Composietmaterialen nog niet ideaal voor vliegtuigbouw

Vliegtuigbouwers zijn constant op zoek naar betere materialen om hun toestellen van te bouwen. Beter betekent vooral dat het nieuwe materiaal lichter moet zijn, maar toch even sterk. Sinds in de jaren dertig het nylon is uitgevonden, zijn er vele kunststoffen ontwikkeld. De meesten waren voor de luchtvaart hoogstens interessant, omdat ze radiosignalen ongestoord lieten passeren. Vandaar dat bijna ieder vliegtuig een neus van kunststof heeft, waarachter de een of andere radarinstallatie schuilt. Voor dragende delen waren de meeste kunststoffen te zwak.

In de jaren tachtig werd duidelijk dat een nieuwe generatie kunststoffen veel meer te bieden had. Dit zijn de zogenaamde composieten, ofwel samengestelde materialen. Deze bestaan uit kunststoffen, die versterkt zijn met garens, die gevormd zijn uit koolstof- en glasvezels.

Behalve sterk en corrosiebestendig zijn deze materialen makkelijk in complexe vormen te vervaardigen. Dat maakt het mogelijk om de aërodynamische vorm van vliegtuigen te verbeteren. Tenslotte zijn composieten onzichtbaar voor radar. Deze eigenschap spreekt vooral militairen aan, maar is voor de burgerluchtvaart niet relevant.

Moderne verkeersvliegtuigen bestaan voor een steeds groter percentage uit composieten. Bij de Boeing 777, een toestel voor 300 tot 350 passagiers dat in 1995 in dienst komt, ligt dit percentage op tien. Dat is driemaal zoveel als bij de oudere Boeings. De Airbus A330 en A340 bestaan zelfs voor bijna eenvijfde uit composieten. Bij nieuwe generaties vliegtuigen zal dit percentage alleen maar groeien. Vliegtuigfabrikanten krijgen het toepassen van composieten steeds beter onder de knie. Luchtvaartmaatschappijen hebben echter nog al wat problemen met deze nieuwe materialen. Hun bezwaren spitsen zich toe op de kwetsbaarheid, de hoge kosten van reparatie en de dure voorraden, die ze erop na moeten houden.

Vloerplaten

Bepaalde composieten zijn op grote schaal toegepast in de vloerplaten van de cabine. Helaas blijken deze materialen slecht bestand tegen water. Dat levert problemen op in de buurt van de toiletten en de galley (de luchtvaartterm voor pantry). De vloerplaten laten vocht door, hetgeen problemen geeft in de ruimte eronder. Hierbij kunnen we denken aan extra corrosie van aluminium onderdelen en schade aan elektronische apparatuur. Een Amerikaanse luchtvaartmaatschappij heeft dit opgelost door de vloer te bedekken met dunne aluminiumplaat. Dat is wel effectief, maar kan natuurlijk nooit de bedoeling zijn geweest.

Een ander veelvoorkomend probleem is delaminatie. Composieten bestaan uit vele lagen, die door harsen bijeen gehouden worden. Bij een beschadiging, bijvoorbeeld veroorzaakt door hagel of tijdens het laden van vracht, bestaat de kans dat de lagen loslaten. Dat is delaminatie. Vaak is aan de buitenkant niet te zien of dit verschijnsel is opgetreden. Maar er zijn ook nog geen efficiënte methoden om delaminatie op te sporen. De aloude kloptest moet dan uitkomst bieden. Dit is een even oude als ondoelmatige methode.

Ook blikseminslag leidt tot problemen. De aluminium huid van vliegtuigen ondervindt weinig schade door een inslag. Niet geleidende composieten worden echter danig beschadigd. Dus moeten regelmatig huidplaten worden vervangen. En dat loopt in de papieren. Zo bestaan er composiet-paneeltjes van 30 bij 50 centimeter die bijna drieduizend gulden kosten.

Niet alleen de aanschaf is kostbaar, ook het onderhoud vergt grote investeringen. Reparatie-materiaal moet veelal gekoeld worden bewaard. De onderhoudsafdeling van American Airlines heeft drie vriescellen laten bouwen om het materiaal goed te kunnen bewaren. Met kunsthars geïmpregneerde composieten zijn bovendien beperkt houdbaar. Is dit materiaal binnen zes maanden niet gebruikt, dan is het weinig meer dan afval. Daarbij komt dat er meer dan honderd verschillende composieten zijn, waardoor van kwantumkorting op de aanschaf nauwelijks sprake is.

Verder zijn composieten lang niet zo eenvoudig te verwerken als aluminium. Als een nieuw stuk composiet is aangebracht, moet het onder hoge druk en temperatuur worden gebracht, om een hechte eenheid te worden met het onderdeel waarop het is aangebracht. Dit gebeurd in een zogenaamde autoclaaf, een combinatie van een oven en een drukkamer. De prijs van een autoclaaf, waar een compleet hoogteroer of vleugelklep in past, kan oplopen tot vele miljoenen guldens.

In 1991 onderzocht de International Air Transport Association, de belangrijkste organisatie van luchtvaartmaatschappijen, de problemen, die haar leden met composieten hadden. Hun voornaamste klacht was, dat de fabrikanten van zowel de vliegtuigen als de composieten te weinig rekening hielden met het onderhoud van alledag.

Pas de laatste maanden komt er schot in het overleg om composieten aan te passen aan de eisen, die de operaties van luchtvervoerders stellen. De belangrijkste eis is, dat er reparatie-materiaal komt, dat bij lagere druk en temperatuur verwerkt kan worden. Ook willen de maatschappijen het aantal reparatie-materialen verminderen.

De opmars van composieten is niet te stuiten, ondanks de huidige bezwaren die ertegen bestaan. Daarvoor zijn de gewichtsbesparing en andere voordelen te groot. Wel zijn er kinderziektes, die bij lange na niet opgelost zijn. Door de extra kosten die dit met zich meebrengt, duurt het veel langer, voordat composieten voordeel gaan opleveren.

    • Jan van den Berg