Faserformen
Alle Produktformen beginnen im Allgemeinen mit gespulten unidirektionalen Rohfasern, die als Endlosstränge verpackt sind. Eine einzelne Faser wird Filament genannt. Das Wort Strang wird auch zur Bezeichnung einer einzelnen Glasfaser verwendet. Bündel von Filamenten werden als Kabel, Garne oder Rovings identifiziert. Glasfasergarne werden gezwirnt, Kevlar®-Garne hingegen nicht. Kabel und Rovings haben keinen Drall. Die meisten Fasern sind als Trockenfaser erhältlich, die vor der Verwendung mit einem Harz imprägniert (imprägniert) werden muss, oder als Prepreg-Materialien, bei denen das Harz bereits auf die Faser aufgebracht ist.
Umherziehen
Ein Roving ist eine einzelne Gruppierung von Filament- oder Faserenden, wie z. B. Glasrovings mit 20 oder 60 Enden. Alle Filamente haben die gleiche Richtung und sind nicht verdrillt. Kohlenstoff-Rovings werden normalerweise als 3K-, 6K- oder 12K-Rovings bezeichnet, wobei K 1.000 Filamente bedeutet. Die meisten Anwendungen für Roving-Produkte verwenden Dorne zum Wickeln von Filamenten und anschließendes Aushärten des Harzes zur endgültigen Konfiguration.
Unidirektional (Band)
Unidirektionale Prepreg-Bänder sind seit vielen Jahren der Standard in der Luft- und Raumfahrtindustrie, und die Faser wird typischerweise mit duroplastischen Harzen imprägniert. Das gebräuchlichste Herstellungsverfahren besteht darin, kollimierte rohe (trockene) Stränge in die Imprägniermaschine zu ziehen, wo heiß geschmolzene Harze unter Verwendung von Hitze und Druck mit den Strängen kombiniert werden. Bandprodukte haben eine hohe Festigkeit in Faserrichtung und praktisch keine Festigkeit quer zu den Fasern. Die Fasern werden durch das Harz festgehalten. Tapes haben eine höhere Festigkeit als Gewebe.
Bidirektional (Stoff)
Die meisten Stoffkonstruktionen bieten mehr Flexibilität für das Auflegen komplexer Formen als gerade unidirektionale Bänder. Gewebe bieten die Möglichkeit zur Harzimprägnierung entweder durch Lösung oder im Heißschmelzverfahren. Im Allgemeinen verwenden Gewebe, die für strukturelle Anwendungen verwendet werden, gleiche Fasern oder Stränge mit dem gleichen Gewicht oder Nachgiebigkeit sowohl in der Kettrichtung (Längsrichtung) als auch in der Schußrichtung (Querrichtung). Für Luft- und Raumfahrtstrukturen sind dicht gewebte Stoffe normalerweise die Wahl, um Gewicht zu sparen, die Harzhohlraumgröße zu minimieren und die Faserorientierung während des Herstellungsprozesses beizubehalten.
Gewebte Strukturgewebe werden normalerweise mit Verstärkungskabeln, Strängen oder Garnen konstruiert, die während des Webprozesses mit einer Über-/Unterlage ineinander verhakt werden. Die gebräuchlicheren Stoffarten sind Leinwand- oder Satinbindungen. Die Leinwandbindungskonstruktion ergibt sich aus jeder Faser, die über und dann unter jedem sich schneidenden Strang (Kabel, Bündel oder Garn) abwechselt. Bei den üblichen Satinbindungen, wie beispielsweise 5-Harnisch oder 8-Harnisch, kreuzen die Faserbündel sowohl in Kett- als auch Schussrichtung, wobei sie weniger häufig die Position wechseln.
Diese Satinbindungen haben weniger Kräuselung und sind leichter zu verziehen als eine Leinwandbindung. Bei Stoffen mit Leinwandbindung und den meisten gewebten Stoffen mit 5 oder 8 Harnisch ist die Anzahl der Faserstränge in Kett- und Schussrichtung gleich. Beispielsweise hat 3K-Leinwandbindung oft eine zusätzliche Bezeichnung wie 12 x 12, was bedeutet, dass in jeder Richtung zwölf Kabel pro Zoll vorhanden sind. Diese Zählungsbezeichnung kann variiert werden, um das Stoffgewicht zu erhöhen oder zu verringern oder um verschiedene Fasern mit unterschiedlichem Gewicht aufzunehmen.
Vliesstoff (gestrickt oder genäht). Gestrickte oder genähte Stoffe können viele der mechanischen Vorteile von unidirektionalen Bändern bieten. Die Faserplatzierung kann gerade oder unidirektional sein, ohne die Über-/Unterdrehungen von gewebten Stoffen. Die Fasern werden durch Nähen mit feinen Garnen oder Fäden nach vorgewählten Orientierungen einer oder mehrerer Schichten trockener Lagen an Ort und Stelle gehalten. Diese Arten von Stoffen bieten eine große Auswahl an mehrlagigen Ausrichtungen. Obwohl einige zusätzliche Gewichtsnachteile oder ein Verlust einiger endgültiger Verstärkungsfasereigenschaften auftreten können, kann ein gewisser Gewinn an interlaminaren Scher- und Zähigkeitseigenschaften realisiert werden. Einige gängige Nähgarne sind Polyester, Aramid oder Thermoplaste.
