Faserverstärkte Kunststoffe für den Leichtbau

In-Situ-Pultrusion von thermoplastischen Profilen - (Bild: IKT).

Faserverstärkte Kunststoffe mit ihrem Leichtbaupotenzial gewinnen unter dem Einfluss gesellschaftspolitischer Themen wie der Ressourcenschonung, der Energieeinsparung und unter dem Aspekt des Recyclings zunehmend an Bedeutung. Leichtbaulösungen spielen aber nicht nur für die Elektrifizierung der Automobilindustrie mit der Reduzierung von CO2-Emissionen eine besondere Rolle, sondern auch für die Bereiche Luft- und Raumfahrt sowie Sport und Freizeit.

An der Universität Stuttgart wird entsprechend umfangreich an nachhaltigen Leichtbaulösungen auf Basis von Kunststoffen geforscht. Die Forschungsaktivitäten umfassen dabei sowohl duromerbasierte als auch thermoplastische Werkstoffsysteme mit und ohne Verstärkungsfasern sowie eine Reihe von innovativen und neuartigen Verfahren.

Auch Leichtbaulösungen mit hohen technischen Anforderungen können durch den Einsatz von nachwachsenden Rohstoffen nachhaltiger gestaltet werden. Hierzu wird die gesamte Prozesskette im Sinne der Kreislaufwirtschaft von der Herstellung über den Einsatz bis hin zum Recycling von Flachsfasern als Verstärkungskomponente sowie von einem biobasierten Epoxidharz und einem recyclingfähigen thermoplastischen Infusionsharz als Matrixkomponente untersucht.

Darüber hinaus wird bereits an der Herstellung von biobasierten Sandwichmaterialien geforscht. Hierbei ergeben sich im Gegensatz zu herkömmlichen Faserverbundwerkstoffen aufgrund der besonderen Eigenschaften der Pflanzenfasern spezielle Anforderungen an den Fertigungsprozess.

Transparente Faserverbundkunststoffe bieten die Möglichkeit, strukturell hoch belastbare und optisch transparente Scheiben in Leichtbauweise zu realisieren. Hierzu werden an der Universität Stuttgart transparente Faserverbundkunststoffe aus einer Kombination von Glasfaser und Polymermatrix untersucht. Dabei werden die Vorteile von Faserverbund-Kunststoffen und mineralischen Gläsern vereint. So sollen in Zukunft schadenstolerante und lasttragende Leichtbau-Verbundscheiben mit einer hohen Transparenz hergestellt werden.

Im Bereich der Hybridbauteile wird an der Verbindung von Polyamid 6 und Metallelementen geforscht. Das Besondere hierbei ist der Einsatz von unidirektional verstärkten thermoplastischen Profilen die mittels In-Situ-Pultrusion hergestellt werden (siehe Bild). In der Anwendung sollen Zurrstangen aus Stahl auf Containerschiffen ersetzt werden und durch das verringerte Gewicht sowohl zur Senkung von Emissionen als auch zur Erhöhung der Sicherheit beitragen.

Weitere Forschungsaktivitäten finden auch im Gebiet der numerischen Vorhersage des herausfordernden Verarbeitungsprozesses der In-Situ-Pultrusion von Polyamid 6 statt. Hierzu wird auf Basis von Multi-Skalen-Modellen der Prozess abgebildet und zur Optimierung der Prozesseinstellungen genutzt.

Zur Analyse der vorliegenden Fasermikrostruktur von Faserverbundwerkstoffen werden heute röntgenbasierte Computertomografische Analysen mit hoher Auflösung eingesetzt. Eine quantitative Bewertung im Hinblick auf die Genauigkeit der analysierten Daten wie Faserorientierung, Faserlänge und Faserkonzentration konnte bislang nicht gegeben werden. Hierzu wurde am Institut für Kunststofftechnik ein neuer Algorithmus entwickelt, der am Ende jeder Berechnung ein quantitatives Maß hinsichtlich der erzielten Genauigkeit ermittelt.

Dieses und weitere Themen der Kunststofftechnik werden im Rahmen des virtuellen 28. Stuttgarter Kunststoffkolloquiums vom 28. Februar bis zum 02. März jeweils nachmittags präsentiert. Obwohl kostenlos, bitte bis 27.02. registrieren!

In einer zeitlich getrennten Präsenzveranstaltung lädt hiernach das IKT am 09. und 10. März 2023 unter dem Leitthema "Klimaneutrales Europa 2050 - Aufgaben der Kunststoffbranche" zu mehreren Plenarvorträgen und einer Podiumsdiskussion mit namhaften Vertretern aus Wissenschaft und Industrie in die Universität Stuttgart ein.

Weitere Informationen:
www.ikt.uni-stuttgart.de/28.-stuttgarter-kunststoffkolloquium/, www.uni-stuttgart.de

Universität Stuttgart, Institut für Kunststofftechnik (IKT), Stuttgart

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