Im 21. Jahrhundert spielt sich bei Flugzeugen eine echte Revolution ab. Rümpfe und Flügel werden immer öfter nicht mehr aus Aluminium gebaut, sondern aus faserverstärkten Kunststoffen. Diese Materialien sind inzwischen so leicht und widerstandsfähig, dass sie immer mehr Hightech-Anwendungen erobern. Doch sie haben einen wichtigen Schwachpunkt: Die Schichten aus Kunststoff und Kohle- oder Glasfasern, aus denen sie bestehen, können sich voneinander lösen. Dieser als Delamination bezeichnete Prozess schwächt die Supermaterialien nach und nach, und bisher konnte man nichts dagegen tun. Das allerdings könnte sich ändern, berichtet eine Forschungsgruppe um Jason F. Patrick von der North Carolina State University. In der Fachzeitschrift »PNAS« stellt sie ein Verfahren vor, wie man solche Materialschäden in Zukunft immer wieder heilen könnte. Bauteile könnten so womöglich bis zu 500 Jahre statt wenige Jahrzehnte halten, behauptet sie.

Delamination tritt vor allem auf, wenn kleinere und größere Schläge das Material belasten – zum Beispiel Hagel oder die bei Flugzeugen nicht seltenen Kollisionen mit Vögeln. Moderne faserverstärkte Kunststoffe sind zwar so konstruiert, dass sich solche Schäden nicht zu größeren Rissen erweitern, doch die Brüche zwischen den Schichten summieren sich mit der Zeit auf. Um diesen Prozess aufzuhalten, ergänzten die Fachleute die Schichtarchitektur aus Kunststoff und Fasern nun um zwei zusätzliche Komponenten. In dem Experiment druckten sie dünne Stränge aus einem weiteren Kunststoff direkt auf die Kohlefasermatten, die dem Material seine Stärke geben. Dieser Kunststoff ist seinerseits sehr hart und bindet fest an die anderen Komponenten, kann aber fließen, wenn er erhitzt wird.

Zusätzlich fügten sie zwischen den Fasermatten Heizdrähte aus Kohlefaser ein und verbanden alles mit der zweiten Komponente des Kompositmaterials, einem Epoxidharz-Kunststoff. Um die Technik zu testen, setzte die Arbeitsgruppe ein Bauteil Spannungen aus, die bis zu fünf Zentimeter lange Brüche zwischen Fasern und Epoxidharz erzeugten. Dabei erwies sich das Material sogar als widerstandsfähiger als der ursprüngliche faserverstärkte Kunststoff. Anschließend schickte sie dann Strom durch die Heizdrähte, um die Stränge aus dem zweiten Kunststoff aufzuweichen. Wie das Team um Patrick berichtet, verband das aufgeweichte Material die Bruchkanten wieder und das gesamte Kompositmaterial erhielt seine Festigkeit zurück.

In einem Langzeitexperiment setzten die Fachleute das Material insgesamt 1000 Zyklen von Rissbildung und Heilung aus. Dabei zeigte sich, dass die Technik – entgegen der Erwartung der Arbeitsgruppe – mit der Zeit immer weniger effektiv wird und schließlich nur noch 60 Prozent der ursprünglichen Materialstärke wiederherstellt. Ursache ist, dass Bruchstücke der Fasern nach und nach den Kunststoff verunreinigen und sein Verhalten verändern. Dennoch geht das Team davon aus, dass unter geeigneten Umständen Bauteile, die heute weniger als 40 Jahre halten, mithilfe dieser Technik weit über 100 Jahre belastbar bleiben könnten. Offen ist allerdings bisher, ob das veränderte Material unter realen Bedingungen tatsächlich so viel langlebiger ist und wenn, ob die längere Lebensdauer die Kosten und das höhere Gewicht der zusätzlichen Komponenten rechtfertigt.