Millionen für Polymere, die sich selbst heilen

Ein zu dieser Thematik im 7. Rahmenprogramm der Europäischen Union finanziertes Projekt verbindet zehn Kooperationspartner, darunter Universitäten, Forschungsorganisationen, Flugwerkhersteller sowie Klein- und Mittelbetriebe aus sechs europäischen Ländern.

Das Institut für Chemie an der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) hat ein Teilprojekt übernommen. Auf die hallesche Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Wolfgang Binder entfallen 429.000 Euro des Gesamtprojektbudgets in Höhe von 3.27 Mio. Euro.

Das Gesamtprojekt läuft unter dem Titel „Verbesserung der Flugsicherheit mit selbst-heilenden Strukturen und schützenden Nano-Füllmaterialien“ (IASS, Improving the Aircraft Safety by Self-Healing Structure and Protecting Nanofillers).

In diesem stark interdisziplinär ausgerichteten Projekt werden neuartige Konzepte erforscht, um Flugzeugmaterialien auf Basis von Nanokompositen, also Materialien die aus Nanopartikeln und Polymeren bestehen, herzustellen. „Dabei ist es das Ziel, leichtere und beständigere Materialien für die Flugzeugbauindustrie zu entwickeln“, erklärt Binder. „In diesem Zusammenhang spielen Eigenschaften wie elektrische Leitfähigkeit, Beständigkeit gegenüber Oberflächenschädigungen sowie Feuerwiderstandsfähigkeit eine wichtige Rolle.“

Die hergestellten Nanokomposite sollten die Eigenschaft der „Selbstheilung“ („self-healing“) besitzen, also in der Lage sein, die durch äußere Einflüsse hervorgerufenen Oberflächenbeschädigungen am Flugzeug unter milden Bedingungen (z. B. bei Raumtemperatur oder darunter) selbst wieder zu „reparieren“. Dazu werden die Oberflächen von verschiedenen Nanopartikeln wie Graphen oder so genannten Kohlenstoffnanoröhren („carbon nanotubes“, CNTs) modifiziert und die Synthesen von hochfluiden Polymeren entwickelt und optimiert, um auf diese Weise „selbstheilende“ Systeme herzustellen. Diese sind dann einerseits in der Lage, die Eigenschaften der herkömmlichen Flugzeugmaterialien zu verbessern und besitzen andererseits die Fähigkeit, auf äußere Einflüsse und Schädigungen „selbst-reparierend“ zu reagieren – ohne Notwendigkeit einer äußeren Energiequelle bzw. Reparatur.

Im Rahmen des Projekts ist es vorgesehen, neuartige multifunktionelle Nanokomposite zu entwickeln, die fähig sind, eingebaut in ein Flugzeug die Oberflächenschädigungen „abzuwehren“. Dies verlängert die Lebensdauer des Flugzeugsmaterials und vergrößert damit automatisch auch die Betriebsbereitschaft des Flugzeugs. Weiterhin sollen die hergestellten Nanokomposite das Flugzeuggewicht verringern und dadurch Treibstoffverbrauch sowie Betriebskosten und Umweltbelastung reduzieren.