10.10.2013

Universität Augsburg

Optimierung thermoplastischer Matrix/Schlichte-Systeme

Die Verbesserung der mechanischen Eigenschaften und der Stabilität von thermoplastischen CFK-Werkstoffen für anwendungsoptimierte Leichtbaumaterialien durch eine maßgeschneiderte Anpassung der Anbindung zwischen Carbonfaser und Matrix - das ist das Ziel von MAI Polymer. Geleitet wird dieses kürzlich im Rahmen des Spitzenclusters MAI Carbon offiziell gestartete Projekt von Prof. Dr. Siegfried Horn am Lehrstuhl für Experimentalphysik II der Universität Augsburg.

Projektpartner Horns und seiner Arbeitsgruppe Faser-Matrix-Wechselwirkung sind BASF, EADS-IW, Fraunhofer ICT-FIL und SGL Carbon. Audi, BMW, Eurocopter sowie Voith kommen als assoziierte Partner hinzu. Über eine auf zweieinhalb Jahre veranschlagte Projektlaufzeit hinweg stehen dem Verbund rund 2,3 Mio. Euro zur Verfügung, um an einer maßgeschneiderten Einstellung der Faser-Matrix-Anbindung zu arbeiten, die die mechanischen Eigenschaften des CFK-Werkstoffes optimiert und ihm hohe Temperatur- und Medienstabilität verleiht.

Optimale Abstimmung von Faser, Schlichte und Matrix

Die Anbindung der Carbonfaser an die Matrix - an das Material also, in das sie eingebettet ist – über eine geeignete Schlichte ist entscheidend für die mechanischen Eigenschaften sowie für die chemische und thermische Beständigkeit eines Faserverbundes. In der ersten Projektphase von MAI Polymer sollen dementsprechend eingehende Untersuchungen der Wechselwirkungen zwischen Faser und Matrix die Grundlage liefern, auf der sich Faser, Schlichte und thermoplastische Matrix dann für spezifische Anwendungsgebiete optimal aufeinander abstimmen lassen. "Unser Anspruch ist es", so Horn, "eine verbesserte mechanische Performance der thermoplastischen Verbundwerkstoffe und eine höhere Stabilität gegenüber Umwelteinflüssen zu erreichen. Letztlich geht es uns darum, durch die Modifikation des Faser-Matrix-Grenzbereichs die Faser gezielt aus der Matrix herauslösen zu können, um so die Basis für neue, effiziente Recyclingverfahren zu schaffen."

Thermoplastische Matrix/Schlichte-Systeme für höhere Energieeffizienz

Der Einsatz von Leichtbaumaterialien wie von carbonfaserverstärkten Kunststoffen ermöglicht z. B. im Automobilbau eine Gewichtseinsparung von bis zu 60 Prozent gegenüber der konventionellen Stahlbauweise. Dementsprechend hoch sind die Potenziale dieser Materialien mit Blick auf eine Reduktion des Treibstoffverbrauchs und eine erhebliche Steigerung der Energieeffizienz im Bereich Mobilität. Für die Automobilindustrie stehen hier insbesondere thermoplastische Matrixpolymere im Mittelpunkt des Interesses. "Da sie mehrmals aufgeschmolzen sowie einfach umgeformt werden können und weil sich dabei die für die Anwendungen geforderten Gebrauchseigenschaften erzielen lassen, bringen thermoplastische Matrixpolymere die Voraussetzungen für die erforderlichen kurzen Taktzeiten bei der Produktion mit", erläutert Horn. Vor diesem Hintergrund richte auch das Projekt MAI Polymer sein Augenmerk speziell auf diese Materialien.

Bewertungsstandards für thermoplastische Verbundwerkstoffe

Die Materialparameter und die Kenngrößen der thermoplastischen Verbundwerkstoffe, die aus den MAI Polymer-Forschungsarbeiten resultieren, sollen in einer Datenbank zusammengefasst werden und eine umfangreiche Datenbasis liefern für die Entwicklung von Bewertungsstandards für thermoplastische Verbundwerkstoffe. Diese wiederum sollen bei der Beratung von Unternehmen hinsichtlich der Auswahl von anwendungsspezifischen thermoplastischen Systemen zum Einsatz kommen.

Zum Spitzencluster MAI Carbon

Von selbst versteht sich der enge Austausch zwischen MAI Polymer und den anderen Projekten von MAI Carbon. An dieser Spitzenclusterinitiative des Carbon Composites e. V. (CCeV) beteiligen sich neben Bildungs- und Forschungseinrichtungen sowie unterstützenden Organisationen namhafte Unternehmen aus der Region München-Augsburg-Ingolstadt, darunter Audi, BMW, Premium AEROTEC, Eurocopter, Voith und die SGL Group. Alle beteiligten Partner agieren auf dem Technologiefeld Hochleistungs-Faserverbundwerkstoffe und hier insbesondere auf dem Gebiet der carbonfaserverstärkten Kunststoffe (CFK). Der Schwerpunkt liegt auf den Anwenderbranchen Automobilbau, Luft- und Raumfahrt sowie dem Maschinen- und Anlagenbau. Hauptanliegen von MAI Carbon ist es, den Werkstoff Carbon für die Serienreife fit zu machen sowie die Region München-Augsburg-Ingolstadt als ein europäisches Kompetenzzentrum für CFK-Leichtbau auszubauen. MAI Carbon und seine Teilprojekte werden finanziell gefördert vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF), vom Bayerischen Staatsministerium für Wirtschaft, Infrastruktur, Verkehr und Technologie sowie von den Industriepartnern.

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