Weiterentwicklung einer funktionsintegrativen ressourcenschonenden Leichtbaustruktur für die Luftfahrt (InteReSt-II); Teilvorhaben: NFK-Verbund- und Beschichtungsmaterialauswahl, Prüfung und Bewertung der technischen Tauglichkeit eines repräsentativen Bauteils hinsichtlich Luftfahrtumgebungsbedingungen; Kurztitel: InteReSt-II

Abstract

Die Forschungsarbeiten konzentrieren sich auf die Substitution von gängigen Luftfahrtwerkstoffen, wie CFK und GFK, durch neuartige hybride Naturfaserverbunde (NFK) mit biogenem Massenanteil von mehr als 50 %. Im Rahmen des Verbundvorhabens dient repräsentativ eine Hubschrauber-Kabinentür zur Demonstration und zur Evaluierung des Technologiekonzepts. In der Materialauswahl wurde das Flachsfaser-Grundmaterial und biobasierte Beschichtungen identifiziert. Strukturmech. Untersuchungen wurden an den optimierten hybriden Kabinentüren sowie auf Couponebene zu Luftfahrt-Umwelteinflüssen hins. Auslagerung bei Temperatur und Feuchte durchgeführt. Blitzschlagversuche mit leitfähigen Materialien und Beschichtung, Funktionstests der Kabinentür und eine technische Bewertung der Tauglichkeit hinsichtlich Luftfahrt-Umwelt-Einflüsse wurden durchgeführt. Mit geeigneter Materialauswahl und Herstellungsprozessen von uni- und bidirektionalen Flachsfasern mit Bio-Epoxidharz konnten die Festigkeiten deutlich gesteigert werden. Zwei Wochen Auslagerung bei Temperatur und Feuchte resultierten in einer Massenzunahme von 6 - 11 % und einer Reduktion des E-Moduls parallel zu den Fasern. Schützende Beschichtungen konnten die Absorptionsrate und Massenzunahme um bis zu zwei Drittel reduzieren. Die geringe elektr. Leitfähigkeit der Flachsfasern erfordert einen starken und somit schweren Blitzschutz. Die optimierte Kabinentür mit 41 % Bioanteil zeigt eine vergleichbare strukturmechanische Performanz zur originalen Referenztür aus Kohlefasern. Mit optimierten Fertigungsprozessen und biobasierten Klebstoffen sind Bioanteile von über 50 % der reinen Türstruktur möglich. Die geringe elektrische Leitfähigkeit der Flachsfasern ermöglicht funkwellentransparente Strukturen für z.B. Radome. Die biobasierten Beschichtungen zeigen Schutzwirkung bei Luftfahrt-Umwelteinflüssen wie UV-Strahlung, mikrobiellem Wachstum und Luftfahrtflüssigkeiten und weisen keinen Nachteil gegenüber fossilen Systemen auf. Datei-Upload durch TIB The research work focuses on the substitution of common aerospace materials, such as CFRP and GFRP, with innovative hybrid natural fiber-reinforced polymers (NFRP) with a biogenic mass fraction of more than 50 %. As part of the joint project, a representative helicopter cabin door is being used to demonstrate and evaluate the technology concept. The flax fiber base material and bio-based coatings were identified in the material selection. Structural-mechanical tests were carried out on the optimized hybrid cabin doors and at coupon level on aviation environmental influences with regard to aging at temperature and humidity. Lightning strike tests with conductive materials and coating, functional tests of the cabin door and a technical assessment of suitability with regard to aviation environmental influences were conducted. With suitable material selection and manufacturing processes of uni- and bidirectional flax fibers with bio-epoxy resin, the strengths could be significantly increased. Two weeks of aging at temperature and humidity resulted in an increase in mass of 6 - 11 % and a reduction in the modulus of elasticity parallel to the fibers. Protective coatings were able to reduce the absorption rate and mass increase by up to two thirds. The low electrical conductivity of the flax fibers requires strong and therefore heavy lightning protection. The optimized cabin door with 41% organic content shows a comparable structural-mechanical performance to the original reference door made of carbon fiber composites. With optimized production processes and bio-based adhesives, a bio-content of over 50% of the door structure is possible. The low electrical conductivity of the flax fibers enables radio wave-transparent structures for radomes. The bio-based coatings have a protective effect against aviation environmental influences such as UV radiation, microbial growth and aviation fluids and have no disadvantages compared to fossil-based systems.