Arten von Fasern
Fiberglas
Fiberglas wird häufig für Sekundärstrukturen in Flugzeugen verwendet, wie z. B. Verkleidungen, Radome und Flügelspitzen. Fiberglas wird auch für Rotorblätter von Hubschraubern verwendet. In der Luftfahrtindustrie werden verschiedene Arten von Glasfasern verwendet. Elektroglas oder E-Glas wird als solches für elektrische Anwendungen bezeichnet. Es hat einen hohen Widerstand gegen Stromfluss. E-Glas wird aus Borosilikatglas hergestellt. S-Glas und S2-Glas kennzeichnen strukturelle Glasfasern, die eine höhere Festigkeit als E-Glas haben. S-Glas wird aus Magnesia-Tonerde-Silikat hergestellt. Vorteile von Glasfaser sind geringere Kosten als andere Verbundmaterialien, chemische oder galvanische Korrosionsbeständigkeit und elektrische Eigenschaften (Glasfaser leitet keinen Strom). Fiberglas hat eine weiße Farbe und ist als Trockenfasergewebe oder Prepreg-Material erhältlich.
Kevlar
Kevlar® ist der Name von DuPont für Aramidfasern. Aramidfasern sind leicht, stark und zäh. In der Luftfahrtindustrie werden zwei Arten von Aramidfasern verwendet. Kevlar® 49 hat eine hohe Steifigkeit und Kevlar® 29 hat eine geringe Steifigkeit. Ein Vorteil von Aramidfasern ist ihre hohe Schlagfestigkeit, weshalb sie häufig in Bereichen eingesetzt werden, die anfällig für Schlagschäden sind. Der Hauptnachteil von Aramidfasern ist ihre allgemeine Schwäche bei Kompression und Hygroskopie. Serviceberichte haben gezeigt, dass einige Teile aus Kevlar® bis zu 8 Prozent ihres Gewichts an Wasser absorbieren. Daher müssen aus Aramidfasern hergestellte Teile vor der Umwelt geschützt werden. Ein weiterer Nachteil ist, dass Kevlar® schwer zu bohren und zu schneiden ist. Die Fasern fusseln leicht und zum Schneiden des Materials wird eine spezielle Schere benötigt. Kevlar® wird häufig für militärische Ballistik- und Körperschutzanwendungen verwendet. Es hat eine natürliche gelbe Farbe und ist als Trockengewebe und Prepreg-Material erhältlich. Bündel aus Aramidfasern werden nicht nach der Anzahl der Fasern wie Kohlenstoff oder Glasfaser bemessen, sondern nach dem Gewicht.
Kohlenstoff/Graphit
Eine der ersten Unterscheidungen zwischen Fasern ist die Unterscheidung zwischen Kohlenstoff- und Graphitfasern, obwohl die Begriffe häufig synonym verwendet werden. Kohlenstoff- und Graphitfasern basieren auf Graphen- (sechseckigen) Schichtnetzwerken, die in Kohlenstoff vorhanden sind. Wenn die Graphenschichten oder -ebenen in dreidimensionaler Reihenfolge gestapelt sind, wird das Material als Graphit definiert. Normalerweise ist eine längere Verarbeitungszeit und -temperatur erforderlich, um diese Ordnung zu bilden, wodurch Graphitfasern teurer werden. Die Bindung zwischen den Ebenen ist schwach. Häufig tritt Unordnung auf, so dass nur eine zweidimensionale Ordnung innerhalb der Schichten vorhanden ist. Dieses Material wird als Kohlenstoff definiert.
Kohlefasern sind sehr steif und stark, 3 bis 10 mal steifer als Glasfasern. Kohlefaser wird für strukturelle Flugzeuganwendungen wie Bodenbalken, Stabilisatoren, Flugsteuerungen und primäre Rumpf- und Flügelstrukturen verwendet. Zu den Vorteilen gehören seine hohe Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit. Zu den Nachteilen gehören eine geringere Leitfähigkeit als bei Aluminium; Daher ist ein Blitzschutzgewebe oder eine Beschichtung für Flugzeugteile erforderlich, die anfällig für Blitzeinschläge sind. Ein weiterer Nachteil von Kohlefaser sind die hohen Kosten. Kohlefaser hat eine graue oder schwarze Farbe und ist als Trockengewebe und Prepreg-Material erhältlich. Kohlenstofffasern haben ein hohes Potenzial, galvanische Korrosion zu verursachen, wenn sie mit metallischen Befestigungselementen und Strukturen verwendet werden.
Bor
Borfasern sind sehr steif und haben eine hohe Zug- und Druckfestigkeit. Die Fasern haben einen relativ großen Durchmesser und biegen sich nicht gut; daher sind sie nur als Prepreg-Tape-Produkt erhältlich. Bei der Borfaser wird häufig eine Epoxidmatrix verwendet. Borfasern werden verwendet, um gerissene Aluminium-Flugzeughaut zu reparieren, da die Wärmeausdehnung von Bor ähnlich der von Aluminium ist und kein Potenzial für galvanische Korrosion besteht. Die Borfaser ist schwierig zu verwenden, wenn die Oberfläche des Ausgangsmaterials eine konturierte Form hat. Die Borfasern sind sehr teuer und können für das Personal gefährlich sein. Borfasern werden hauptsächlich in militärischen Luftfahrtanwendungen verwendet.
