Faserverstärkte Polymere mit geringerem Gewicht

Die EU hat im Rahmen ihrer aktiven Unterstützung für die Ziele des Welt-Umweltgipfels von Rio und die dort formulierten Grundsätze für ein nachhaltiges Wachstum zahlreiche Projekte gefördert, deren Ziel die Umsetzung dieser Philosophien ist. In einem dieser Projekte ging die EU auf die Notwendigkeit zur Schaffung neuer Polymer-Verbundwerkstoffe ein, die eine ähnlich hohe Festigkeit wie heutige Werkstoffe haben, aber deutlich leichter sind.

Faserverstärkte Polymere setzen sich aus mindestens zwei verschiedenen Polymeren zusammen, von denen das eine für die Festigkeit, das andere dagegen für bestimmte mechanische Eigenschaften wie Elastizität oder Flexibilität sorgt. Durch eine solche Kombination lassen sich die naturgemäßen Schwächen des einen Polymers durch die Stärken des anderen kompensieren. So entstehen neue Materialien, die im Vergleich zu den heute üblichen Werkstoffen eine ebenso große oder größere Festigkeit, aber ein geringeres Gewicht aufweisen.

Eine erfolgreiche chemische Bindung von Verbundpolymeren ist abhängig von verschiedenen Systemen zum Testen der aktiven Oberflächen-Bindungseigenschaften wie etwa der kovalenten Bindung und der fehlerabhängigen Kriterien. Neben den beiden zu verbindenden Polymeren muss auch das für ihre Bindung verwendete Harz starke Adhäsionseigenschaften aufweisen. Dies erfordert weitere Tests, weshalb in diesem Projekt das neue, empfindliche Atomkraft-Mikroskopie-Tool zur Bestimmung des Young-Moduls an den Verbundpolymer-Grenzflächen verwendet wurde.

Bislang wurden in verschiedenen Laboratorien, in denen jeweils unterschiedliche Testverfahren angewandt wurden, mehrere gute Ergebnisse erzielt. Daneben bestätigten sich in mehreren Beispielen die Ergebnisse für die Adhäsionskraft eines vorgegebenen Faser-Matrixsystems, und diese Daten sind von einem Laboratorium zu einem anderen vergleichbar.

Das Zwischenphasen-Netzwerk verfügt über verschiedene Einrichtungen zur Behandlung von Grenzflächenproblemen bei Verbundwerkstoffen, während die Ergebnisse aus der Messung des Young-Moduls für künftige, verbesserte Simulationen genutzt werden können. Mit den übrigen Aktivitäten, in denen es um Fragen der Datenreduktion geht, werden die Probleme behandelt, die sich aus nichtlinearem, elasto-plastischem und/oder elastischem/flexiblem Materialverhalten ergeben. Im weiteren Verlauf der Forschung wird allerdings noch auf Bindungsfehler und reversible Bindungen einzugehen sein. Zu den künftigen Zielen dieses Projekts zum Thema „Verstärkte Verbundpolymerwerkstoffe“ gehört die experimentelle Untersuchung der Zusammenhänge der Material- und Zugbeanspruchungs-Verhältnisse zwischen den Harzen und den Verbundwerkstoffen.

Die Ergebnisse aus diesen zusätzlichen Daten werden den Wissenschaftlern ausreichende Informationen liefern, um ihr Verständnis der allgemeinen Kompatibilitätsverhältnisse bei beanspruchten Verbundwerkstoff-Strukturen sowie ihre Datenreduktionsanalyse zu verbessern. Die bis jetzt erzielten Ergebnisse haben zu einem Gemeinschaftsprojekt zur foto-elastischen Bestimmung von Matrix und Grenzfläche zwischen dem MMSC und US geführt; die Firma Twaron BV steht mit dem MMSC, IPF und Calipso BV in Verhandlungen über eine mögliche zukünftige Zusammenarbeit.

Institut für Polymerforschung Dresden
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