum
Das Thermische Spritzen umfasst Verfahren, bei denen Spritzpartikel innerhalb oder außerhalb von Spritzgeräten an-, auf- oder abgeschmolzen und auf vorbereitete Oberflächen aufgeschleudert werden. Doch FKV-Oberflächen sind empfindlich. Daher galt es, die Oberflächen derart vorzubereiten, dass aufgespritzte Beschichtungen auch permanent haften. Letzteres geschieht bislang unter Einsatz des Sandstrahlens – ein in der Regel für FKV begrenzt einsetzbares Verfahren, da die Oberfläche durch das Sandstrahlmittel zu stark angegriffen wird.
Abhilfe schafft ein neu patentiertes „Vorbereitungsverfahren mit Abreißgewebe“. Hierbei handelt es sich um ein Nylongewebe, das auf die FKV-Oberfläche während der Fertigung aufgetragen und vor dem Beschichten wieder abgezogen wird, um die Oberfläche definiert anzurauen. Dabei vermeidet die neuartige Vorbehandlung jegliche Schädigung des Substrats und lässt sich – anders als beim Laserstrukturieren – bereits während des Herstellungsprozesses von FKV-Bauteilen einsetzen.
Bild: René Jungnickel
In Kombination mit dem flexibel einsetzbaren atmosphärischen Plasmaspritzen lassen sich nicht nur verschiedenste Beschichtungswerkstoffe verarbeiten, sondern auch zahlreiche funktionale Schichteigenschaften auf FKV erzeugen. Die Spanne potentieller industrieller Anwendungsmöglichkeiten ist sehr breit. Mithilfe des Verfahrens lassen sich zum Beispiel metallische Eigenschaften auf FKV-Oberflächen erzeugen, die elektrisch leitfähig sind und damit vor elektromagnetischen Einflüssen schützen. Neben selbst reinigenden und elektrisch beheizbaren Schichten können unter anderem auch Schutzschichten realisiert werden.
Bild: Fraunhofer IWS
Die positiven Projektergebnisse zum Beheizen von Flugzeugtragflächen könne man zukünftig auch auf Windkraftanlagenflügel für die Enteisung übertragen, heißt es vom Fraunhofer IWS. Außerdem ließe sich das Verfahren zur Bauteilfunktionalisierung überall dort anwenden, wo das Gewicht einen zentralen Faktor darstellt – etwa in der Automobilindustrie, im Zugverkehr oder Schiffsbau.
Vorteile von Faser-Kunststoff-Verbunde
Aufgrund ihrer hervorragenden mechanischen Eigenschaften und zunehmend effizienten Fertigungsprozessen sind Faser-Kunststoff-Verbunde (FKV) aus modernen Leichtbaukonzepten nicht mehr wegzudenken. Sie weisen hohe spezifische Steifigkeiten und Festigkeiten auf, was sie als Werkstoffe in Leichtbauanwendungen prädestiniert. Insbesondere die Funktionalisierung von FKV trifft auf starkes Interesse in der weltweiten Forschungslandschaft. (eve)
