Innovative Materialkonzepte für die Luftfahrtindustrie

Auf der Paris Air Show in Paris-Le Bourget vom 16. bis 23. Juni 2013 präsentiert das Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e. V. (IPF) Forschungsergebnisse aus den Bereichen Leichtbau und Oberflächenbeschichtung.

Erstmals vorgestellt werden eismindernde Oberflächenbeschichtungen, die im Rahmen eines BMBF-Verbundprojektes mit Partnern aus Forschung und Industrie entwickelt wurden. In ihnen werden zwei aus Natur und Technik bekannte Effekte nachgebildet, um Bildung, Wachstum und Anhaftung von Eiskristallen auf technischen Oberflächen zu verhindern bzw. zu verringern.

Zum einen wird mittels der Verankerung von wasserlöslichen Polymeren mit speziellen funktionellen Gruppen der Tausalzeffekt, d.h. die Absenkung des Gefrierpunkts durch eine erhöhte Zahl von gelösten Teilchen in einer Flüssigkeit, dauerhaft auf metallischen und Kunststoffoberflächen erzeugt.

Darüber hinaus wurde die Wirkung von Anti-Freeze-Proteinen, die Fische in arktischen Gewässern überleben lassen, biomimetisch nachgestaltet: Wie deren Haut durch die Proteine wurden Materialoberflächen durch Selbstanordnungseffekte spezifisch synthetisierter Blockcopolymere sowie Strukturierungsverfahren in klar getrennte hydrophile und hydrophobe (benetzende bzw. wasserabweisende) Bereiche strukturiert, wodurch Wachstum großer Kristalle und damit Eisanhaftung überhaupt unterdrückt werden.

In ersten Funktionstests der mechanisch äußerst stabilen Beschichtungen in speziell entwickelten Messverfahren konnte für Kupferplatten bereits nachgewiesen werden, dass sich die Reifschichtdicke dank der Polymerbeschichtung um rund 70 % gegenüber unbeschichteten Platten verringert. Für technische Anwendungen verspricht dies ein enormes Einsparpotenzial. Im Luftfahrtsektor könnte sich der Aufwand für die Enteisung von Flugzeugen erheblich reduzieren – für einen Airbus A 380 liegen die Kosten dafür derzeit bei fast 20.000 EUR (Quelle: EFM Flughafen München).

Im Bereich von Kühlanlagen könnte eine Energieeinsparung von rund 15 % (d.h. 10.000 GWh bezogen auf den Gestamtverbrauch für solche Anlagen in Deutschland) erzielt werden, und bis zu 20 % Materialeinsparung sind möglich, wenn Kühlrippen aufgrund der verringerten Reifschicht-dicken kleiner dimensioniert werden können.

Von hohem Interesse für die Luftfahrtindustrie sind auch bereits zur JEC Composites Show im März in Paris vorgestellte Innovationen aus dem IPF auf dem Gebiet faserverstärkter Kunststoffe. (www.idw-online.de/de/news522987 sowie idw-online.de/de/news524177) Mit ihnen kann das Leichtbaupotenzial dieser Werkstoffklasse weiter ausgeschöpft werden. Es werden mit angepassten Softwarelösungen die Herstellungsverfahren optimiert, und über das Konzept der Multifunktionalität von Materialien werden u.a. sensorische Funktionen und eine Echtzeit-Strukturüberwachung in Bauteile integriert.

Fachliche Ansprechpartner

Eismindernde Oberflächenbeschichtungen:
Dr. Petra Uhlmann
uhlmannp@ipfdd.de
0351 4658-236

Faserverbundwerkstoffe:
Prof. Dr. Edith Mäder
emaeder@ipfdd.de
0351 4658-305