Versteckte Schäden im Carbon beheben

7. August 2023

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von der Newcastle University in Singapur

Ein Forscherteam aus Singapur und dem Vereinigten Königreich unter der Leitung von Dr. Wei Liang Lai und dem außerordentlichen Professor Kheng Lim Goh als Betreuer hat ein tragbares Gerät zur Reparatur schwer erkennbarer Schäden an Kohlefasermaterialien entwickelt. Das Gerät hat großes Potenzial für die Luft- und Raumfahrtindustrie, beispielsweise für die Reparatur des Rumpfes von Verkehrsflugzeugen. Ihre Arbeit wurde in der Zeitschrift Polymers for Advanced Technologies veröffentlicht.

Ein neues Handgerät wurde entwickelt, um nahezu unsichtbare Schäden an Materialien aus Kohlefaser und Epoxidharz zu beheben. Die Forscher testeten dieses Gerät an Materialien mit unterschiedlicher Anzahl von Schichten, 16 und 24, und testeten drei Arten von Klebstoffen: normales Epoxidharz, Epoxidharz gemischt mit speziellen Partikeln namens Halloysit-Nanoröhren (E1HNT) und Epoxidharz gemischt mit Kohlenstoff-Nanoröhrchen (NF100, auch bekannt). wie „NanoForce E100“ von Nano-Tech SPA. Sie nutzten Infrarot-Technologie und Kompressionstests, um zu sehen, wie gut die Reparaturen funktionierten.

Leider waren alle beschädigten Materialien viel schwächer als unbeschädigte. Die Forscher fanden heraus, dass die Anzahl der Schichten im Material der wichtigste Faktor dafür war, wie gut die Reparatur funktionierte. Bei dem 16-schichtigen Material funktionierte die Verwendung von normalem Epoxidharz oder E1HNT im Vakuum am besten zur Wiederherstellung seiner Dehneigenschaften, während die Verwendung von E1HNT-Klebstoff bei normalem Atmosphärendruck am besten zur Reparatur seiner Brüche geeignet war.

Bei dem 24-lagigen Material konnte die ursprüngliche Festigkeit jedoch durch die Reparaturen nicht vollständig wiederhergestellt werden, da der Schaden komplizierter war. Die Forscher diskutierten, welche Reparaturmethoden am effektivsten sind, um bestimmte Eigenschaften der Materialien wiederherzustellen.

Vor dieser Studie hatten die Forscher die Eigenschaften verschiedener Harzarten untersucht, um herauszufinden, welche sich am besten für die Reparatur beschädigter Verbundwerkstoffe eignen. Sie betrachteten Halloysit-Nanoröhren (HNT) und Kohlenstoff-Nanoröhren (CNT), die in Klebstoffe eingemischt werden können, um diese besser für die Fixierung beschädigter Materialien zu verbessern. Sie mussten jedoch überprüfen, wie gut diese Partikel-Klebstoff-Mischungen funktionieren, und dabei Faktoren wie die Art ihrer Herstellung, die Auswirkungen der verwendeten Partikeltypen und die Menge der zugesetzten Partikel berücksichtigen.

Sie untersuchten zwei im Handel erhältliche Klebstoffe, Epo-Tek 301 und NanoForce E100, und stellten außerdem Mischungen aus Epo-Tek 301 mit unterschiedlichen Mengen an HNTs und Epo-Tek 301 mit behandelten und unbehandelten CNTs her.

Sie untersuchten verschiedene Eigenschaften dieser Klebstoffe, darunter ihre Festigkeit (mit einem speziellen mikromechanischen Tester, der gemeinsam von Forschern von Sensorcraft Technology (S) Pte Ltd und der Newcastle University in Singapur entwickelt wurde), wie gut sie an Dingen haften und welche physikalischen Eigenschaften sie haben ihre Ausbreitung, ihre Fähigkeit, mit Hitze umzugehen und ihre chemischen Eigenschaften.

Die Ergebnisse zeigten, dass die Zugabe von 1 % HNTs zu Epo-Tek 301 seine Eigenschaften nicht wesentlich veränderte, die Verwendung von mehr HNTs jedoch den Klebstoff schwächer machte und sein Verhalten bei Hitzeeinwirkung veränderte. Andererseits hat der Zusatz von CNTs den Klebstoff hinsichtlich seiner Eigenschaften nicht verbessert. Tatsächlich wurden die Klebstoffe mit CNTs dicker und eignen sich möglicherweise nicht mehr gut für die Reparatur von Verbundwerkstoffen, da sie möglicherweise nicht so leicht in die beschädigten Bereiche eindringen.

Bei der Auswahl eines Klebstoffs zur Reparatur beschädigter Verbundwerkstoffe ist es daher wichtig, alle diese Faktoren mit Bedacht zu wählen.

Mehr Informationen: WL Lai et al., In-situ-Harzinjektionsansatz zur Reparatur kaum sichtbarer, durch Stöße beschädigter kohlenstofffaserverstärkter Epoxidlaminate: Optimierung der Reparaturparameter mithilfe der Taguchi-Methode, Polymer Composites (2023). DOI: 10.1002/pc.27327

Wei Liang Lai et al., Experimentelle Bewertung der mechanischen, physikalischen, thermischen und chemischen Eigenschaften von mit Halloysit und Kohlenstoffnanopartikeln verstärkten Epoxidharzen für Reparaturanwendungen, Polymers for Advanced Technologies (2023). DOI: 10.1002/pat.6150

Zur Verfügung gestellt von der Newcastle University in Singapur