Keramische Fasern
Keramische Fasern werden für Hochtemperaturanwendungen wie beispielsweise Turbinenschaufeln in einem Gasturbinentriebwerk verwendet. Die Keramikfasern können bis zu Temperaturen von 2.200 °F verwendet werden.
Blitzschutzfasern
Ein Flugzeug aus Aluminium ist ziemlich leitfähig und kann die hohen Ströme, die durch einen Blitzeinschlag entstehen, ableiten. Kohlefasern sind 1.000-mal widerstandsfähiger als Aluminium gegenüber Stromfluss, und Epoxidharz ist 1.000.000-mal widerstandsfähiger (dh senkrecht zur Haut). Die Oberfläche eines externen Verbundbauteils besteht häufig aus einer Lage oder Schicht aus leitfähigem Material für den Blitzschutz, da Verbundmaterialien weniger leitfähig sind als Aluminium. Es werden viele verschiedene Arten von leitfähigen Materialien verwendet, die von nickelbeschichtetem Graphitgewebe über Metallgewebe bis hin zu aluminisiertem Fiberglas und leitfähigen Farben reichen. Die Materialien sind für Wet Layup und als Prepreg erhältlich.
Zusätzlich zu einer normalen strukturellen Reparatur muss der Techniker auch die für das Teil vorgesehene elektrische Leitfähigkeit wiederherstellen. Diese Arten von Reparaturen erfordern im Allgemeinen einen Leitfähigkeitstest, der mit einem Ohmmeter durchgeführt wird, um den minimalen elektrischen Widerstand über die Struktur zu überprüfen. Bei der Reparatur dieser Art von Strukturen ist es äußerst wichtig, nur die zugelassenen Materialien von autorisierten Anbietern zu verwenden, einschließlich solcher Artikel wie Vergussmassen, Dichtungsmittel, Klebstoffe und so weiter.
Matrixmaterialien
Duroplaste
Harz ist ein allgemeiner Begriff, der verwendet wird, um das Polymer zu bezeichnen. Das Harz, seine chemische Zusammensetzung und seine physikalischen Eigenschaften beeinflussen grundlegend die Verarbeitung, Herstellung und endgültigen Eigenschaften eines Verbundmaterials. Duroplaste sind die vielfältigsten und am weitesten verbreiteten aller künstlichen Materialien. Sie lassen sich leicht gießen oder in jede Form bringen, sind mit den meisten anderen Materialien kompatibel und härten leicht (durch Hitze oder Katalysator) zu einem unlöslichen Feststoff aus. Duroplaste sind auch ausgezeichnete Klebstoffe und Bindemittel.
Polyesterharze
Polyesterharze sind relativ kostengünstige, schnell zu verarbeitende Harze, die im Allgemeinen für kostengünstige Anwendungen verwendet werden. Für Innenteile des Flugzeugs werden wenig raucherzeugende Polyesterharze verwendet. Faserverstärkte Polyester können nach vielen Verfahren verarbeitet werden. Zu den gängigen Verarbeitungsverfahren gehören Matched-Metal-Moulding, Nasslaminieren, Pressformen (Vakuumbeutel), Spritzgießen, Filamentwickeln, Pultrusion und Autoklavieren.
Vinylesterharz
Das Aussehen, die Handhabungseigenschaften und die Härtungseigenschaften von Vinylesterharzen sind die gleichen wie bei herkömmlichen Polyesterharzen. Die Korrosionsbeständigkeit und die mechanischen Eigenschaften von Vinylester-Verbundstoffen sind jedoch gegenüber Standard-Polyesterharz-Verbundstoffen stark verbessert.
Phenolharz
Phenol-Formaldehyd-Harze wurden erstmals in den frühen 1900er Jahren kommerziell zur Verwendung auf dem kommerziellen Markt hergestellt. Harnstoff-Formaldehyd und Melamin-Formaldehyd erschienen in den 1920–1930er Jahren als kostengünstigere Alternative für den Einsatz bei niedrigeren Temperaturen. Phenolharze werden aufgrund ihrer geringen Rauch- und Entflammbarkeitseigenschaften für Innenbauteile verwendet.
Epoxid
Epoxide sind polymerisierbare duroplastische Harze und in einer Vielzahl von Viskositäten von flüssig bis fest erhältlich. Es gibt viele verschiedene Arten von Epoxid, und der Techniker sollte das Wartungshandbuch verwenden, um den richtigen Typ für eine bestimmte Reparatur auszuwählen. Epoxide werden häufig in Harzen für Prepreg-Materialien und Strukturklebstoffe verwendet. Die Vorteile von Epoxiden sind hohe Festigkeit und hoher Modul, niedrige Gehalte an flüchtigen Bestandteilen, hervorragende Haftung, geringe Schrumpfung, gute chemische Beständigkeit und einfache Verarbeitung. Ihre Hauptnachteile sind Sprödigkeit und die Verringerung der Eigenschaften in Gegenwart von Feuchtigkeit. Die Verarbeitung oder Aushärtung von Epoxidharzen ist langsamer als bei Polyesterharzen. Zu den Verarbeitungstechniken gehören Autoklavenformen, Filamentwickeln, Pressformen, Vakuumbeutelformen, Harzspritzpressen und Pultrusion. Die Aushärtungstemperaturen variieren von Raumtemperatur bis etwa 180 °C (350 °F). Die gebräuchlichsten Aushärtetemperaturen liegen zwischen 120 und 180 °C (250 °F und 350 °F).
