Vleugel wordt snel ijsvrij, dankzij ‘brosse’ verbinding

Materiaalkunde Door de verbinding tussen materiaal en vleugel anders te bekijken hebben onderzoekers een nieuwe ijsvrije coating ontwikkeld.

Een dunne plastic coating helpt om een aluminiumplaat ijsvrij te houden. In verticale stand glijdt het ijs er vanzelf af.
Een dunne plastic coating helpt om een aluminiumplaat ijsvrij te houden. In verticale stand glijdt het ijs er vanzelf af. Joseph Xu/Michigan Engineering

Een nieuwe coating kan ervoor zorgen dat ijs bijna moeiteloos van vliegtuigvleugels en hoogspanningskabels afglijdt. Dankzij de coating heeft een laag ijs, ongeacht hoe groot, slecht een klein zetje nodig om van een oppervlakte af te vallen. Een zuchtje wind of het gewicht van het ijs zelf is vaak genoeg. Dat schrijven Amerikaanse onderzoekers in een artikel dat vorige week donderdag verscheen in Science .

De onderzoekers testten verschillende coatings van gewone plastics, zoals polyetheen, polypropeen, polystyreen en siliconen. Met een spray brachten ze dunne laagjes aan op een aluminiumplaat van een vierkante meter groot en een hoogspanningskabel van een meter lang. Bij de plaat gleed het ijs er in verticale stand vanzelf vanaf. De kabel hoefde maar een paar centimeter bewogen te worden om het ijs eraf te laten vallen. De kabel zonder coating moest eerst flink kromgebogen worden.

Een voordeel is dat het loskomen van ijs onafhankelijk is van de oppervlakgrootte. „Voor ontijzing wordt al decennialang vooral gezocht naar materialen waar het ijs zo slecht mogelijk aan hecht zodat er weinig kracht nodig is om het los te krijgen”, mailt een van de auteurs, Anish Tuteja (University of Michigan). Dat werkt goed voor kleine oppervlakjes, waar je het ijs zo afkrabt. Maar hoe groter het oppervlak, hoe meer kracht er nodig is het ijs te verwijderen. Dat bemoeilijkt toepassing op grote schaal, zoals bij schepen, vliegtuigen, windmolens en hoogspanningskabels.

De onderzoekers omzeilen dit probleem door niet te focussen op de hechting tussen ijs en oppervlak, maar op ‘taaiheid’, wat iets zegt over hoe een materiaal breekt onder belasting. Taai materiaal vervormt voordat het breekt. Niet-taai (bros) materiaal breekt makkelijk onder druk en die breuk groeit snel.

De nieuwe coating zorgt voor een brosse verbinding tussen het oppervlak en het ijs. Bij deze brosse verbinding moet je wat kracht uitoefenen om een breuk in het ijs te laten ontstaan, maar die breuk verspreidt zich daarna vanzelf over het oppervlak. Daardoor komt de hele ijslaag los en glijdt weg. Bij de aluminiumplaat was het gewicht van het ijs zelf al genoeg om de eerste breuk te laten ontstaan.

Dei eerste breuk in het ijs ontstaat onafhankelijk van de grootte van het oppervlak. Bij een klein bros oppervlakje kost het juist meer energie om het ijs los te krijgen dan bij een coating van slecht hechtend materiaal, maar bij een groter oppervlak kost het juist minder energie om de ijslaag eraf te halen.

„Eerder onderzoek werd gedaan met kleine oppervlakten omdat het gemakkelijker is om een klein stukje nieuw materiaal te maken en te testen”, vertelt Tuteja. Waarschijnlijk lag daarom de focus lang op de hechtkracht.

„Deze nieuwe tactiek lijkt praktisch en daarom veelbelovend”, mailt universitair docent Jonathan Boreyko van Virginia Tech. Hij was niet betrokken bij het onderzoek. „Het meeste nieuwe ontijzingsonderzoek kijkt naar lastig aan te brengen, minuscule nanostructuren of kwetsbare chemische coatings.” Dat kun je niet eenvoudig op grote schaal toepassen, in tegenstelling tot deze nieuwe coating.