25/02/2018
Door Ad Spijkers
Onder meer de luchtvaartindustrie is naarstig op zoek naar nog lichtere constructies. Nieuw onderzoek, geïnitieerd door de AiF in Duitsland, heeft geleid tot de ontwikkeling van nieuwe sandwichmaterialen, nieuwe testmethoden en simulatietechnieken die dit mogelijk maken.
De ontwikkeling van lichte constructies is een centraal thema voor de Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen 'Otto von Guericke' e.V (AiF). In het bijzonder in de luchtvaartindustrie en in andere transportsectoren wordt gevraagd naar lichte constructies. Ze maken energiebesparingen mogelijk en verlagen het verbruik aan brandstoffen en grondstoffen. Daarbij worden composietmaterialen in de zogeheten sandwichbouw gebruikt. Ze vestaat uit twee dunne, stijve en sterke deklagen met daartussen een dikke, naar verhouding lichte en zachte tussenlaag, de sandwich-kern.
Aramidepapier is een beproefd materiaal voor zulke sandwichkernen. Zijn mechanisch structureel falen is echter nog onvoldoende onderzocht. Tot nu toe ontbraken zowel analysemethoden als simulatietechnieken. Wetenschappers van de Papiertechnische Stiftung (PTS) in München en Heidenau en de TU Dresden hebben voor meer duidelijkheid gezorgd. In het kader van een project van de Industrielle Gemeinschaftsforschung (IGF), dat door de PTS werd gecoördineerd, konden onderzoekers belangrijke voorwaarden scheppen om de belastbaarheid van zulke lichte constructies te verbeteren.
Nieuw simulatiemodel
De onderzoekers hadden zich voorgenomen een nieuw papierachtig materiaal te ontwikkelen, dat in de vliegtuigbouw zou moeten worden toegepast. Daartoe hebben ze een nieuw soort drielaags materiaal uit aramide- en koolstofvezels ontwikkeld. Het probleem daarbij was dat voor de ontwikkeling van het materiaal zijn mechanische eigenschappen bekend moesten zijn. Met de tot nu toe bekende testmethoden konden deze echter niet worden bepaald.
De onderzoekers ontwikkelden daarom eerst een meetmethode waarmee ze de druk- en afschuifeigenschappen van papierachtige materialen konden bepalen en dit type materialen volledig konden karakteriseren. Dat was de basis voor alle materiaalontwikkelingen.
Omdat de standaard materiaalmodellen niet voldoende waren om de mechanische eigenschappen van papierachtige materialen correct te simuleren, moesten de wetenschappers bovendien een materiaalmodel voor de simulatie van papierachtige materialen ontwikkelen. Met het simulatiemodel hebben ze significante verbeteringen van de mechanische eigenschappen ten opzichte van in de handel verkrijgbare lichte constructiematerialen kunnen bewijzen. De door hen ontwikkelde aangepaste papiersoorten zijn daarom bij uitstek geschikt voor het verbeteren van de stijfheid en sterkte van sandwichstructuren.
Volgens de PTS vormt de ontwikkeling van een nieuw materiaal, nieuwe testmethoden en een nieuw simulatiemodel een mijlpaal. In het bijzonder voor kleine en middelgrote bedrijven ontstaat een veelheid aan innovatieve toepassingsgebieden. De sterk op het MKB gebaseerde branche voor speciale papieren, ontwerpers en constructeurs profiteren alle van de onderzoeksresultaten.
Onderstaand vindt u een filmpje over het project.