Polyimide
Polyimidharze zeichnen sich in Hochtemperaturumgebungen aus, wo ihre Wärmebeständigkeit, Oxidationsstabilität, niedriger Wärmeausdehnungskoeffizient und Lösungsmittelbeständigkeit dem Design zugute kommen. Ihre Hauptanwendungen sind Leiterplatten und heiße Triebwerks- und Flugzeugzellenstrukturen. Ein Polyimid kann entweder ein duroplastisches Harz oder ein Thermoplast sein. Polyimide erfordern hohe Härtungstemperaturen, normalerweise über 290 °C (550 °F). Folglich sind normale Verpackungsmaterialien aus Epoxidverbundwerkstoffen nicht verwendbar, und Stahlwerkzeuge werden zu einer Notwendigkeit. Es werden Polyimid-Verpackungs- und Trennfolien wie Kapton® verwendet. Es ist äußerst wichtig, dass Upilex® die kostengünstigeren Nylonbeutel und Trennfolien aus Polytetrafluorethylen (PTFE) ersetzt, die bei der Verarbeitung von Epoxidverbundwerkstoffen üblich sind.
Polybenzimidazole (PBI)
Polybenzimidazolharz ist extrem hochtemperaturbeständig und wird für Hochtemperaturmaterialien verwendet. Diese Harze sind als Klebstoff und Faser erhältlich.
Bismaleimide (BMI)
Bismaleimidharze haben eine höhere Temperaturbeständigkeit und höhere Zähigkeit als Epoxidharze und bieten eine hervorragende Leistung bei Umgebungs- und erhöhten Temperaturen. Die Verarbeitung von Bismaleinimidharzen ist ähnlich wie bei Epoxidharzen. BMIs werden für Flugzeugtriebwerke und Hochtemperaturkomponenten verwendet. BMIs eignen sich unter anderem für die standardmäßige Autoklavenverarbeitung, Spritzguss, Resin Transfer Moulding und Sheet Moulded Compound (SMC).
Thermoplastische Harze
Thermoplastische Materialien können durch eine Temperaturerhöhung wiederholt erweicht und durch eine Temperaturerniedrigung gehärtet werden. Die Verarbeitungsgeschwindigkeit ist der Hauptvorteil von thermoplastischen Materialien. Eine chemische Aushärtung des Materials findet während der Verarbeitung nicht statt, und das Material kann durch Formen oder Extrudieren geformt werden, wenn es weich ist.
Teilkristalline Thermoplaste
Halbkristalline Thermoplaste besitzen Eigenschaften von inhärenter Flammwidrigkeit, überlegener Zähigkeit, guten mechanischen Eigenschaften bei erhöhten Temperaturen und nach Schlag und geringer Feuchtigkeitsabsorption. Sie werden in sekundären und primären Flugzeugstrukturen verwendet. In Kombination mit Verstärkungsfasern sind sie in Form von Spritzgusscompounds, formpressbaren Wirrplatten, unidirektionalen Bändern, aus Kabeln hergestellten Prepregs (Towpreg) und gewebten Prepregs erhältlich. Fasern, die mit halbkristallinen Thermoplasten imprägniert sind, umfassen Kohlenstoff, nickelbeschichteten Kohlenstoff, Aramid, Glas, Quarz und andere.
Amorphe Thermoplaste
Amorphe Thermoplaste sind in mehreren physikalischen Formen erhältlich, einschließlich Filmen, Filamenten und Pulvern. In Kombination mit Verstärkungsfasern sind sie auch in Spritzgussmassen, druckverformbaren Wirrplatten, unidirektionalen Bändern, gewebten Prepregs usw. erhältlich. Die verwendeten Fasern sind hauptsächlich Kohlenstoff, Aramid und Glas. Die spezifischen Vorteile amorpher Thermoplaste hängen vom Polymer ab. Typischerweise zeichnen sich die Harze durch ihre einfache und schnelle Verarbeitung, Hochtemperaturfähigkeit, gute mechanische Eigenschaften, hervorragende Zähigkeit und Schlagfestigkeit sowie chemische Stabilität aus. Die Stabilität führt zu einer unbegrenzten Lagerfähigkeit, wodurch die Kühllagerungsanforderungen von duroplastischen Prepregs eliminiert werden.
Polyetheretherketon (PEEK)
Polyetheretherketon, besser bekannt als PEEK, ist ein Hochtemperatur-Thermoplast. Dieses aromatische Ketonmaterial bietet hervorragende Wärme- und Verbrennungseigenschaften und Beständigkeit gegenüber einer Vielzahl von Lösungsmitteln und proprietären Flüssigkeiten. PEEK kann auch mit Glas und Kohlenstoff verstärkt werden.
