Verbesserung der Haltbarkeit von Polymerbeschichtungen mit geringer Eishaftung
Forscher haben Nanokomposit- und faserverstärkte Beschichtungen auf Polyurethanbasis entwickelt und untersucht, um das Verschleißverhalten der Beschichtungen unter strengen Aufprall-Erosionstests zu verstehen.
Das Verhalten von Polymerbeschichtungen mit geringer Eisadhäsion wurde intensiv für den passiven Eisschutz untersucht. Es wurden jedoch nur begrenzte Anstrengungen unternommen, um Strategien zur Verbesserung der Haltbarkeit der Beschichtungen zu identifizieren, um die geringe Eishaftung nach Erosionseinwirkung aufrechtzuerhalten. Wissenschaftler entwickelten und untersuchten nun mehrere Polyurethan-basierte Nanokomposit- und faserverstärkte Beschichtungen, um das sich verschlechternde Verhalten der Beschichtungen unter strengen Aufprall-Erosionstests und die anschließenden Auswirkungen auf die Eishaftung zu verstehen.
Der Einschluss von Füllstoffen führte zu einer Erhöhung der Shore-Härte um bis zu 38 Punkte im Vergleich zu den unbehandelten PU-Beschichtungen. Die Eisadhäsionskräfte auf 3 Gew.-% nanopartikelverstärkten Beschichtungen waren nach den Erosionstests nahezu halbiert, während bei 3 Gew.-% faserverstärkten Beschichtungen eine 5-fache Reduktion im Vergleich zu den reinen PU-Beschichtungen beobachtet wurde. Die Ergebnisse wiesen darauf hin, dass die Einarbeitung von Füllstoffen die Eisverankerungspunkte wirksam reduzierte und dass die eisabweisende Wirkung nach dem Aufprall entweder durch die Verringerung der Oberflächenrauhigkeit oder durch die Minimierung der Oberflächenverschlechterung erhalten blieb.
Fasern führten zu einer verbesserten Haltbarkeit
Fasern nahmen eine effektivere Rolle bei der Begrenzung der Rissinitiierung und dem Widerstand gegen die Rissausbreitung ein. Die Eishaftfestigkeit der Beschichtungen stieg von 5,6 kPa auf 8,4 kPa mit 20 Gew.-% inkorporierten Kohlenstofffasern in PU-Beschichtungen, wobei die Haftung im Wesentlichen unter 10 kPa gehalten wurde, selbst nach harten Aufpralltests und einer ∼10-fachen Reduzierung der Eishaftfestigkeit im Vergleich zu den reinen PU-Beschichtungen. Die Einarbeitung der Fasern führte zu einer verbesserten Haltbarkeit und Beibehaltung der hervorragenden eisabweisenden Eigenschaften über einen Mechanismus, der an andere polymere Beschichtungen anpassbar ist.
Die Studie wurde in Progress in Organic Coatings, Volume 151, Februar 2021 veröffentlicht.