de.wedoany.com-Bericht: Ein Forschungsteam der Rowan University in den USA hat eine Methode zur Reparatur von Schäden an Verbundwerkstoffen mittels Polymer-Kaltspritzen entwickelt. Diese Technik soll schneller und effektiver sein als herkömmliche Reparaturverfahren, die in der Luft- und Raumfahrt, der Automobilindustrie, der Infrastruktur, der Schifffahrt und der Energiebranche eingesetzt werden. Die Ergebnisse wurden im Journal of Thermal Spray Technology veröffentlicht. Das von der Rowan University geleitete multidisziplinäre Team befasste sich mit der Wiederherstellung der Festigkeit von glasfaserverstärkten Polymerverbundwerkstoffen (GFRP) nach Schlagbelastung.
Verbundwerkstoffe neigen bei Schlageinwirkung zu inneren Schäden. Dr. Francis Haas, außerordentlicher Professor für Maschinenbau an der Henry M. Rowan College of Engineering und Mitautor der Studie, vergleicht diesen Prozess mit einem Reißverschlusseffekt: „Eine Faser bricht, dann die nächste. Die verbleibenden Fasern müssen die gesamte Last tragen. Wenn dann ein starker Windstoß oder eine andere äußere Kraft einwirkt, können sie katastrophal versagen.“ Um dieses Problem zu lösen, erforschte das Team die Kaltspray-Reparaturmethode. Bei diesem Verfahren werden feine Polymerpulver ohne hohe Temperaturen auf die beschädigte Oberfläche aufgetragen. Es wird bereits in der Fertigung häufig eingesetzt, doch die Anwendung zur Reparatur beschädigter Verbundwerkstoffe vor Ort stellte bisher eine Herausforderung dar.
Die Forscher der Rowan University entwickelten eine spezifische Kaltspray-Anwendungsmethode, die ähnlich wie eine Zahnfüllung funktioniert und einen Großteil der mechanischen Festigkeit des verlorenen Materials wiederherstellen kann. Tests zeigten, dass die Methode bei oberflächlichen Schäden bis zu 80% der ursprünglichen Materialfestigkeit wiederherstellen kann; bei den schwersten Schäden etwa 40%. Unter allen Testbedingungen übertraf die Kaltspray-Methode herkömmliche harzbasierte Reparaturverfahren sowohl in der Wirksamkeit als auch in der Geschwindigkeit. Während herkömmliche Reparaturen bis zu 48 Stunden Aushärtezeit benötigen können, dauert der Kaltspray-Prozess nur etwa 30 Minuten, was die Methode besonders attraktiv für schnelle Reparaturen vor Ort macht.
Die Studie zeigte auch, dass die Materialauswahl entscheidend ist. Ein Epoxidharzpulver, das mit Kurzglasfasern verstärkt war, lieferte durchweg die stärksten Reparaturergebnisse, verbesserte nicht nur die Wiederherstellung der mechanischen Eigenschaften, sondern erhöhte auch die Fähigkeit des Reparaturmaterials, zusätzliche Schläge zu absorbieren.
Die Forschung wurde von Behrad Koohbor, Haas und Joseph F. Stanzione III von der Henry M. Rowan College of Engineering der Rowan University geleitet. Studierende der Fachbereiche Maschinenbau, Chemieingenieurwesen sowie des Instituts für Fortschrittliche Materialien und Fertigung leisteten bedeutende Beiträge. Das Projekt umfasste auch die Zusammenarbeit mit Isaac Nault und Tristan Bacha vom US Army Research Laboratory und vereinte die Fachkompetenz akademischer und bundesstaatlicher Forschungseinrichtungen, um die Herausforderungen der Materialbeständigkeit und Reparatur zu bewältigen.
Zu den potenziellen Anwendungsbereichen der Technologie gehören Windkraftanlagen-Rotoren, Rohrleitungen, Flugzeugstrukturen und Fahrzeugkomponenten aus Verbundwerkstoffen – überall dort, wo leichte Verbundwerkstoffe eingesetzt werden und Verschleiß oder Schlagbelastung ausgesetzt sein können.