Vorimprägnierte Produkte (Prepregs)
Prepreg-Material besteht aus einer Kombination aus Matrix und Faserverstärkung. Es ist in unidirektionaler Form (eine Verstärkungsrichtung) und Gewebeform (mehrere Verstärkungsrichtungen) erhältlich. Alle fünf Hauptfamilien von Matrixharzen können verwendet werden, um verschiedene Faserformen zu imprägnieren. Das Harz befindet sich dann nicht mehr in einem niedrigviskosen Stadium, sondern wurde für bessere Handhabungseigenschaften auf ein B-Stufen-Härtungsniveau gebracht. Die folgenden Produkte sind in Prepreg-Form erhältlich: unidirektionale Bänder, gewebte Stoffe, Endlosstrang-Rovings und geschnittene Matten. Prepreg-Materialien müssen in einem Gefrierschrank bei einer Temperatur unter 0 °F gelagert werden, um den Aushärtungsprozess zu verzögern. Prepreg-Materialien werden bei erhöhter Temperatur ausgehärtet. Viele Prepreg-Materialien, die in der Luft- und Raumfahrt verwendet werden, sind mit einem Epoxidharz imprägniert und werden entweder bei 250 ° F oder 350 ° F ausgehärtet. Prepreg-Materialien werden mit einem Autoklaven, Ofen oder einer Wärmedecke ausgehärtet. Sie werden normalerweise auf einer Rolle in einem versiegelten Plastikbeutel gekauft und gelagert, um eine Kontamination durch Feuchtigkeit zu vermeiden.
Trockenes Fasermaterial
Trockene Fasermaterialien wie Kohlenstoff, Glas und Kevlar® werden für viele Flugzeugreparaturverfahren verwendet. Das trockene Gewebe wird kurz vor Beginn der Reparaturarbeiten mit einem Harz imprägniert. Dieser Prozess wird oft als nasses Layup bezeichnet. Der Hauptvorteil des Wet-Layup-Verfahrens besteht darin, dass die Faser und das Harz lange bei Raumtemperatur gelagert werden können. Der Verbundstoff kann bei Raumtemperatur gehärtet werden oder es kann eine Härtung bei erhöhter Temperatur verwendet werden, um den Härtungsprozess zu beschleunigen und die Festigkeit zu erhöhen. Der Nachteil besteht darin, dass das Verfahren chaotisch ist und die Verstärkungseigenschaften geringer sind als die Eigenschaften von Prepreg-Materialien.
Thixotrope Mittel
Thixotropiermittel sind im Ruhezustand gelartig, werden aber bei Bewegung flüssig. Diese Materialien haben eine hohe statische Scherfestigkeit und gleichzeitig eine niedrige dynamische Scherfestigkeit, um unter Belastung an Viskosität zu verlieren.
Klebstoffe
Folienklebstoffe
Strukturklebstoffe für Luft- und Raumfahrtanwendungen werden im Allgemeinen als dünne Filme auf Trennpapier geliefert und unter gekühlten Bedingungen (–18 °C oder 0 °F) gelagert. Folienklebstoffe sind mit aromatischen Hochtemperaturaminen oder katalytischen Härtungsmitteln mit einer breiten Palette von Flexibilisierungs- und Zähigkeitsmitteln erhältlich. Gummigehärtete Epoxidfilmklebstoffe werden in der Flugzeugindustrie weit verbreitet verwendet. Die obere Temperaturgrenze von 121–177 °C (250–350 °F) wird normalerweise durch den erforderlichen Zähigkeitsgrad und durch die Gesamtauswahl an Harzen und Härtern bestimmt. Im Allgemeinen führt das Härten eines Harzes zu einer niedrigeren verwendbaren Betriebstemperatur. Folienmaterialien werden häufig von Fasern getragen, die dazu dienen, die Handhabung der Folien vor dem Härten zu verbessern, den Klebstofffluss während des Verbindens zu steuern und die Steuerung der Klebeliniendicke zu unterstützen. Fasern können als Kurzfasermatten mit wirrer Orientierung oder als Gewebe eingearbeitet werden. Häufig anzutreffende Fasern sind Polyester, Polyamide (Nylon) und Glas. Klebstoffe, die gewebten Stoff enthalten, können aufgrund des Aufsaugens von Wasser durch die Faser leicht verschlechterte Umwelteigenschaften aufweisen. Zufällig gewebter Scrim-Stoff ist zur Steuerung der Filmdicke nicht so effizient wie gewebter Stoff, da sich die uneingeschränkten Fasern während des Bindens bewegen. Spinnvliese bewegen sich nicht und sind daher weit verbreitet. Zufällig gewebter Scrim-Stoff ist zur Steuerung der Filmdicke nicht so effizient wie gewebter Stoff, da sich die uneingeschränkten Fasern während des Bindens bewegen. Spinnvliese bewegen sich nicht und sind daher weit verbreitet. Zufällig gewebter Scrim-Stoff ist zur Steuerung der Filmdicke nicht so effizient wie gewebter Stoff, da sich die uneingeschränkten Fasern während des Bindens bewegen. Spinnvliese bewegen sich nicht und sind daher weit verbreitet.
Klebstoffe einfügen
Als Alternative zum Folienkleber werden Pastenkleber eingesetzt. Diese werden häufig verwendet, um Reparaturflicken an beschädigten Teilen sekundär zu kleben, und werden auch an Stellen verwendet, an denen Folienkleber schwierig aufzutragen ist. Pastenklebstoffe für strukturelle Verklebungen werden hauptsächlich aus Epoxid hergestellt. Es sind einteilige und zweiteilige Systeme erhältlich. Pastenkleber haben den Vorteil, dass sie bei Raumtemperatur gelagert werden können und lange haltbar sind. Der Nachteil besteht darin, dass die Dicke der Klebefuge schwer zu kontrollieren ist, was sich auf die Festigkeit der Klebung auswirkt. Ein Scrim-Tuch kann verwendet werden, um den Klebstoff in der Klebefuge zu halten, wenn Patches mit Pastenklebstoff verklebt werden.
