Direktintegration von Kautschuk steigert die Attraktivität von CFK

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Im Bereich der Automobil- und Luftfahrtindustrie ist die Beschädigung durch Einschlag größerer Partikel relevant, bei Rotorblättern für Windenergieanlagen wird unter anderem an Lösungen zum Schutz gegen Sand- und Regenerosion gearbeitet. Einschläge – egal in welcher Dimension – verursachen abhängig von der eingebrachten Energie massive Schäden an CFK-Bauteilen. Folgen sind zum Beispiel eine Verringerung der Bauteilstabilität und eine Beeinträchtigung der Aerodynamik. Einschläge können bis zum Totalversagen der Teile führen.

Trotz Integration von Gummi bleibt Lackierbarkeit erthalten

Durch die Integration von Gummi kann eine deutlich höhere Impact-Energie schadlos überstanden werden. Erste Versuche zeigten einen Anstieg um den Faktor 5, ehe Beschädigungen sichtbar wurden. Die besten Ergebnisse lieferte dabei eine alternierende Kombination aus harten CFK-Schichten und weichen Gummifolien. Dabei wird von einer dünnen CFK-Deckschicht, die noch mäßig flexibel ist, die Energie auf eine Elastomerschicht übertragen. Diese weiche Schicht verteilt und dämpft die Energie soweit, dass die darunter liegende Struktur erst bei deutlich höheren Energien geschädigt wird.

Das erfordert im ersten Schritt zwar zusätzliche Schichten, aber aufgrund der niedrigeren Dichte von Gummi (etwa 1,0 g/cm³) im Vergleich zu CFK (rund 1,5 g/cm³) und der geringeren notwendigen Sicherheitsreserven ist dieser Aufbau eine interessante Alternative zum monolithischen Aufbau, bei der sowohl Optik als auch Lackierbarkeit erhalten bleiben.

Gewebeverstärkte Elastomerschicht verbessert das Crashverhalten

Außerdem ist die Verstärkung von Elastomeren mit einem Hochleistungsgewebe zum Beispiel aus Aramid oder Vectran (aromatisches Polyester, Hersteller Kuraray Co., Ltd., Tokio) möglich. Bei Integration einer faserverstärkten Elastomerschicht in CFK-Bauteile kann eine weitere Problematik angegangen werden: das schlechte Crash- und Splitterverhalten. Im Falle einer Kollision brechen CFK-Bauteile und bersten zu sehr vielen kleinen und kleinsten Splittern.

In Sachen Insassen- und Passantenschutz ist das ein höchst unerwünschtes Verhalten. Die gewebeverstärkte Elastomerschicht ist extrem reißfest, hält aufgrund der exzellenten Haftung das Bauteil zusammen und vermindert somit signifikant die Splitterentwicklung. Gummierte Hochleistungsgewebe tragen daher zur Stabilisierung und Fixierung der Carbonfasern bei, halten die eingebetteten Fasern dennoch flexibel und verhindern so ein totales Bauteilversagen (Bild 1).

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