Primer für spezielle Aufgaben
In dem vor kurzem abgeschlossenen BMWi-Projekt "Low Drag Aircraft in Operation – LDAinOP" hat das Fraunhofer IFAM aus Bremen in Kooperation mit Airbus und der Lufthansa Technik eine optimierte Prüfmethode für Flugzeugbeschichtungen entwickelt. Diese Testmethode stellt die besonderen Herausforderungen an die Beschichtungsmaterialien nach, wie beispielsweise eine bis zu 120 °C große Temperaturspanne. Durch die Prüfung ergab sich, dass ein speziell entwickelter Primer von Mankiewicz sehr gut geeignet ist, den Schutz der Luftfahrzeuge zu gewährleisten.
Der Primer ist für die Anwendung auf faserverstärkten bzw. carbonfaserverstärkten Kunststoffen (CFK) geeignet. Aus diesen bestehen Flugzeuge zu fast 50% . Bei der Kontrolle der Flugzeugkomponenten waren auf den lackierten CFKs an verschiedenen Stellen Risse feststellbar. Um die Ursachen zu untersuchen und geeignete Primer zu deren Vermeidung zu identifizieren, untersuchten die Experten des Fraunhofer IFAM verschiedene relevante Einflüsse, wie beispielhaft im Kasten dargestellt. Die Bedingungen wurden dabei in einem beschleunigten Testverfahren im Labor nachgestellt. Zudem analysierten die IFAM-Mitarbeiter die mechanischen Eigenschaften der Beschichtung und entwickelten Konzepte zur Reduzierung der Rissbildung der Lackschichten auf CFKs.
Charakteristischer Schichtaufbau
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Der typische Aufbau einer Flugzeugbeschichtung ist in der Grafik dargestellt. Das Gesamtsystem baut auf einem Porenfüller auf Polyester- oder Epoxid-Basis auf. Danach wird ein zusätzlicher Füller zum Beispiel aus 2K-EP aufgetragen. Dieser bildet die Grundlage für eine optionale antistatische Beschichtung zum Beispiel aus 2K-PUR, versetzt mit Kohlenstoff. Darauf erfolgt die Beschichtung mit 2K-EP Primer, der von einem 2K-PUR-Topcoat geschützt wird. Die gesamte Filmdicke der zusammengefügten Schichten liegt bei 100 bis 350 µm. Nach MRO-Aufbereitung der Flugzeugkomponenten treten teils mehr Schichten oder höhere Schichtdicken auf. Die IFAM-Mitarbeiter beprobten die Schichtaufbauten in ihrem speziellen Testverfahren. Dort werden die typischen Temperaturwechsel bei Flügen zwischen -40 °C und 80 °C sowie die Änderungen der relativen Luftfeuchte von 10% bis 99% in schnellen Wechseln nachgestellt. So wird die Testdauer bis zur Rissbildung beschleunigt. Bereits nach einem Monat der klimatischen Ringtests trat Rissbildung auf. Durch die Analysen war es möglich, die Ursache der Rissbildung in der Primerschicht zu verorten. Dabei hat ein Intermediate Coat keinen Einfluss auf die Rissbildung oder das Wachstum der Risse. Sowohl in den Labortests als auch in statistischen Bewertungen zeigte sich eine höhere Wahrscheinlichkeit für Risse, wenn ein Epoxid-basierter Primer zum Einsatz kam. Bei der Untersuchung der mechanischen Eigenschaften zeigte sich bei diesen Stoffen eine geringfügig größere Glasübergangstemperatur und ein größerer Unterschied des Elastizitätsmodules. Um die Entstehung und das Wachstum der Risse zu reduzieren, bietet sich unter anderem ein flexibler PUR-Primer namens „ALEXIT FlexPrimer 493-23“ von Mankiewicz an, der nach den Klimatests keinerlei Rissbildung aufwies. Dieser wurde speziell für diese Herausforderung entwickelt. Der Polyurethanprimer ist chromfrei, hat im Vergleich zu Standard-Primern eine 5-10mal so hohe Flexibilität und Bruchdehnung von mehr als 25%. Die Beschichtung wurde bereits erfolgreich von MROs und Airbus getestet und für erste Elemente freigegeben.
Zum Netzwerken:
Fraunhofer IFAM, Bremen, Dr. Gesa Patzelt, Tel + 49 421 2246-668, gesa.patzelt@ifam.fraunhofer.de, www.ifam.fraunhofer.de
Mankiewicz Gebr. & Co., Hamburg, Gunnar Hansen, Tel. +49 40 75103-0, gunnar.hansen@mankiewicz.com, www.mankiewicz.com
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