Schäumende Klebstoffe
Die meisten Schaumklebstoffe sind 0,025 Zoll bis 0,10 Zoll dicke Platten aus Epoxid im B-Zustand. Schaumklebstoffe härten bei 250 °F oder 350 °F aus. Während des Aushärtungszyklus dehnen sich die schäumenden Klebstoffe aus. Schäumende Klebstoffe müssen wie Prepregs im Gefrierschrank gelagert werden und sind nur begrenzt haltbar. Schäumende Klebstoffe werden verwendet, um Wabenstücke in einer Sandwichkonstruktion zusammenzuspleißen und um während einer Prepreg-Reparatur Reparaturpfropfen mit dem vorhandenen Kern zu verbinden.
Beschreibung von Sandwichstrukturen
Theorie Eine Sandwichkonstruktion ist ein Strukturplattenkonzept, das in seiner einfachsten Form aus zwei relativ dünnen, parallelen Deckschichten besteht, die mit einem relativ dicken, leichten Kern verbunden und durch diesen getrennt sind. Der Kern stützt die Deckschichten gegen Knicken und widersteht Scherbelastungen außerhalb der Ebene. Der Kern muss eine hohe Scherfestigkeit und Drucksteifigkeit aufweisen. Sandwich-Verbundkonstruktionen werden meistens durch Autoklavenhärtung, Presshärtung oder Vakuumbeutelhärtung hergestellt. Hautlaminate können vorgehärtet und anschließend mit dem Kern verbunden, in einem Arbeitsgang mit dem Kern gemeinsam gehärtet oder eine Kombination der beiden Verfahren sein. Beispiele für Wabenstrukturen sind: Flügelspoiler, Verkleidungen, Querruder, Klappen, Gondeln, Bodenbretter und Ruder.
Verkleidungsmaterialien
Die meisten Wabenstrukturen, die im Flugzeugbau verwendet werden, haben Deckschichten aus Aluminium, Glasfaser, Kevlar® oder Kohlefaser. Kohlefaser-Deckschichten können nicht mit Aluminium-Wabenkernmaterial verwendet werden, da dies zu einer Korrosion des Aluminiums führt. Titan und Stahl werden für Spezialanwendungen in Hochtemperaturkonstruktionen verwendet. Die Deckblätter vieler Komponenten, wie Spoiler und Flugsteuerungen, sind sehr dünn – manchmal nur 3 oder 4 Lagen. Erfahrungsberichte haben gezeigt, dass diese Deckschichten keine gute Schlagfestigkeit aufweisen.
Balsaholz
Balsa ist ein natürliches Holzprodukt mit länglichen geschlossenen Zellen; Es ist in einer Vielzahl von Qualitäten erhältlich, die den strukturellen, kosmetischen und physikalischen Eigenschaften entsprechen. Die Dichte von Balsaholz beträgt weniger als die Hälfte der Dichte herkömmlicher Holzprodukte. Balsa hat jedoch eine erheblich höhere Dichte als die anderen Arten von Strukturkernen.
Korrosion
Viele Glasfaser- und Kevlar®-Teile haben ein feines Aluminiumgeflecht zum Blitzschutz. Dieses Aluminiumgeflecht korrodiert häufig um die Bolzen- oder Schraubenlöcher herum. Die Korrosion beeinträchtigt die elektrische Verbindung der Platte, und das Aluminiumgitter muss entfernt und ein neues Gitter installiert werden, um die elektrische Verbindung der Platte wiederherzustellen.
Ultraviolettes (UV) Licht beeinflusst die Festigkeit von Verbundwerkstoffen. Verbundstrukturen müssen durch eine Deckbeschichtung geschützt werden, um die Auswirkungen von UV-Licht zu verhindern. Zum Schutz von Verbundwerkstoffen wurden spezielle UV-Primer und -Lacke entwickelt.
Zerstörungsfreie Prüfung (NDI) von Verbundwerkstoffen
Visuelle Inspektion
Eine Sichtprüfung ist die primäre Prüfmethode für wiederkehrende Prüfungen. Die meisten Arten von Beschädigungen versengen, verfärben, verbeulen, durchdringen, schleifen oder splittern die Verbundstoffoberfläche ab, wodurch die Beschädigung sichtbar wird. Sobald Schäden festgestellt werden, muss der betroffene Bereich mit Taschenlampen, Lupen, Spiegeln und Endoskopen genauer untersucht werden. Diese Werkzeuge werden verwendet, um Defekte zu vergrößern, die ansonsten möglicherweise nicht leicht zu sehen sind, und um eine visuelle Inspektion von Bereichen zu ermöglichen, die nicht leicht zugänglich sind. Harzmangel, Harzreichtum, Falten, Lagenüberbrückung, Verfärbung (aufgrund von Überhitzung, Blitzeinschlag usw.), Stoßschäden jeglicher Ursache, Fremdkörper, Blasen und Ablösung sind einige der Unstimmigkeiten, die bei einer Sichtprüfung festgestellt werden können . Die Sichtprüfung kann keine inneren Fehler im Verbundstoff finden, wie z. B. Delaminierungen, Ablösungen, und Matrixrisse. Es sind ausgefeiltere NDI-Techniken erforderlich, um diese Arten von Fehlern zu erkennen.
