Verbundwerkstoff CFRP und sein Vorteil für die Luftfahrt

Verbundwerkstoffe heißt das Schlagwort für den Flugzeugbau der Zukunft. Ihr Vorteil aus Stabilität und Langlebigkeit bei geringem Gewicht liegt auf der Hand. Bei Airbus kommen solche Materialien bereits seit 30 Jahren zum Einsatz, vom vertikalen Stabilisator im A310 bis hin zum aktuellen A350 XWB, der zu mehr als der Hälfte aus Kompositmaterial besteht.

Da jedes Plus an Gewicht im Flugzeug bei Start und Flug mehr Kerosin erfordert, das wiederum auch Gewicht hat, wirkt sich jedes Gramm exponenziell auf den Treibstoffverbrauch einens Flugzeuges aus. Gerade für Langstrecken sind daher leichte Materialien im Flugzeubau entscheidend. Im neuen mittelgroßen Langstreckenflugzeug Airbus A350 XWB werden viele Teile der Struktur und der Flügel aus Verbundwerkstoffen hergestellt, das A350-Testflugzeug MSN2 erhielt sogar ein entsprechendes Design.

Besondere Stärke von Verbundmaterial

Prinzipiell besteht ein Verbundwerkstoff immer aus mindestens zwei verschiedenen Materialien mit unterschiedlichen physikalischen und chemischen Eigenschaften. Durch die Kombination entsteht ein Material, dass sich durch viel bessere Eigenschaften auszeichnet als nur eine Komponente alleine. Aus dem Alltag bekannt sind zB. auch Sperrholz oder Stahlbeton – im letzteren wird die Zugfestigkeit von Stahl mit der Druckfestigkeit von Beton kombiniert. Für den Flugzeugbau verwendet Airbus von der Flugzeugnase bis zum -schwanz neu entwickelte Materialien. Einen besonderen Platz nimmt hier Kohlefaser-verstärkter Kunststoff ein: CFRP (Carbon-Fibre Reinforced Plastic).

Extrem zugfeste Kohlefasern werden dabei mit einem Kunstharz in feste Form gebracht, was CFRP ein besseres Verhältnis von Stabilität zu Gewicht als Metalle verleiht und zudem beständiger gegen Ermüdung und Korrosion ist. Es ist einfach leichter als Aluminium, stärker als Eisen und korrosionsbeständiger als alle beide. Wie bei allen Verbundmaterialien resultiert der Verteil aus dem Zusammenspiel der einzelnen Komponenten. Keine Komponente für sich allein wäre geeignet, um im Flugzeugbau Verwendung zu finden – weder die Kohlefasern, noch das Kunstzharz. Doch durch die Wicklung zu vielen, in sich greifende Schichten entsteht die Festigkeit, die für die Flugzeugzelle oder aerodynamische Bauteil gebraucht wird.

Verwendung im Airbus A350 XWB

Im neuen Langstreckenjet A350 hat Airbus so viel CFRP verbaut wie in noch keinem Flugzeug davor. So sind die Tragflächen, inklusive der oberen und unteren Paneele, zum größten Teil in dem leichten Material ausgeführt. Bei einer Breite von 32 Metern und sechs Metern Länge gehören sie zu den größten CFRP-Bauteilen, die in der Luftfahrt hergestellt werden. In Russland versucht man dagegen mit dem neuen MC-21 schon bei den Mittelstreckenjets die Flügel aus Verbundmaterial herzustellen.