В своих усилиях сделать автомобили и поезда более экономичными производители пытаются найти более легкие материалы для замены используемых в настоящее время. Но есть проблема: более легкие материалы, как правило, не такие прочные, как сталь или алюминий, поэтому их нельзя просто использовать вместо этих металлов. Скорее, это вопрос производителей, решающих, какие компоненты действительно могут позволить себе снизить вес, и как интегрировать их в общие системы.

Работая совместно с Bombardier GmbH, KraussMaffei Kunststofftechnik GmbH, Bayer MaterialScience AG, DECS GmbH, Институтом концепций транспортных средств DLR, Штутгартским университетом и Технологическим институтом Карлсруэ, исследователи из Института химической технологии Фраунгофера ICT в Пфинцтале разработали многослойный материал на основе полиуретана, который является чрезвычайно эластичным. "Чтобы продемонстрировать материал, мы изготовили компонент, который подвержен значительным нагрузкам и который должен соответствовать ряду требований - корпус дизельного двигателя для поезда", - говорит Ян Куппингер, ученый из ICT. 

Этот корпус расположен под пассажирским салоном, то есть между вагоном и рельсами. Он не только защищает двигатель от летящих камней и защищает окружающую среду от любого масла, которое может вытекать, но и в случае пожара останавливает распространение пламени, что соответствует стандартам огнестойкости и пожарной безопасности для железнодорожного транспорта. Куппингер добавляет: "Используя этот новый материал, мы можем уменьшить вес компонента более чем на 35 процентов и сократить расходы на 30 процентов".

Исследователи выбрали многослойную конструкцию, чтобы обеспечить стабильность компонентов: слои полиуретана, армированного стекловолокном, образуют внешнюю облицовку, в то время как сердцевина изготовлена из бумажных сот. Полиуретан - это объемный пластик, сочетающий в себе два вещества. Поскольку он может быть адаптирован для выполнения различных требований, его называют "настраиваемым материалом". 

В вспененном виде он мягкий и может использоваться, например, в качестве материала для матрасов; в компактном виде он прочный и твердый. Исследователи начали с включения различных добавок в свой полиуретан, изменив его таким образом, чтобы он соответствовал стандартам пожарной безопасности. Затем партнеры оптимизировали стандартный производственный процесс, распыление волокна, разработав смесительную камеру, которая позволяет изготавливать еще более сложные конструкции любого требуемого размера. 

Изготовленный ими корпус дизельного двигателя имеет длину около 4,5 метров и ширину более 2 метров. "Впервые доказано, что этот процесс можно использовать для изготовления такого большого и сложного компонента, который также удовлетворяет структурным требованиям", - заявляет Куппингер. Ранее одна из проблем, с которой сталкивались при напылении волокон, заключалась в том, что невозможно было определить точную толщину верхних слоев полиуретана. Но теперь исследователи нашли способ сделать это, используя компьютерную томографию для проверки изготовленных слоев, а затем применяя специально адаптированную процедуру оценки, чтобы установить их точную толщину. Эта информация помогает моделировать прочность компонента, а также его способность выдерживать нагрузки.

Демонстратор прошел свое первое испытание на прочность, в ходе которого ученые поместили его в испытательный стенд, а затем приложили к нему усилия в различных местах, измеряя степень его деформации - с блеском. На следующем этапе исследователи хотят опробовать компонент в надлежащих полевых испытаниях. Если это тоже окажется успешным, то материал можно будет использовать для изготовления сегментов крыши, боковых откидных крыш и ветрозащитных экранов для автомобильной и коммерческой промышленности, а также для расширения производственного процесса для выпуска средних объемов от 250 до 30 000 единиц.