Elektrische Leitfähigkeit von Flugzeugstrukturen

Elektrische Leitfähigkeit von
Flugzeugstrukturen
Steigerung der elektrischen Leitfähigkeit von
schlagzähigkeitsmodifizierten Faserverbundwerkstoffen
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www.iwk.hsr.ch
Ausgangslage
Im Flugzeugbau findet ein Wechsel der
eingesetzten Materialien von Metallen
zu Faserverbundwerkstoffen aus Kohlenstofffasern statt. Letztere haben im Vergleich zu Metallen eine hohe Festigkeit
und Steifigkeit bei geringem Gewicht. Ein
gravierender Nachteil ist jedoch die geringe elektrische Leitfähigkeit dieser Materialien. Dies macht sich vor allem bei einem
Blitzschlag bemerkbar (Bild 1). Der Strom
fliesst dabei durch die leitenden Kohlenstofffasern und bei Bauteilfugen kann es
zu einem Funkenschlag kommen; dem
sogenannten Edge-Glow-Effekt.
Ziele
Im KTI-Projekt Vantex 2 konnte aufgezeigt werden, dass durch die Zugabe eines Thermoplasten in die interlaminare
Schicht die Schlagzähigkeit der Faserverbundwerkstoffe gesteigert werden kann.
Allerdings wirkt dieses PA12 als Isolator,
was mit einem Abfall der elektrischen
Leitfähigkeit erkauft wird (Bild 2). Im Rahmen des von der Werner Steiger Stiftung
geförderten Projekts soll durch die Integration von leitfähigen Additiven in den
Thermoplasten die Auswirkungen auf
die elektrische Leitfähigkeit der Faserverbundwerkstoffe untersucht werden.
Lösungsweg
Graphit, Graphen und Carbon Nanotubes
wurden aufgrund ihrer hohen elektrischen
Leitfähigkeit als Additive ausgewählt, zusammen mit PA12 in unterschiedlichen
Mengenverhältnissen zu Granulat verarbeitet und im Anschluss zu Pulver vermahlen. Damit sich die elektrische Leitfähigkeit der Faserverbundwerkstoffe steigern
lässt, wird das Pulver in unterschiedlichen
Flächengewichten zwischen die einzelnen Faserlagen gestreut und danach in
einem Infusionsprozess verarbeitet. Die
Steigerung der Leitfähigkeit lässt sich mit
einem geeigneten Prüfstand (Bild 3) in
der Dickenrichtung sowie auf der Oberfläche bestimmen. Zusätzlich wird die
Auswirkung der Additive auf die Schlagzähigkeit untersucht und mit früheren
Untersuchungen verglichen.
Abb. 1: Beschädigter Flugzeugrumpf nach Blitzschlag
Abb. 2: Vergleich nichtleitende vs. leitfähige
Composites Abb. 3: Messgerät elektrischer Widerstand
Kontakt
Marcus Arnold, MSc ETH Masch.-Ing.
Wissenschaftlicher Mitarbeiter
T +41 (0)55 222 47 73
[email protected]