Projektkoordinator @ CEST: Andreas Laskos

Abstrakt:

Aufgrund des prognostizierten wachsenden Luftverkehrs in den kommenden Jahrzehnten steht die Luftfahrtbranche vor der Herausforderung einer zunehmenden Umweltbelastung. Leichtbau ist ein starker Hebel, um den Treibstoffverbrauch und damit auch die Emissionen des Luftverkehrs zu senken. Hochleistungsverbundwerkstoffe und Verbundbeschichtungen sind dank ihrer günstigen Kombination aus mechanischen Eigenschaften und geringem Gewicht eine Schlüsseltechnologie, um diese Ziele zu erreichen. Darüber hinaus bieten erneuerbare Materialien wie biobasierte Fasern und Harzsysteme potenzielle Umweltvorteile. Heutzutage sind technische Lösungen für Flugzeugzellen aufgrund der vielen günstigen Eigenschaften, wie hohe mechanische Festigkeit, leichte Recyclingfähigkeit und Verformbarkeit, immer noch stark von Metallen (meist Aluminium- und Titanlegierungen) abhängig. Ein großer Nachteil von Metallen ist jedoch ihre allgemein geringe Korrosionsbeständigkeit, die eine häufige Wartung der Komponenten erfordert, was zeit- und kostenaufwendig ist und bei sicherheitskritischen Systemen Sicherheitsbedenken aufwirft. Zusätzlich zu negativen wirtschaftlichen und gesellschaftlichen Aspekten verursacht die Korrosion von Metallsystemen und Komponenten für die Mobilität erhebliche Auswirkungen auf die Umwelt, die sich in der übermäßigen Ausbeutung wertvoller, aber begrenzter Rohstoffe niederschlagen. Darüber hinaus haben Korrosionsschutzsysteme nach dem Stand der Technik nur begrenzte Auswirkungen auf den Korrosionsschutz und/oder verwenden toxische Inhaltsstoffe (z.B. CrVI) mit nachteiligen Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit und die Umwelt. Ziel des SMART-Projekts ist es daher, einen Proof-of-Concept (PoC) für umweltfreundliche, kostengünstige, selbstheilende Verbundbeschichtungen zum Korrosionsschutz von Flugzeugzellen zu entwickeln. Das vorgeschlagene Beschichtungssystem wird auf biologisch abbaubaren Naturprodukten (Zellulose-Nanofasern und umweltfreundlichen Korrosionsinhibitoren) basieren, die eine längere Nutzungsdauer, einen geringeren Energie- und Ressourcenbedarf aufgrund der Selbstheilungsfähigkeit aufweisen, leichter sind und im Vergleich zu modernen Korrosionsschutzsystemen eine bessere Wiederverwendung und Recyclingfähigkeit ermöglichen. Zellulosefasern haben ein geringes Gewicht, einen geringen Abrieb, sind billig und erneuerbar und daher ein ausgezeichneter Kandidat für umweltfreundliche Verbundbeschichtungen für die Luftfahrtindustrie. Ein Nachteil von Zellulose-Nanofasern für Kompositbeschichtungen ist ihr hydrophiler Charakter, der sie mit hydrophoben Polymermatrizen unverträglich macht. Daher werden im SMART-Projekt verschiedene Vorbehandlungsverfahren der Cellulose-Nanofasern getestet, um die Grenzflächenhaftung zwischen den Fasern und der Epoxidmatrix zu verbessern. Die Korrosionsinhibitoren werden physikalisch oder chemisch an Zellulose-Nanofasern adsorbiert, in ein Epoxidharz eingebettet und anschließend auf die vorbehandelte Aluminiumlegierung aufgetragen. Die Vorbehandlung des Substrats ist notwendig, um eine gute Haftung und damit ein optimales Korrosionsschutzvermögen der SMART-Beschichtungen zu gewährleisten. Ein weiteres wichtiges Ziel des SMART-Projekts wird es sein, den Auslöse-/Freisetzungsmechanismus des umweltfreundlichen Korrosionsinhibitors und den Korrosionsschutzmechanismus der entwickelten SMART-Beschichtungen zu verstehen. Dazu werden In-situ elektrochemische Messtechniken (z.B. Ionenmikrosonde, Scanning Vibrating Electrode Technique und Scanning Kelvin Probe), klassische elektrochemische Messungen und analytische Techniken eingesetzt werden.