Neue Feuchtigkeitsstudie bringt Erkenntnisse über Werkstoffe

Je weiter die wissenschaftliche Forschung in das Unbekannte vordringt, desto besser müssen die Leistungskennwerte moderner Werkstoffe bekannt sein, damit eine Vielzahl von schwierigen und extremen Betriebsbedingungen beherrschbar wird. Exakte Kenntnisse über das Materialverhalten erhalten daher große Bedeutung für die Materialforschung.

Kohlefaserverstärkte Kunststoffe (KFVKs) werden häufig zur Herstellung von Komponenten herangezogen, die in der Luft- und Raumfahrttechnik verwendet werden. KFVKs sind leicht und beständig und besitzen damit zwei Eigenschaften, die in diesem Industriezweig von größter Bedeutung sind. Ein entscheidender Aspekt ist das richtige Verständnis für die Beeinflussung der Materialeigenschaften durch feuchtigkeitsabhängige Expansion und Kontraktion. Ein solches umfassendes Verständnis gibt es jedoch ebenso wenig wie eine vollständige Standardisierung der Kennwerte.

Um dieser Unzulänglichkeit abzuhelfen, hat sich eine europäische Forschungseinrichtung an eine wissenschaftliche Untersuchung der Frage begeben, ob und in welchem Umfang sich feuchtigkeitsbedingte Längenänderungen nachteilig auf das Betriebsverhalten von Bauteilen aus kohlefaserverstärkten Kunststoffen auswirken. Da die Maßhaltigkeit und andere Leistungskenngrößen durch Feuchtigkeit in Polymermatrizen beeinflusst werden, muss das Ausmaß dieser Einflüsse möglichst gut bekannt sein. Um dies zu erreichen, wurden neue Produktionsverfahren und Testeinrichtungen zur Ermittlung des Einflusses von Feuchtigkeit auf das Materialverhalten geschaffen.

Die Testanlage ermöglicht die Messung der Feuchtigkeitsdesorption mit einer Auflösung von 0,1 Mikrometern und liefert so exakte Details zu den auftretenden Längenänderungen. Ebenfalls möglich sind biaxiale Messungen sowie eine Konfiguration der Anlage zur Messung von komplexen Strukturen wie z.B. Rohrleitungen. Zur Erforschung von Hydrationseigenschaften auf molekularer Ebene wurden mehrere weitere Messverfahren angewandt, darunter die Kernspinresonanz-Spektroskopie und die nicht invasive Magnetresonanzmessung. Neben diesen Ergebnissen lieferte die Studie auch abgeleitete Erkenntnisse zu den physikalisch-chemischen Eigenschaften einer Vielzahl von KFVK-Typen, die ausschlaggebend für charakteristische Defekte und Leistungskenngrößen wie etwa die Affinität zur Wasseraufnahme sind.

Studien zur KFVK-Hydration und Dehydration verheißen Fortschritte nicht nur für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrttechnik, sondern auch für viele andere Fälle, in denen Faserverbundwerkstoffe eine entscheidende Rolle spielen. Die Automobiltechnik und die Medizin sind nur zwei Beispiele für Disziplinen, die ebenfalls von dieser Forschungsarbeit profitieren könnten. Gegenwärtig sind die Entwickler auf der Suche nach weiterer Unterstützung für ihre Forschungsarbeit, bieten aber auch Beratung zu ihren bisher gefundenen Ergebnissen an.

Kontakt:

Anneliese Poenninger
Austrian Research Centers Sieberdorf
Breich Werkstofftechnik
Project manager
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