Akustische Schallprüfung (Münzklopfen)
Diese Technik wird manchmal als Audio-, Schall- oder Münzabgriff bezeichnet und verwendet Frequenzen im hörbaren Bereich (10 Hz bis 20 Hz). Eine überraschend genaue Methode in den Händen von erfahrenem Personal, Klopftest ist vielleicht die gebräuchlichste Technik, die zum Nachweis von Delaminierung und/oder Ablösung verwendet wird. Das Verfahren wird durchgeführt, indem mit einer massiven runden Scheibe oder einem leichten hammerähnlichen Gerät auf den Inspektionsbereich geklopft wird und die Reaktion der Struktur auf den Hammer abgehört wird. Ein klarer, scharfer, klingelnder Ton weist auf eine gut verbundene feste Struktur hin, während ein dumpfer oder dumpfer Ton auf einen dissonanten Bereich hinweist.
Die Klopfrate muss schnell genug sein, um genügend Ton zu erzeugen, damit jeder Unterschied im Ton für das Ohr wahrnehmbar ist. Tap-Tests sind effektiv bei dünner Haut zur Versteifung von Verbindungslinien, Wabensandwiches mit dünnen Deckschichten oder sogar nahe der Oberfläche von dicken Laminaten, wie z. B. Flügelträgern von Drehflüglern. Wiederum ist dem Verfahren die Möglichkeit inhärent, dass Änderungen innerhalb der inneren Elemente der Struktur Tonhöhenänderungen hervorrufen können, die als Defekte interpretiert werden, obwohl sie tatsächlich konstruktionsbedingt vorhanden sind. Diese Inspektion sollte in einem möglichst ruhigen Bereich und von erfahrenem Personal durchgeführt werden, das mit der internen Konfiguration des Teils vertraut ist. Dieses Verfahren ist für Strukturen mit mehr als vier Lagen nicht zuverlässig. Es wird häufig verwendet, um den Schaden auf dünnen Wabendeckschichten abzubilden.
Ultraschallprüfung
Die Ultraschallinspektion hat sich als ein sehr nützliches Werkzeug für die Erkennung von internen Delaminationen, Hohlräumen oder Inkonsistenzen in Verbundwerkstoffkomponenten erwiesen, die ansonsten nicht mit visueller oder Tap-Methode erkennbar sind. Es gibt viele Ultraschalltechniken; Jede Technik verwendet jedoch Schallwellenenergie mit einer Frequenz oberhalb des hörbaren Bereichs. Eine hochfrequente (normalerweise mehrere MHz) Schallwelle wird in das Teil eingeführt und kann so gerichtet werden, dass sie sich senkrecht zur Teiloberfläche oder entlang der Oberfläche des Teils oder in einem bestimmten vordefinierten Winkel zur Teiloberfläche ausbreitet. Möglicherweise müssen Sie verschiedene Richtungen ausprobieren, um den Fluss zu lokalisieren. Der eingeführte Ton wird dann überwacht, während er seinen zugewiesenen Weg durch das Teil zurücklegt, auf jede signifikante Änderung. Ultraschallwellen haben ähnliche Eigenschaften wie Lichtwellen. Trifft eine Ultraschallwelle auf ein störendes Objekt, Die Welle oder Energie wird entweder absorbiert oder zurück zur Oberfläche reflektiert. Die gestörte oder verminderte Schallenergie wird dann von einem empfangenden Wandler aufgenommen und in eine Anzeige auf einem Oszilloskop oder einem Diagrammschreiber umgewandelt. Die Anzeige erlaubt dem Bediener, die abweichenden Anzeigen im Vergleich zu den als gut bekannten Bereichen zu bewerten. Um den Vergleich zu erleichtern, werden Referenzstandards festgelegt und verwendet, um die Ultraschallgeräte zu kalibrieren.
Der Reparaturtechniker muss erkennen, dass die hier skizzierten Konzepte in der Umgebung der Serienfertigung gut funktionieren, in einer Reparaturumgebung jedoch wahrscheinlich schwieriger zu implementieren sind, angesichts der großen Anzahl verschiedener Verbundkomponenten, die im Flugzeug installiert sind, und der relativen Komplexität ihrer Konstruktion . Die Bezugsnormen müssten auch die Umwandlungen berücksichtigen, die stattfinden, wenn ein Bauteil aus Verbundwerkstoff über einen längeren Zeitraum einer Betriebsumgebung ausgesetzt ist oder Gegenstand einer Reparaturtätigkeit oder einer ähnlichen Restaurierungsmaßnahme war. Als nächstes werden die vier gebräuchlichsten Ultraschalltechniken besprochen.
