Ein Forschungsteam des Skolkovo Institute of Science and Technology und des Harbin Institute of Technology hat eine neuartige Lösung zur Verbindung von Bauteilen aus Verbundwerkstoffen entwickelt und validiert. Diese Technologie soll die schweren Metallbolzen ersetzen, die in traditionellen Bauwerken wie Brücken, Kühltürmen von Kraftwerken, Wasseraufbereitungsanlagen und Offshore-Plattformen verwendet werden, und so deren Korrosionsanfälligkeit und das erhöhte Gewicht reduzieren. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift *Materials & Design* veröffentlicht.
Alexander Safonov, außerordentlicher Professor am Lehrstuhl für Materialwissenschaft und Werkstofftechnik des Skolkovo Institute of Science and Technology und Leiter der Forschungsarbeit, erklärte: „Dutzende Brücken im ganzen Land bestehen vollständig aus faserverstärkten Verbundwerkstoffen. Ein Problem besteht jedoch darin, dass diese Bauwerke mit Metallbolzen verbunden sind, was das Gewicht erhöht und die Lebensdauer verkürzt.“ Er betonte, dass in Konstruktionen, die korrosiven Umgebungen wie Meerwasser, Industriechemikalien oder Hochtemperaturdampf ausgesetzt sind, die Haltbarkeit von Metallverbindungen oft ein entscheidender Faktor für die Begrenzung der Gesamtlebensdauer ist.
Der Lösungsvorschlag des Teams besteht darin, Metallschrauben durch thermoplastische Verbundnieten aus glasfaserverstärktem Polypropylen zu ersetzen. Im Gegensatz zu den Hauptstrukturmaterialien mit duroplastischen Matrizen erreichen diese stabförmigen thermoplastischen Nieten eine sichere Fixierung, indem sie ihre Enden nach dem Durchdringen der beiden zu verbindenden Profilschichten anschmelzen und abflachen. Die Nieten werden im Pultrusionsverfahren hergestellt, bei dem polymerimprägnierte Verstärkungsfasern durch eine beheizte Form gezogen und ausgehärtet werden.
Die Forscher evaluierten die Leistungsfähigkeit dieser Verbindungsmethode durch eine Reihe von mechanischen Tests. Dabei maßen sie die Bruchlast und die Dauerfestigkeit der Verbindung unter verschiedenen Anteilen zyklischer Belastung. Die Tests verglichen außerdem Daten von herkömmlichen Schraubverbindungen, reinen Klebeverbindungen und geklebten Nieten. Die Ergebnisse zeigen, dass die neuartige Nietmethode das Strukturgewicht effektiv reduziert und das Risiko von Metallkorrosion vollständig eliminiert, während die Verbindungsfestigkeit erhalten bleibt.
Diese Forschung liefert praktische Verbindungslösungen und Datengrundlagen für die Konstruktion von Verbundwerkstoffstrukturen wie Docks, Brücken und Behältern für den Transport korrosiver Chemikalien und trägt so zur Verlängerung der Lebensdauer von Infrastrukturen in anspruchsvollen Umgebungen bei.
Weitere Informationen: Autoren: Salim Makeera et al., Titel: „Ermüdungsverhalten und Versagensmechanismus von pultrudierten Glasfaser/Polypropylen-Nieten in einlagigen Verbundverbindungen“, veröffentlicht in: Materials & Design (2025).
