Inhalt
- Polymermatrix
- Glasfaserverstärkter Kunststoff (GFK)
- Kohlefaserverbundwerkstoffe
- Aramidfaser-Verbundstoffe
Polymermatrix-Verbundwerkstoffe sind hochtechnologische Materialien aus Verstärkungsfasern, die in eine Kunststoffmatrix eingelegt werden. Viele moderne Militär- und Verkehrsflugzeuge können nicht ohne diese Materialien hergestellt werden. Der erste Verbundstoff, der zur Herstellung von Flugzeugen verwendet wurde, war der FRP. In den 1950er Jahren wurden dieses Material (Kunststoff mit Glasfaserverstärkung) sowie Kohlefaser- und Bor-Verbundwerkstoffe erstmals in der kommerziellen Flugzeugfertigung eingesetzt.
Polymermatrix
Verbundwerkstoffe sind eine Kombination aus zwei oder mehr Elementen. Polymere sind Kunststoffe, die mit Fasermaterialien wie Kohlenstoff oder Glas verstärkt sind. Das wärmehärtbare Polymerharz oder thermoplastische Material ist die Matrix, die für die Verbundstoffe verwendet wird. Nach dem Modellieren lassen sich solche aus duroplastischen Harzen nicht einfach reparieren oder umbauen. Das thermoplastische Material kann nach dem Härten geschmolzen und umgestaltet werden. Dies macht Bauteile aus diesem Material einfacher zu reparieren als Bauteile aus Duroplastharzen.
Glasfaserverstärkter Kunststoff (GFK)
Glasfaserverstärkter Kunststoff (PRFV) ist, wie der Name schon sagt, ein mit Glasfasern verstärkter Kunststoff. 1920 erstmals entwickelt, werden glasfaserverstärkte Kunststoffe bald in der Marine und in der Luftfahrt eingesetzt. Die United States Army übernahm ihren Einsatz, um ein stärkeres und leichteres Militärflugzeug zu entwickeln. Nach Angaben des Oak Ridge National Laboratory aus dem Jahr 1945 wurden mehr als 3.000 Tonnen dieses Materials für militärische Zwecke eingesetzt. Die Glasfaserkomponenten werden in die für den Bau des Flugzeugs erforderlichen Formen geformt. Die Fasern sind in einer Kunststoffharzmatrix fixiert. Polyester- oder Vinylesterharze werden im Allgemeinen als Matrixmaterial verwendet, jedoch ersetzen thermoplastische Materialien die älteren Matrizentypen, da sie sicherer und einfacher zu verarbeiten sind.
Kohlefaserverbundwerkstoffe
Der Anstieg der Ölkosten hat die Flugzeughersteller gezwungen, der Gewichtsreduzierung und der Herstellung effizienterer Flugzeuge mehr Gewicht zu verleihen.Ein Weg, um dieses Ziel zu erreichen, ist die Verwendung von Kohlefaserverbundwerkstoffen bei der Herstellung dieser Flugzeuge. Verkehrsflugzeuge wie der Boeing 787 Dreamliner arbeiten aufgrund dieser Materialien wesentlich effizienter und mit niedrigeren Treibstoffkosten. Kohlefaserverbundstoffe werden auch häufig beim Bau von Militärflugzeugen eingesetzt. Da es sich um leichte und widerstandsfähige Materialien handelt, werden Kohlefasern häufig auf Steuerflächen wie Querruder und Rotoren eingesetzt. Sie sind haltbarer und korrosionsbeständiger als Metallteile. Kohlefaserverbundstoffe werden häufig in Flugzeugkomponenten wie der F-18 und der V-22 Osprey Convertiplane eingesetzt.
Aramidfaser-Verbundstoffe
Aramidfaser-Verbundwerkstoffe sind in einigen der größten Flugzeuge der Welt zu finden. Aromatische Polyamide sind Polymerfasern mit entlang der Faserachse orientierten Molekülen. Aufgrund der chemischen Bindung zwischen den Molekülen wird das resultierende Material dadurch extrem stark und leicht. Die Fasern werden durch Zentrifugieren des Polymers aus einer flüssigen Lösung hergestellt. Einige der kommerziell bekannten Aramidfaserverbundstoffe sind Kevlar und Nomex. Diese Materialien sind extrem fest, isolierend und korrosionsbeständig. Diese Eigenschaften machen sie für die Herstellung von Flugzeugstrukturelementen geeignet. Große Passagierflugzeuge wie der Airbus A380 werden aus Polyamidmaterialien hergestellt. Das Ergebnis ist eine leichte Konstruktion mit geringem Kraftstoffverbrauch, ohne die strukturelle Integrität aufzugeben.