Radiographie
Die Radiographie, oft auch als Röntgen bezeichnet, ist eine sehr nützliche NDI-Methode, da sie im Wesentlichen einen Blick in das Innere des Teils ermöglicht. Dieses Prüfverfahren wird durchgeführt, indem Röntgenstrahlen durch das zu prüfende Teil oder die zu prüfende Baugruppe geleitet werden, während die Absorption der Strahlen auf einem für Röntgenstrahlen empfindlichen Film aufgezeichnet wird. Der belichtete Film ermöglicht es dem Prüfer, wenn er entwickelt ist, Schwankungen in der Opazität der auf dem Film aufgezeichneten Belichtung zu analysieren, wodurch tatsächlich eine Visualisierung der Beziehung der internen Details der Komponente erzeugt wird. Da das Verfahren Änderungen der Gesamtdichte über seine Dicke hinweg aufzeichnet, ist es kein bevorzugtes Verfahren zum Erfassen von Defekten wie Delaminierungen, die sich in einer Ebene befinden, die senkrecht zur Strahlrichtung ist. Es ist jedoch die effektivste Methode, Fehler parallel zur Mittellinie des Röntgenstrahls zu erkennen. Interne Anomalien, B. Delaminationen in den Ecken, gestauchter Kern, gesprengter Kern, Wasser in Kernzellen, Hohlräume in Schaumklebeverbindungen und die relative Position von inneren Details, können leicht durch Röntgenaufnahmen gesehen werden. Die meisten Verbundwerkstoffe sind für Röntgenstrahlen nahezu transparent, so dass Strahlen mit niedriger Energie verwendet werden müssen. Aufgrund von Sicherheitsbedenken ist es unpraktisch, es in der Nähe von Flugzeugen zu verwenden. Bediener sollten immer durch ausreichende Bleiabschirmungen geschützt werden, da die Möglichkeit einer Exposition entweder durch die Röntgenröhre oder durch Streustrahlung besteht. Es ist immer wichtig, einen Mindestsicherheitsabstand zur Röntgenquelle einzuhalten. so müssen energiearme Strahlen verwendet werden. Aufgrund von Sicherheitsbedenken ist es unpraktisch, es in der Nähe von Flugzeugen zu verwenden. Bediener sollten immer durch ausreichende Bleiabschirmungen geschützt werden, da die Möglichkeit einer Exposition entweder durch die Röntgenröhre oder durch Streustrahlung besteht. Es ist immer wichtig, einen Mindestsicherheitsabstand zur Röntgenquelle einzuhalten. so müssen energiearme Strahlen verwendet werden. Aufgrund von Sicherheitsbedenken ist es unpraktisch, es in der Nähe von Flugzeugen zu verwenden. Bediener sollten immer durch ausreichende Bleiabschirmungen geschützt werden, da die Möglichkeit einer Exposition entweder durch die Röntgenröhre oder durch Streustrahlung besteht. Es ist immer wichtig, einen Mindestsicherheitsabstand zur Röntgenquelle einzuhalten.
Thermografie
Thermische Inspektion umfasst alle Verfahren, bei denen wärmeempfindliche Geräte verwendet werden, um Temperaturschwankungen für zu prüfende Teile zu messen. Das Grundprinzip der thermischen Inspektion besteht in der Messung bzw. Kartierung von Oberflächentemperaturen beim Wärmefluss von, zu oder durch ein Prüfobjekt. Alle thermografischen Techniken beruhen auf Unterschieden in der Wärmeleitfähigkeit zwischen normalen, fehlerfreien Bereichen und solchen mit einem Fehler. Normalerweise wird eine Wärmequelle verwendet, um die Temperatur des zu untersuchenden Teils zu erhöhen, während die Oberflächenerwärmungseffekte beobachtet werden. Da defektfreie Bereiche Wärme besser leiten als Bereiche mit Defekten, zeigt die entweder absorbierte oder reflektierte Wärmemenge die Qualität der Bindung an. Zu den Defekten, die die thermischen Eigenschaften beeinflussen, gehören Ablösungen, Risse, Stoßschäden, Blechverdünnung, und Wassereintritt in Verbundmaterialien und Wabenkern. Thermische Verfahren sind am effektivsten bei dünnen Laminaten oder bei oberflächennahen Defekten.
Neutronenradiographie
Die Neutronenradiographie ist eine zerstörungsfreie Bildgebungstechnik, die in der Lage ist, die inneren Eigenschaften einer Probe sichtbar zu machen. Die Übertragung von Neutronen durch ein Medium hängt von den Neutronenquerschnitten für die Kerne in dem Medium ab. Die differentielle Dämpfung von Neutronen durch ein Medium kann gemessen, abgebildet und dann visualisiert werden. Das resultierende Bild kann dann verwendet werden, um die inneren Eigenschaften der Probe zu analysieren. Die Neutronenradiographie ist eine ergänzende Technik zur Röntgenradiographie. Beide Techniken visualisieren die Dämpfung durch ein Medium. Der Hauptvorteil der Neutronenradiographie ist ihre Fähigkeit, leichte Elemente wie Wasserstoff, die in Korrosionsprodukten und Wasser vorkommen, sichtbar zu machen.
Feuchtigkeitsdetektor
Ein Feuchtigkeitsmesser kann verwendet werden, um Wasser in Sandwich-Wabenstrukturen zu erkennen. Ein Feuchtigkeitsmesser misst den Hochfrequenz(HF)-Leistungsverlust, der durch das Vorhandensein von Wasser verursacht wird. Das Feuchtigkeitsmessgerät wird häufig verwendet, um Feuchtigkeit in Nasenradomen zu erkennen.
